ES2919783T3 - Procedimiento de reciclaje de emisiones de escape - Google Patents

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Abstract

Se utiliza un sistema de reciclaje de emisiones en un vehículo que remolca un implemento agrícola para enriquecer la fertilidad del suelo. El sistema incluye un colector de escape para recolectar emisiones de escape del motor de combustión interna del vehículo de remolque y un sistema de distribución de escape para inyectar al menos una porción de las emisiones de escape recolectadas por el colector de escape en el suelo trabajado por las herramientas de trabajo de tierra de las Implemento agrícola. La fertilidad del suelo se enriquece con la bioactividad dentro de la micro flora del suelo que consume gases de efecto invernadero y emisiones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de reciclaje de emisiones de escape
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de reciclaje de emisiones de escape para reciclar las emisiones de un motor de combustión interna, y más particularmente se refiere a un procedimiento de reciclaje bioactivo y, por lo tanto, al equipo para incorporar gases de efecto invernadero y emisiones en suelos agrícolas para proporcionar nutrientes vegetales y mejorar las características de crecimiento del suelo.
Antecedentes
La agricultura es un gran consumidor de combustibles de hidrocarburos y fertilizantes. Las conversiones oscilan alrededor de 20 calorías para producir 1 caloría de alimento. El uso de fertilizantes fijados industriales ha aumentado y aumentará los rendimientos a un alto coste energético. Esto inhibe la relación de CO2 con la microflora vegetal natural, lo que hace que las plantas dependan más de los fertilizantes aplicados, lo que provoca desequilibrios en la absorción de nutrientes y la capacidad de la planta para controlar la absorción de cloruro y el equilibrio del pH. La bioactividad dentro del entorno del suelo está limitada por la falta de CO2, NO2 y SO2. Los microorganismos utilizan estos compuestos como fuente de energía para digerir la materia orgánica, disolver minerales y fijar N2 del aire, rompiendo el enlace N-N y poniendo a disposición de las plantas diversas formas de nitrógeno.
Esta bioactividad se inhibe cuando se aplican al suelo grandes cantidades de fertilizante de amonio. La absorción de amonio por las raíces hace que las raíces utilicen el CO2 de la fotosíntesis para producir urea antes de transportar nitrógeno a los brotes. El exceso de hidrógeno, sobrante de amonio y carbohidratos que forman la urea se secreta por las raíces en lugar del CO2 que puede alimentar la bioactividad en el suelo. El exceso de hidrógeno hace que la zona de la raíz sea ácida, causando problemas con el crecimiento de la raíz y la absorción de nutrientes. Esta condición es peor en suelos de pH bajo, pero puede ayudar en suelos de pH alto si se puede evitar que el amonio se volatilice.
El documento US 20004/129045 A1 se refiere a un procedimiento para producir un aditivo para suelos comercial mediante la extracción de calor residual, gas de escape y otros subproductos de la combustión de un generador de energía a base de carbón. De este modo, el gas de escape se enfría de forma no controlada en una cámara de mezcla. No se divulga en el presente documento ninguna distribución de las emisiones de escape a través de las mangueras de un instrumento de siembra agrícola.
Los documentos WO 2004/039479 A1 y CA 2504 133 A1 se refieren a un sistema y procedimiento de fertilización mediante la extracción de compuestos de nitrógeno del gas de escape de combustión y enseñan la inyección de agua para generar vapor enriquecido con nutrientes que luego se condensa en una cámara de condensación. Las dos solicitudes no divulgan ningún control de temperatura de la etapa de condensación ni tampoco se pronuncian sobre el uso de un instrumento de siembra agrícola para incorporar las emisiones de escape en el suelo.
El documento US 4.133.671 B se refiere a un procedimiento y aparato para mejorar las características de fertilización del agua de riego y enseña el contacto directo de los gases de escape con el agua para formar una solución de fertilización. La patente no divulga el uso de una tasa de enfriamiento controlada ni tampoco se pronuncia sobre un instrumento de siembra agrícola.
El documento US 3.888.652 B se refiere a la conversión de escape de motores de riego para obtener una solución de fertilización y enseña que el vapor de agua como producto principal de la combustión de combustible en los motores se condensa en un depósito de purificación y se usa como agua de riego (de col. 3, línea 59. a col. 4, línea 3). La patente no divulga el uso de una tasa de enfriamiento controlada ni tampoco se pronuncia sobre un instrumento de siembra agrícola.
Sumario de la invención
La presente invención ayuda a cortocircuitar el ciclo del carbono y nitrógeno mediante la incorporación directa de emisiones en la estructura del suelo con emisiones mínimas que escapan directamente a la atmósfera.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un procedimiento para mejorar las características de crecimiento de un suelo de acuerdo con la reivindicación 1.
Los procedimientos divulgados en el presente documento pueden combinarse y también pueden incluir uno cualquiera de los siguientes: inyectar vapor en las emisiones de escape; inyectar aire enriquecido con ozono en las emisiones de escape; añadir gases formados por electrólisis de agua a las emisiones de escape; y/u oxidar un metal usando vapor e incorporar el metal oxidado al suelo con los gases de escape.
Se describe un sistema para llevar a cabo el procedimiento que comprende un sistema de reciclaje de emisiones para su uso con un vehículo de remolque que tiene un motor de combustión interna y un instrumento agrícola para remolcarse por el vehículo de remolque, teniendo el instrumento agrícola una pluralidad de herramientas de trabajo del suelo para trabajar el suelo a medida que el instrumento agrícola se remolca por el suelo; comprendiendo el sistema:
un posquemador montado en el sistema de escape directamente después de los tubos múltiples de escape o turbo con proporción aire-combustible controlada para elevar la temperatura de escape por encima de 2000 K porque, a medida que sube la temperatura, más NOx se produce;
un colector de escape para recoger las emisiones de escape del motor de combustión interna del vehículo de remolque;
un sistema de distribución de escape para inyectar al menos una parte de las emisiones de escape recogidas por el colector de escape en el suelo trabajado por las herramientas de trabajo del suelo del instrumento agrícola; y
un depósito de cultivo biológico que recibe el condensado del colector y un ventilador de distribución de modo que el condensado de las emisiones alimente el cultivo en el depósito de modo que se reproduzcan rápidamente y se produzcan aminoácidos, enzimas, bacterias y hongos;
estando dispuesto el depósito de modo que, a medida que se añade condensado al depósito, se retira una cantidad equivalente de producto cultivado del depósito y se aplica al suelo, aumentando la población microbiana para ayudar a los microorganismos autóctonos del suelo en la bioactivación de las emisiones aplicadas.
La bioactividad dentro de la microflora del suelo consume el gas de efecto invernadero y emisiones para enriquecer la fertilidad del suelo. Cuando el gas de efecto invernadero y emisiones se incorporan a los suelos agrícolas, la bioactividad aumenta principalmente por el CO2 adicional disponible para la microflora.
Cuando se incorporan emisiones que están acondicionadas para adaptarse al pH del suelo y las necesidades de la planta, la planta puede crecer con una mejor eficacia de uso de nitrógeno y la extracción de nutrientes del suelo de forma natural mediante una mayor bioactividad dentro del suelo. Abundancia de CO2 está presente para superar el principal factor limitante para las bacterias fijadoras de nitrógeno independientes.
Cuando la planta utiliza nitrógeno que ha pasado por el ciclo de bioactividad de las emisiones, o de bacterias fijadoras de nitrógeno independientes que obtienen su energía del CO2 en las emisiones para fijar el nitrógeno del aire, esta forma natural de alimentación vegetal a partir de nitrógeno toma la forma de NO3. Cuando las raíces absorben NO3 , el coste energético del CO2 es bajo, ya que NO3 se transporta en asociación con el potasio dejando que el CO2 se secrete como exudados de raíz para alimentar a las bacterias y hongos asociados que, a su vez, retroalimentan las fotohormonas y nutrientes disueltos por las secreciones. Las raíces no están sobrecargadas por hidrógeno, por lo que el pH está más equilibrado. NO3- es un anión y NH4+ es un catión. El nitrógeno es el elemento más grande tomado del suelo. Este equilibrio de la absorción de cationes y aniones puede afectar a la absorción de nutrientes catiónicos de la planta, dependiendo del pH del suelo y el equilibrio de nutrientes. Incluso los tipos de plantas y cepas genéticas dentro de los tipos de plantas crecerán hasta alcanzar su potencial genético completo al adaptar su equilibrio de cationes y aniones preferente para que se adapte al entorno circundante.
Para superar este complejo acto de equilibrio, la cámara de acondicionamiento de emisiones puede controlarse mediante un ordenador que está programado para el tipo de planta, el tipo de suelo y el entorno con GPS e historial de producción en cartografiado. Las emisiones se pueden modificar para maximizar el potencial genético del cultivo mientras el tractor realiza la operación de labranza o siembra. Este sistema de alteración química controlado por el ordenador agronómico puede alterar el NOx producido por el motor, separando el nitrógeno N2 en el aire utilizado para la combustión. La producción de NOx se puede maximizar por altas temperaturas, tipos de combustible de alta compresión, combustibles de alto o bajo contenido de azufre para equilibrar el pH del suelo o el diseño del motor. Añadir o inyectar un aditivo de combustible que funcione como catalizador en la llama del ciclo de combustión produce más NOx . Las moléculas de nitrógeno pueden oxidarse o hidrogenarse dentro de la cámara de acondicionamiento de emisiones para emitir NO3- o NH4+ o una mezcla de los dos.
La oxidación se logra inyectando aire rico en oxígeno desde un alternador, generador o un arco de alto voltaje en localizaciones y temperaturas preestablecidas dentro de la cámara. La hidrogenación del nitrógeno se puede aumentar produciendo hidrógeno dentro de la cámara haciendo circular vapor sobre el hierro candente o una mezcla de metales que se vayan a oxidar y liberando hidrógeno cerca del tubo múltiple de escape que se extiende hacia la cámara de acondicionamiento, o por electrólisis de agua. Esta electrólisis se puede usar para oxidar micronutrientes para ayudar como catalizador dentro de la cámara o para añadir micronutrientes al suelo. El hidrógeno se utiliza para hidrogenar el nitrógeno.
Se puede usar un catalizador y/o un convertidor catalítico en varias localizaciones del sistema para acelerar la química deseada. La alteración de las emisiones se podría reparar o el ordenador agronómico a bordo puede alterar la química sobre la marcha detectando tipos de suelo anteriores a la producción y usando GPS para personalizar un fertilizante de emisión para maximizar el potencial genético del cultivo que crece en ese sitio específico en el campo. Algunos paisajes agrícolas pueden tener una gran variación en los tipos de suelo y pueden ser el factor limitante de la producción.
Para ayudar a superar esta dificultad, el ordenador agronómico a bordo puede seleccionar de una selección de 2 o más genéticas de semillas y tasas de semillas para adaptar la capacidad del suelo para producir su máximo potencial. Por ejemplo, en terreno montañoso con cimas arenosas con pH alto, lugares bajos con pH bajo y áreas saladas, el ordenador seleccionaría una variedad resistente a la sequía para las cimas, al tiempo que cambia el combustible a un alto contenido de azufre para bajar el pH. El nitrógeno estaría mejor en forma de NH4+ para ayudar a acidificar la zona radicular. En las tierras bajas, es preferente una variedad resistente al encamado, de bajo pH, al tiempo que las emisiones cambiarían a una forma de nitrógeno NO3- con un combustible de bajo contenido de azufre y oxidarían cobre con electrólisis. En áreas saladas, se selecciona una variedad que resiste la absorción de sal y las emisiones podrían ser una mezcla de NO3 y NH4 con combustible de alto contenido de azufre.
La velocidad en suelo podría reducirse para acondicionar el suelo salado con más emisiones bioactivas, ya que el CO2 ayudaría a restaurar la presencia de bacterias en el suelo para interactuar con las plantas. El GPS y el cartografiado de campo interactuarían al labrar múltiples veces y al sembrar, el equipo de siembra podría contener múltiples variedades y variar las tasas de siembra. Alternativamente, podría ser una operación de un solo paso que implique labranza, siembra y reciclaje bioactivo de emisiones para maximizar la producción con bajas emisiones capturando toda la energía y nutrición vegetal del combustible de hidrocarburos.
Como se describe en el presente documento, un tractor agrícola, utilizado para labrar o incorporar semillas en el suelo o similares, quema un combustible de hidrocarburos en una proporción estequiométrica óptima, emitiendo CO2 , NO2 y SO2 y otras emisiones en una cámara de escape de acondicionamiento de emisiones.
Una cámara de presión de vapor rodea la cámara de acondicionamiento. Se inyecta agua en la cámara. A medida que el agua hierve, retira el calor de la corriente de escape creando presión en la cámara de caldera que inyecta el vapor en la cámara de acondicionamiento de escape cerca del tubo múltiple de escape donde una tubería de hierro fundido reemplazable está candente. A medida que el vapor pasa alrededor del hierro, el oxígeno en el vapor oxida el hierro fundido, liberando hidrógeno que hidrogenará las moléculas de N libres para formar NH4. Se pueden usar otros metales para proporcionar micronutrientes según sea necesario.
Un sistema de inyección de agua de recirculación está localizado dentro de la cámara de acondicionamiento en varias localizaciones para reaccionar con las emisiones para las reacciones químicas deseadas y para producir vapor que se mezclará con las emisiones que se van a acondicionar y reaccionar para hacer que la química deseable se adapte a las necesidades del suelo, microflora y planta.
Un sistema de inyección de aire rico en oxígeno está localizado en varias localizaciones y temperaturas para oxidar las moléculas de N libres para formar NO3. Los electrodos de alto voltaje y campos electromagnéticos ayudan en las reacciones químicas.
Un sistema de electrólisis de agua produce oxígeno e hidrógeno, para su uso directamente o para oxidar metales en micronutrientes para los requisitos del suelo y cultivos, o para ser un catalizador en la cámara de acondicionamiento.
Un convertidor catalítico está acoplado a una entrada de la cámara de acondicionamiento de escape utilizando varios catalizadores dependiendo del tipo de combustible o reacciones químicas requeridas.
El sistema de distribución de escape se proporciona para montarse en el equipo de siembra o labranza agrícola conectado a la cámara de acondicionamiento de escape del tractor, a través de una manguera flexible.
Un ventilador de inyección de distribución, que funciona con un motor orbital hidráulico, mantiene el flujo de escape sin contrapresión en el sistema de escape.
Un conducto de retorno de agua condensada del ventilador de inyección conserva el agua a medida que el agua se transporta con el equipo en un depósito grande, y solo se inyecta en el suelo vapor con las emisiones acondicionadas.
Se utiliza una red de inyección de mangueras de vapor flexibles que pueden soportar vapor hasta 450 grados Fahrenheit o 230 grados Celsius. Las mangueras están conectadas a los puntos de labranza debajo del suelo. A medida que el suelo se fractura y afloja, el vapor y las emisiones acondicionadas se inyectan en los surcos formados y quedan atrapados debajo de la superficie del suelo para volverse bioactivos. El sistema de distribución de mangueras está dimensionado para que se adapte al volumen del flujo de emisiones.
Un ordenador gestiona las diversas reacciones químicas para producir las emisiones bioactivas más beneficiosas que se adapten al tipo de suelo y los requisitos genéticos de la planta que responden al GPS y cartografiados de cultivos.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un procedimiento para descomponer materia orgánica que comprende:
hacer funcionar un motor de combustión interna para producir emisiones de escape; e
incorporar las emisiones de escape en el suelo de acuerdo con la reivindicación 1.
Cuando el motor de combustión interna comprende parte de una cosechadora de grano que incluye un picador de paja y la materia orgánica comprende paja, el procedimiento puede incluir mezclar las emisiones de escape con la paja en el picador de paja.
Cuando el motor de combustión interna comprende parte de una cortadora de césped que incluye una plataforma de trituración y la materia orgánica comprende hierba, el procedimiento puede incluir mezclar las emisiones de escape con la hierba en la plataforma de trituración.
Cuando el motor de combustión interna comprende parte del equipo de mezcla de compost y la materia orgánica comprende compost, el procedimiento puede incluir mezclar las emisiones de escape con el compost utilizando el equipo de mezcla de compost.
Cuando el motor de combustión interna comprende parte de un equipo de gestión de residuos líquidos y la materia orgánica comprende residuos líquidos orgánicos, el procedimiento puede incluir mezclar las emisiones de escape con los residuos líquidos orgánicos gestionados por el equipo de gestión de residuos líquidos.
Cuando el motor de combustión interna comprende parte de un picador de forraje y la materia orgánica comprende forraje que se está picando, el procedimiento puede incluir mezclar las emisiones de escape con el forraje que se está picando por el picador de forraje.
Ahora se describirán algunos modos de realización de la invención junto con los dibujos adjuntos en los que:
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquemática del sistema de reciclaje de emisiones en el que las emisiones bioactivas se incorporan en el suelo laborable agrícola.
La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra el procedimiento en el que las emisiones de los motores de combustión interna se vuelven bioactivas cuando se incorporan en el suelo laborable.
En los dibujos, los mismos caracteres de referencia indican partes correspondientes en las diferentes figuras.
Descripción detallada
Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, se ilustra un sistema de reciclaje de emisiones generalmente indicado con el número de referencia 10. El sistema de reciclaje está diseñado para acondicionar las emisiones en la cámara de acondicionamiento de emisiones 14. Las emisiones de motores de combustión interna y los gases de efecto invernadero como el CO2 , NOX , y SOX se pueden química y catalíticamente acondicionar y enfriar para adaptarse a las necesidades de la microflora y la microfauna del suelo vegetal.
El sistema 10 incluye un tractor agrícola o similar con un motor de combustión interna 12 que funciona a una proporción estequiométrica óptima para romper los enlaces de N2 y lograr una combustión completa. Como resultado, todos los hidrocarburos se queman, liberando toda la energía del combustible para proporcionar energía cinética para labrar, sembrar o labrar el suelo con rotores o instrumento similar 54 que fracturen el suelo. Esto permite que las emisiones se entierren o se mezclen bien con la estructura del suelo, volviéndose bioactivas con las bacterias, hongos y microorganismos de la microflora 64 que a cambio liberan nutrientes de la materia orgánica y minerales del suelo. Las bacterias 64 independientes bioactivan 20 CO2 y fijan N2 del aire para hacer nitrógeno utilizable por las plantas. El catalizador que hace que esto suceda es molibdeno que puede ser necesario aplicar con emisiones si la fuente de combustible 22 no contiene azufre, molibdeno como lubricante. Se pueden usar y elegir dos tipos de combustible que se adapten mejor al suelo, ya que el azufre reduce el pH y ayuda a la resistencia a la sal, pero en suelos con pH bajo, se quemaría un combustible con bajo contenido de azufre como se determine por el ordenador agronómico 66 para evitar una mayor acidificación del suelo.
El sistema de reciclaje de emisiones bioactivas 10 incluye una cámara de acondicionamiento de emisiones 14 que está conectada al tubo múltiple de escape. A medida que los gases de escape pasan a través de la cámara, se pueden controlar varias reacciones químicas para alterar las emisiones y adaptarlas mejor al tipo de suelo, el pH y la microflora de la planta que bioactivan 20 el acondicionamiento de hidrógeno 30 y acondicionamiento de oxígeno 40 de las emisiones.
Las moléculas de N se combinarán con hidrógeno u oxígeno formando un catión (+) o un anión (-). Los depósitos de agua 24 y 26 de múltiples compartimentos almacenan y reutilizan agua a niveles de pH más bajos para ayudar en las reacciones químicas. El agua produce vapor en la cámara de la caldera 34 para inyectarse en varias localizaciones en la cámara.
El acondicionamiento de hidrógeno 30 comienza en el tubo múltiple de escape 32, que es la localización más caliente para oxidar metales con inyección de vapor. En el punto de metales candentes, el oxígeno oxida los metales, rompiendo el enlace H2O, liberando así hidrógeno para combinarse con las moléculas de N como NH4. Las tuberías de metal reemplazables 33 se oxidarán ya que los micronutrientes, incluidos cobre, el cinc, níquel y hierro, son beneficiosos para el suelo. Si falta, la cámara de vapor 34 retira el calor de la cámara de acondicionamiento que crea presión de vapor para inyectar vapor en la cámara 14. El hidrógeno puede liberarse mediante electrólisis de agua ácida 36, o recirculación de condensado dentro de la cámara o desde un ventilador de distribución 52. Se utiliza un conducto de retorno de agua 58 al depósito de almacenamiento de retorno 26 como depósito de crecimiento de cultivo biológico. A medida que se añade el condensado, el cultivo reproductor consume los elementos de las emisiones que producen aminoácidos, enzimas, bacterias y hongos. Este cultivo se aplica al suelo sobre la marcha a medida que se reproduce. El intercambiador de calor 38 y las aletas de enfriamiento pueden enfriar la cámara 14.
El acondicionamiento de oxígeno puede comenzar en el tubo múltiple de escape 32 para quemar hidrocarburos no quemados o dentro de un convertidor catalítico 46 de tres fases. La inyección de aire 42 de O3 , se puede producir a partir de un alternador o un generador de arco de alto voltaje. Los catalizadores 46 están localizados en varias localizaciones para acelerar las reacciones en la cámara 14. El interior de la cámara de combustión está impregnado con un revestimiento de partes cerámicas que ayuda al motor 12 a soportar temperaturas de escape más altas. Los campos electromagnéticos, un cátodo y un ánodo en el depósito de agua hacen que el agua favorezca al hidrógeno en la salida del cátodo 28 conectada al terminal negativo de la batería 27 u oxígeno en la salida del ánodo 29 conectada al terminal positivo de la batería 27.
Un sistema de distribución 50 se adapta al equipo de labranza 54 o similar mediante mangueras de distribución 56 que soportan hasta 450 grados F o 230 grados Celsius de vapor. De lo contrario, se usa un intercambiador de calor 38, o cualquier otra forma de mecanismo de enfriamiento, para retirar el calor de las mangueras 56 que están conectadas a los puntos de labranza para incorporar todas las emisiones a la estructura del suelo. En otros modos de realización, las emisiones se distribuyen en la cubierta de cultivadora de rotor o una plataforma de cortadora de césped para que se mezclen bien con el suelo o el mantillo de hierba.
El ventilador de distribución 52 mantiene el flujo de aire en el sistema para evitar la contrapresión sobre el motor.
El suelo 60 puede variar en pH y tener elementos en exceso o en falta. Las plantas 62 se adaptan a la química del suelo. Los microorganismos 64 bioactivan las emisiones. Ciertos microorganismos viven de las emisiones y retroalimentan los nutrientes que han bioactivado 20 a las plantas 62 cuando mueren. Para gestionar los numerosos requisitos variables del suelo 60, las plantas 62 y los microorganismos 64, un ordenador agronómico 66 altera las emisiones para satisfacer mejor las necesidades de los cultivos y los microorganismos del suelo.
Como se describe en el presente documento, un sistema de reciclaje bioactivo utiliza la microflora, como bacterias, hongos y organismos que se encuentran naturalmente en el suelo de un paisaje agrícola típico. Esta bioactividad dentro de la estructura del suelo consume los gases de efecto invernadero y emisiones de los hidrocarburos que se queman en una combustión de proporción estequiométrica óptima en un tractor agrícola que está labrando o incorporando semillas en el suelo. La disponibilidad limitada de CO2 , NO2 y SO2 puede ser un factor limitante de la bioactividad dentro de la estructura del suelo. Las plantas y microflora utilizan estas emisiones como fuente de energía para ayudar en el ciclo de los nutrientes vegetales. Por ejemplo, la capacidad de los organismos fijadores de nitrógeno independientes para fijar N2 del aire dentro de la estructura del suelo está limitada por la demanda de CO2 a medida que las plantas y la microflora asociada a sus raíces tienen la primera oportunidad en cuanto al CO2 de la fotosíntesis. Esta escasez es mayor cuando el amonio del fertilizante aplicado se absorbe por las raíces, ya que el CO2 tiene que combinarse con el amoniaco a medida que la urea se transporta a los brotes. Este consumo de CO2 toma energía de la planta lo que provoca una escasez de CO2 en las raíces en lugar de CO2 que exuda. El hidrógeno de las raíces tiene que ser secretado causando problemas con el equilibrio del pH, la absorción de nutrientes y el crecimiento de las raíces.
Las emisiones de NOx recicladas en el suelo se consumen por las nitrobacterias en diversas oxidaciones a NO3 como fuente de energía. La absorción por las raíces de NO3 permite que la planta secrete CO2 para que sus raíces alimenten a las bacterias de la raíz asociadas. A cambio, la bacteria retroalimenta las fotohormonas CYT, IAA y GA a la planta. Se tiene que secretar menos hidrógeno de las raíces, lo que equilibra el pH, aumenta la eficacia de uso de nitrógeno y mejora la extracción de nutrientes por los hongos para las asociaciones de raíces. Cualquier resto de CO2 va a bacterias independientes que fijan N2 del aire en el suelo.
Las emisiones SO2 son útiles para equilibrar el pH, ya que se oxida por las bacterias para la absorción por la planta y la tolerancia a la sal. Las complejidades de los requisitos del suelo y de la planta se pueden adaptar por los procedimientos de alteración química dentro del sistema de acondicionamiento de escape. Estos procedimientos incluyen seleccionar un tipo de combustible que tenga un contenido de azufre alto o bajo, variar la temperatura de combustión del combustible, variar la química catalítica, proporcionar electrólisis para oxidar los micronutrientes, producir hidrógeno a partir de hierro fundido candente con circulación de vapor en la cámara de acondicionamiento, o proporcionar aire con oxígeno rico en ozono de un alternador, generador o arco de alto voltaje se inyectan para la oxidación. El procedimiento no necesita purificar las emisiones ni añadir aglutinantes que las aglutinen o almacenen para su eliminación. La corriente de escape completa se coloca debajo de la superficie del suelo mientras el tractor y el equipo están labrando el suelo o incorporando semillas en del suelo, para liberar emisiones mínimas a la atmósfera a medida que las emisiones acondicionadas se alteran para que sean químicamente bioactivas dentro del perfil del suelo para maximizar el crecimiento de las plantas y acortar el ciclo de emisiones de CO2 , NO2 , SO2.
El procedimiento de reciclaje de emisiones bioactivas incorpora las emisiones de un motor de combustión interna en el suelo laborable mientras el tractor agrícola tira del equipo de labranza o siembra. Las emisiones se vuelven bioactivas por la microflora del suelo como CO2 , NOx , SOx y otras emisiones se consumen como fuente de energía mientras se liberan nutrientes útiles para las plantas o se fija nitrógeno del aire.
El sistema incluye una cámara de acondicionamiento de emisiones para recoger y recibir el gas de escape del motor de combustión interna del tractor. Las emisiones del motor de combustión interna fluyen a través de la cámara, que acondiciona y altera la química de las emisiones para adaptarse mejor a la genética de la planta, el pH del suelo, la salinidad y la microflora bioactiva del suelo.
Se inyecta vapor en la cámara en varias localizaciones dentro de la cámara para liberar hidrógeno. El vapor se puede dirigir cerca del hierro candente o una combinación de metales conectados al tubo múltiple de escape. El oxígeno oxida el metal, liberando el hidrógeno para que reaccione con las emisiones. El metal oxidado se transporta por el vapor y las emisiones para mezclarse con el suelo. El vapor se crea en una cámara de transferencia de calor alrededor de la cámara de acondicionamiento. El agua se inyecta en la cámara y el calor que hierve el agua se retira de los gases de emisión para enfriar el flujo de escape antes de que se inyecte oxígeno o aire. El hidrógeno y el oxígeno se pueden formar por electrólisis de agua usando un cátodo y un ánodo o alternativamente haciendo pasar protones a través de un miembro. Alternativamente, se puede usar un catalizador o un campo electromagnético para mejorar el acondicionamiento de las emisiones.
El aire se inyecta en la cámara en varias localizaciones y puede oxidar las emisiones a formas deseables de reacciones químicas. El aire atmosférico, aire enriquecido con oxígeno de electrólisis u aire enriquecido con O3 de un dispositivo electrónico, incluido un alternador o generador, se pueden usar para la inyección. La inyección de aire se realiza en localizaciones de alta temperatura o dentro del convertidor catalítico para quemar hidrocarburos no quemados y producir más emisiones de CO2. Un posquemador 50 con una proporción aire-combustible controlada puede elevar la temperatura por encima de 2000 K, ya que a medida que aumenta la temperatura, aumentan los niveles de NOx . La inyección de aire en las localizaciones más frías que no pueden soportar la combustión ayudará en las reacciones químicas.
La inyección de agua en la cámara se realiza en varias localizaciones como portador de elementos disueltos para ayudar a acondicionar las emisiones y asistir en la bioactividad en el suelo. Se puede añadir níquel para mejorar el metabolismo de NH4 , se puede añadir molibdeno para ayudar en el metabolismo de NO3 el metabolismo y las bacterias ayudan a la fijación de N2. La recirculación o recuperación de agua en el punto de incorporación puede conservar el uso de agua y ayudar en las reacciones químicas dentro de la cámara. El agua con pH bajo liberará más hidrógeno para producir NH4. El agua con pH alto tiene menos hidrógeno y más oxígeno para producir NO3.
Los campos electromagnéticos de alto voltaje, los arcos de electrodos de carbono de alto voltaje, los cátodos, los ánodos, la electronegatividad de los elementos y la ayuda catalítica de los metales se pueden utilizar para acelerar las reacciones químicas y se pueden localizar desde la cámara de combustión hasta el punto de incorporación de emisiones en el suelo.
El sistema de distribución de emisiones se monta en el equipo de labranza o siembra a través de mangueras flexibles desde la cámara de acondicionamiento de emisiones. Las mangueras flexibles comprenden una red de mangueras de vapor resistentes al calor que pueden soportar una temperatura máxima de 450 F o 230 C. Un ventilador distribuidor mantiene el flujo de aire y reduce la contrapresión en el sistema de escape.
Las mangueras flexibles están conectadas a los puntos de labranza debajo del suelo. A medida que se cultiva y se fractura el suelo, el vapor y las emisiones acondicionadas llenan los espacios de aire del suelo para bioactivarse. Al incorporar emisiones a través de una sembradora de aire convencional, la temperatura de escape debe enfriarse con un intercambiador de calor para evitar daños por calor en el sistema de distribución de aire al incorporar emisiones. Cuando se utiliza una cultivadora de rotor, las emisiones se inyectan uniformemente dentro de la cubierta de cultivadora. Las emisiones se mezclan bien en el suelo. Las plataformas de las cortadoras de césped funcionan bien para incorporar las emisiones en el césped y recortes. A medida que el vapor de la cámara de acondicionamiento de emisiones entra en contacto con los recortes, la bioactividad se acelera para descomponer los recortes, reciclando así los nutrientes y las emisiones de vuelta al césped. Las cosechadoras de granos pueden aplicar emisiones en un picador de paja para acelerar la descomposición de la paja. El enfriador de aire-aire con inyección de vapor evita incendios. Las picadoras de forraje que queman biodiésel pueden usar emisiones enfriadas que forman urea como refuerzo de proteínas para mejorar el valor de la alimentación. El equipo de volteo de compost acelerará el compost al estimular la actividad aerobia del aditivo de combustible y el CO2 aumentará la proporción aerobia con respecto a anaerobia en sistemas de compost cerrados o abiertos. Las emisiones de los motores de agitación de la laguna de estiércol líquido se pueden incorporar en el momento de la agitación para aumentar la proporción de carbono con respecto a nitrógeno y reducir el olor a amoniaco y azufre.
Las modificaciones y ajustes del motor de combustión interna para ayudar a la conversión de N2 en NOx incluyen ajustes en la sincronización del encendido, el avance máximo y el grado de combustible para apoyar la sincronización avanzada del encendido. El tiempo de inyección dividida del patrón de rociado de inyección diésel se puede modificar para aumentar el NOx . Un termostato del sistema de enfriamiento necesita mantener la temperatura máxima de funcionamiento. Se debe usar anticongelante que hierva a una temperatura más alta. Es deseable una proporción de compresión más alta o el uso de un refuerzo turbo para aumentar la temperatura de la llama de combustión. Para proteger las partes internas del motor para soportar el calor extremo, las partes se pueden proteger con una capa de cerámica con una impregnación de catalizador para acelerar la producción de NOx internamente en el motor. El equipo de control de NOx de recirculación de gas de escape se necesita desactivar o retirar, ya que el NOx producido por la combustión interna ahora está capturando la energía liberada por la combustión interna. El NOx se bioactiva por las bacterias del suelo convirtiendo el NOx en nitrógeno utilizable para la planta.
Como se describe en el presente documento, las características de crecimiento en el suelo que ayudan a que las plantas crezcan bien pueden mejorarse por diversos medios cuando las emisiones de escape de un motor de combustión interna se incorporan en el suelo mediante equipos de labranza. Las características de crecimiento también pueden mejorarse aumentando el contenido de bacterias aerobias en el suelo añadiendo un agente oxidante al combustible del motor o proporcionando un depósito de cultivo en el que puedan cultivarse los microorganismos que se alimentan de las emisiones de escape para su posterior distribución o incorporación en el suelo. Las características de crecimiento también se pueden mejorar aumentando el contenido de NOx en el suelo, ya sea añadiendo un catalizador al suelo con las emisiones de escape o haciendo pasar las emisiones de escape a través de un posquemador que eleva la temperatura de combustión para aumentar el contenido de NOx en las emisiones de escape que posteriormente se incorporan en el suelo. El agente oxidante que se añade al combustible como se describe en el presente documento puede comprender cualquier forma de compuesto químico que ceda fácilmente el oxígeno o una sustancia que gane electrones en una reacción química redox. Al hacerlo, el agente oxidante se reduce en el procedimiento. Cuando se añade un agente oxidante, el ordenador 66 está dispuesto para controlar la cantidad de agente oxidante que se añade al combustible en respuesta a las características de crecimiento medidas de una muestra del suelo que mide características tales como el nivel de pH y similares.
Al añadir un catalizador para aumentar el contenido de NOx en el suelo, el catalizador se puede añadir a la semilla que se va a plantar en el suelo o, alternativamente, el catalizador se puede añadir al suelo añadiéndolo al combustible del motor de combustión interna antes de la combustión. El catalizador se selecciona del grupo que incluye níquel, cobalto, molibdeno, cromo o hierro y se caracteriza por que puede soportar temperaturas elevadas de más de 1900 grados Kelvin en el posquemador mientras sigue teniendo algún efecto útil como catalizador cuando se inyecta en el suelo con las emisiones de escape después de la combustión. Además de los catalizadores añadidos al combustible, el nivel de pH de las emisiones de escape se puede ajustar añadiendo azufre al combustible del motor de combustión interna. El ordenador 66 en este caso está dispuesto para controlar la cantidad de catalizador o azufre que se añade en respuesta a las características de crecimiento medidas de una muestra del suelo o en respuesta a las condiciones medidas del escape durante el funcionamiento.
El posquemador 50 se puede utilizar para aumentar el contenido de NOx en el suelo haciendo pasar las emisiones de escape a través del mismo a una temperatura de funcionamiento superior a 1900 grados Kelvin antes de incorporar las emisiones de escape en el suelo. A estas temperaturas se fomentan reacciones adicionales que normalmente no tendrían lugar en un motor de combustión interna que funcione normalmente. El posquemador recibe tanto las emisiones de escape a través del mismo junto con algo de combustible y aire adicionales para optimizar la elevada temperatura de funcionamiento del posquemador. El combustible puede comprender el mismo combustible que el tractor u otro equipo con el que está asociado el motor de combustión interna, o puede comprender un combustible alternativo, por ejemplo, aceites que tienen más carbono en forma de moléculas de carbono de cadena más larga que son más pesadas para aumentar la producción de dióxido de carbono y promover la oxidación de metales. Las bacterias deseables en el suelo usan metales oxidados producidos como resultado de los combustibles de carbono más pesados como fuente de energía, de modo que alimentar a las bacterias aerobias produce más nutrientes para las plantas, lo que da como resultado un suelo más fértil.
El ordenador 66 en este caso está dispuesto para variar la composición de las emisiones de escape variando la temperatura de funcionamiento del motor de combustión interna o del posquemador. El ordenador está además configurado para controlar la cantidad de combustible o aire que se añade a las emisiones de escape en el posquemador y la proporción de las mismas antes de hacer pasar las emisiones de escape a través del posquemador en respuesta a la medición de ambas características del suelo para determinar qué nutrientes adicionales son más efectivos para incorporarse en el suelo.
Para usarse en combinación con catalizadores añadidos al combustible, oxidantes añadidos al combustible y un posquemador para elevar la temperatura operativa de combustión de las emisiones de escape, el depósito de condensado 26 mejora aún más las características de crecimiento del suelo al aumentar el contenido de bacterias aerobias en el suelo mediante el cultivo de estas bacterias junto con otros microorganismos beneficiosos, incluidos varios hongos y similares. Las bacterias u otros microorganismos cultivados en el depósito normalmente no son autóctonos del suelo que se está mejorando para mejorar aún más los beneficios del mismo.
El ordenador 66 en este caso controla el funcionamiento del depósito al mantener el depósito a una temperatura de operación deseada para fomentar la producción de bacterias u otros microorganismos mientras que también se dispone para controlar las tasas a las que se añade y retira el condensado del depósito de modo que una cantidad equivalente de bacterias y microorganismos cultivados en solución se retire y se incorpore en el suelo a medida que se introduce en el depósito la cantidad de nuevo condensado con emisiones de escape incorporadas en el mismo.
Para mejorar aún más los beneficios señalados anteriormente, el sistema incluye un soplador adecuado que extrae las emisiones de escape del motor de combustión interna hacia un lado de succión del soplador y distribuye las emisiones de escape bajo presión desde el lado de presión del soplador para optimizar la eficacia y proporcionar cierto control en cuanto a la tasa a la que las emisiones de escape se incorporan en el suelo. El ordenador 66 en este caso controla la tasa del soplador en respuesta a la velocidad de combustión interna que se desplaza sobre el suelo en el caso de equipos agrícolas que incluyen equipos de labranza o siembra, por ejemplo. En consecuencia, la tasa del soplador se controla en respuesta a las demandas de emisiones de escape incorporadas en el suelo.
Cuando se utiliza un posquemador en particular o simplemente cuando se alimentan las emisiones de escape directamente desde el motor de combustión interna a una red de mangueras de distribución para su incorporación al suelo, por ejemplo, las mangueras de distribución de plástico de un instrumento de siembra agrícola, se proporciona un enfriador en serie con las emisiones de escape para enfriar las emisiones de escape antes de distribuirlas a través de las mangueras de plástico de modo que no se requiera ninguna modificación en el equipo de distribución mientras se protege cualquier parte de plástico del daño causado por el calor excesivo.
El sistema como se describe en el presente documento también se puede usar para otra materia orgánica distinta de la simple incorporación de las emisiones en el suelo, para descomponer la materia orgánica de manera que pueda usarse como un aditivo para el suelo. Para fomentar la descomposición de la materia orgánica, el motor de combustión interna vuelve a funcionar para producir emisiones de escape que luego, a su vez, se mezclan con la materia orgánica. Cuando el motor de combustión interna comprende parte de una cosechadora de granos que tiene un picador de paja, el procedimiento incluye mezclar las emisiones de escape con la paja en el picador de paja para ayudar a la descomposición de la paja. Alternativamente, cuando la materia orgánica comprende hierba cortada por una plataforma de trituración de una cortadora de césped, las emisiones de escape del motor de combustión interna de la cortadora de césped pueden mezclarse con la hierba en la plataforma de trituración para ayudar a su descomposición. Las emisiones de un motor de combustión interna asociado con el equipo de mezcla de compost se pueden mezclar con el compost utilizando el equipo de mezcla de compost. En los equipos de gestión de residuos líquidos, las emisiones de escape de cualquier motor de combustión interna asociado al mismo pueden mezclarse con los residuos orgánicos líquidos gestionados por el equipo, por ejemplo, equipos utilizados para gestionar residuos en una laguna o similar. Otro ejemplo más de emisiones de escape del motor de combustión interna de una picadora de forraje puede mezclarse con el forraje que se está picando para ayudar a su descomposición.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para mejorar las características de crecimiento de un suelo, comprendiendo el procedimiento: hacer funcionar un motor de combustión interna para producir emisiones de escape;
incorporar las emisiones de escape en el suelo; y caracterizado por que el procedimiento comprende además: distribuir las emisiones de escape a través de mangueras de distribución de plástico de un instrumento de siembra agrícola al incorporar las emisiones de escape en el suelo; y
enfriar las emisiones de escape antes de distribuir las emisiones de escape a través de las mangueras de distribución de plástico utilizando un controlador informático para controlar una tasa de enfriamiento de las emisiones de escape en respuesta a una temperatura detectada de las emisiones de escape.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye detectar la temperatura de las emisiones de escape en las mangueras de distribución.
3. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que incluye aumentar el contenido de NOx en el suelo añadiendo un agente oxidante al combustible del motor de combustión interna.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que incluye proporcionar un controlador informático dispuesto para controlar una cantidad del agente oxidante añadido al combustible en respuesta a las características de crecimiento medidas de una muestra del suelo.
5. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que incluye añadir un catalizador al suelo con las emisiones de escape, en el que el catalizador se selecciona del grupo que incluye níquel, cobalto, molibdeno, cromo o hierro.
6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, que incluye añadir el catalizador al suelo añadiendo el catalizador a la semilla antes de plantar la semilla en el suelo.
7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, que incluye añadir el catalizador al suelo añadiendo un catalizador al combustible del motor de combustión interna.
8. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que incluye usar el controlador informático para controlar una cantidad del catalizador añadido en respuesta a las características de crecimiento medidas de una muestra del suelo.
9. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, que incluye ajustar el nivel de pH de las emisiones de escape añadiendo azufre al combustible del motor de combustión interna.
10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que incluye aumentar el contenido de NOx en el suelo haciendo pasar las emisiones de escape a través de un posquemador que funciona a una temperatura mayor de 1900 grados Kelvin antes de incorporar las emisiones de escape en el suelo.
11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, que incluye variar la composición de las emisiones de escape variando una temperatura de funcionamiento de uno del motor de combustión interna o del posquemador.
12. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que incluye además: recoger el condensado de las emisiones de escape en un depósito de condensado;
cultivar microorganismos que incluyen bacterias aerobias en el depósito de condensado que se alimentan de las emisiones de escape en el condensado recogido; e
incorporar los microorganismos cultivados en el suelo.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que incluye proporcionar un controlador informático dispuesto para controlar la tasa en la que tanto se añade como se retira el condensado del depósito de condensado y una temperatura de funcionamiento del depósito de condensado en respuesta a las características de crecimiento medidas de una muestra del suelo.
14. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que incluye extraer las emisiones de escape del motor de combustión interna en un lado de succión de un soplador y distribuir las emisiones de escape bajo presión desde un lado de presión del soplador al incorporar las emisiones de escape en el suelo.
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