专利名称：从刺菜蓟(野生朝鲜蓟)耕种生产固体生物燃料的制作方法
从刺菜蓟(野生朝鲜蓟)耕种生产固体生物燃料
本发明涉及由生物质制备的燃料颗粒或燃料块形式固体生物燃料，该生物 质是通过有组织的耕种野生朝鲜蓟(刺菜蓟)来生产的。
近十年来，燃料颗粒(pellet)或燃料块(briquette)等已经在几个发达国 家被用作固体燃料。在希腊同样生产由紫花苜蓿以及其它生物质类型生产的燃 料颗粒，尤其是以工业规模生产动物饲料。在过去的l-2年里，利用木材工厂 的废弃物(锯屑、废料和其他木材厂废弃物)制造燃料颗粒的生产日益增力口， 而一些诸如橄榄仁、杏、坚果的壳等农业废弃物:故用来作为温室或其他产热的 固体燃料。
上面所提到的例子均没有涉及从农业耕种中大规模、有组织地生产生物 质，并用于固体生物质燃料(燃料颗粒或燃料块)的生产，以及在希腊和国际 上利用该生物质燃料代替利用石油来进行热能生产。
本发明的优点有很多，包括经济上的和环境上的。
农业经济根据我们的计算，从传统的耕种转移到刺菜蓟的耕种将增加农 场的利润(相对于谷类耕种，利润增加十倍；相对于棉花的耕种，利润增加两 倍等)，并为希腊和国际的田园发展提供新的看点。
国民经济根据我们的计算，所制得的生物燃料的售价将远便宜于每千克 石油的售价(50-70°/。)。因此， 一种说法就是希腊生产和更多国产廉价燃料将 使我们国家从国际石油和天然气公司以及生产国家中部分独立。
例如，将200,000公项小麦(从总计1,000,000公项谷物或5%的希腊总耕 种土地)替换成刺菜蓟，这在不久的将来会成为可能，将带来l,OOO，OOO吨石 油相当的发热量，该产量是当前欧洲协议关于生物燃料生产希腊应尽义务的 6.6倍，而该生物燃料至今还是完全依靠进口。另外，为固体生物燃料生产的 刺菜蓟耕种还包含农业和国家经济关于开放新市场和许多新工作地点创造的 发展的重要因素。
环境.温室效应如用任何种类的生物质代替石油燃料用于能源生产一样，使 用刺菜蓟作为固体生物燃料会降低co2的排放量至接近零值，因此，对温室 效应的控制做出很大的贡献。
-硝酸盐污染刺菜蓟的耕种是构成抗地下水硝酸盐污染的一个重要因素， 因为这种耕种适当的需要氮肥。大家都知道，硝酸盐污染我们国家的大多洼地 中构成一个重要的环境问题，并且与亚硝酸铵的产生和癌症的形成有关。
.土壤侵蚀-沙漠化刺菜蓟在倾斜的坡地上耕种是构成希腊土地抗土壤侵 蚀和沙漠化一个重要因素，因为它的耕种将在全年内提供完全的植被覆盖。
-农用化学品的减少由于它的巨大适应性，刺菜蓟不允许其他植物和它 共生。产物有非常高的耐受性，不受其他疾病或昆虫攻击的影响。因此，杀菌 剂、杀虫剂和其他农用化学品的使用几乎为零。
.水管理刺菜蓟可以充分利用冬雨，并在没有灌溉的情况下高产量生产。
.土壤肥力的改善刺菜蓟的耕种对土壤肥力改善的贡献主要由于有机物 丰富和好的土壤结构的创造，因此随后作物的高产量是可以预见的。
刺菜蓟(英文叫刺棘蓟(cardoon),或西班牙蓟，或野生朝鲜蓟或菜蓟属 (cynara))是(1)地中海地区的四季作物，其非常适合南欧的干热气候。刺 棘蓟的生长开始于第一场秋雨以后，整个冬天和春天一直到夏初都在不断的生 长，直到土壤湿度降到很低的水平并且植物露在空气中的部分干透。然后，该 作物可以在6-8月之间收获(2)。随着十月份第一场雨的降落，将发生快速的 再生长，并且该作物将在几天内完全覆盖土壤，等等。由于刺菜蓟本身就是一 种强壮的野草(入侵者)，它不允许其他野草的生长，然而，在多年野外试验 中，该作物不受害虫和疾病的影响，因此，在没有使用农用化学药品的情况下 的耕种是成功的。加之，由于其丰富并且深的根系，刺菜蓟具有完全利用土壤 肥力的优势，并将氮肥的使用量降到最低，至不必需但不为零。本专利申请人 的早期试验中，直到第三年耕种前，在没有使用肥料的情况下就能获得相当高 的产量，在第四年之后肥料用量增加到50kg N/ha。刺菜蓟可以完美的利用冬 雨，并在没有灌溉的情况下取得高的生物质产量。没有灌溉的情况下，干生物 质的产量是12-16化//>项，然而，如果在4月中旬到5月底(该特別时期在 大多数地方水都是容易得到的)灌溉2-3次，产量达到20-25吨/公项以上是正常的预期。值得注意的是，与其他耕种相比4交，耕种刺菜蓟的成本是很小的。
另一方面，刺菜蓟燃料颗粒(5)是很小的，为各种尺寸(如直径为6mm， 长度为30mm等)的由该作物的生物质压缩制成的圆柱状块，该块易于压缩， 卡车(6)运输和储藏在储藏室，从这里生物质可以运送并自动供给现代化装 备和具有可控并可调整流速的炉子里。燃料颗粒具有含水率大约8% (每立方 米重约650kg)的湿度和16-18MJ/kg的热值，换句话说，2kg的菜蓟属(cynara) 燃料颗粒相当于l升石油。灰含量约5-7%,并且在现代化的装备中是可忽略 的，然而，另一方面灰本身可构成无机肥料的一个重要来源。
对于种植刺菜蓟(Cynaracardunculus)耕种，可以利用现有的设备。利用 耕作和2-3次耙地的野外准备是必须的。如果劳动力(人和机械)是雇佣的话， 野外准备的成本估计在160-190欧元/公项，然而，如果使用自己的设备，野外 准备的成本就会只有50欧元/公项以下。野外准备后就是播种，采用普通的气 胎播种机械即可实现。现在可用的菜蓟属(cynara)种子的价格是15欧元/千 克，然而，播种40-50公项的土地只需10千克的种子。因此，播种的总成本 (包括劳动力成本)估计在70-80欧元/公项。基于上述估计，刺菜蓟耕种的种 植成本在120-270欧元/公项的范围内，考虑到十年的寿命周期，建设的年成本 在12-27欧元〃>项的范围内，而该建设成本几乎可以忽略不计的。农作物建设 完成后，除不肥沃的土地需要在生产3或4年后施加少量的氮肥(0-50kg N/ha) 外，一年一次的菜蓟属(cynara)生物质的收获构成唯一的野外工作。
菜蓟属(cynara)作物的收获可以利用现有的设备实现，并将收获和收集 的生物质做成球，无i仑是小(3)或大的。这些球通过卡车平板车运送到处理 车间。本专利申请人已经计算出使用现有设备将生物质收获，并运送到车间门 口的总成本是20-30欧元/吨，然而，使用现代化的收获和成球机械，所述成本 将降低到10-20欧元/吨。
在车间，用锤(4)将生物质打碎和切段，然后制成颗粒状物，得到最终 的刺菜蓟燃料颗粒或燃料块产物(5)。所述产物具有很大的热值，好的燃烧特 性和非常低的硫含量。产物的热值是17-19 MJ/kg (收获时的含水量10%)，或 换句话说，约是石油热值(41-42 KJ/kg)的一半。目前在意大利，德国，荷兰 和其他欧洲国家的市场上出现的一般是颗粒形状的固体生物燃料。在意大利市
5场，15千克小块的现行价格是180欧元/p屯(大量)到超过240欧元/喊以上。 据信，不久之后用于加热的燃料颗粒也将会在希腊市场出现。最初的用于家庭 (8)和工业(7)的炉和装备已经进入希腊市场。中等容量的造粒车间的生产 能力是每年约50,000吨(在Palamas， Karditsa的工业生产实验每小时生产7 吨菜蓟属燃料颗粒，每年运转7000小时)。这样的一个车间的建设成本约150 万欧元，然而，根据我们的计算， 一年运转和折旧的成本将保持在低于20欧 元/p屯(也就是，1 ，000,000欧元大体上包含电力，劳动力，原料，维修和其他 开支的成本)。至关重要需要强调的是收获的生物质包含含油量25%的种子约 15%。因此，生物质的含油量是3.75%,并且这被证实非常有利于产品(燃料 颗粒)产率的大幅提高，实际上，是其他木材原料或作物废弃物(秸秆，碎片 等)制粒的7-15倍。这可以降低运转成本达一折，例如，从100欧元/吨到只 有10欧元/吨。
第一个工业基础上的刺菜蓟燃料颗粒的实验生产已于2006年11月10日 在希腊实现(1-5),在协调专利申请人的参与下与著名动物性食物的工业生产 公司合作，位于帕拉马斯、嚷迪察、希腊中部。这项活动得到了地方和国家报 纸和电视的大力宣传。
虽然经济形式将由市场来决定，^f旦^L容易理解，农场生产的菜蓟属生物量 的出售价格将至少为60欧元/吨，位于希腊喀迪察(帕拉马斯)和拉里萨 (Sykourio)的首批两个厂家很赞成得出这个结论。这意味着，根据我们的估 计，农民在每7>项产量12 -15吨干量的基础上，利润将在720-900欧元(对比 于现今小麦种植情况，利润为100欧元/公顷)。在水灌溉的情况下(如果改为 棉花种植)，考虑到灌溉成本，农民的利润将升至2000欧元/公项(对比于现 今的棉花种植情况，利润为1200欧元/公项)。以上价格排除了补贴(农民检 查，有机农业，硝酸盐污染补贴等)，也排除了归因于能源作物的45欧元/公 项的i介格补贴。
很容易理解生产自己的燃料或者至少一部分的意义。减少对国际垄断能源 的依赖，节省贵金属交易等。实例证明，以刺菜蓟替代200,000ha的小麦(除 掉l,OOO,OOOha的谷物面积，只占总共农业用地的5%),我们认为有可能在不 久的将来带来的等同于l,OOO，OOO吨石油当量的生产。这是目前希腊生产生物燃料任务的6.6倍(目前全部依靠进口 )，对希腊的消费带来巨大的好处，根 据我们估计可能超过石油价格的三分之一。
最后，我们应当提到，它将在收获、运输、加工和新产品的销售方面创造 无数新岗位。
权利要求
1.可以实现野刺菜蓟(野生朝鲜蓟或刺棘蓟)的有组织耕种，并且利用其生物质生产能源。
2. 由耕种的菜蓟属(cynara)的生物质所获得的固体生物燃料可以由收割 的植物有机体(茎、上部叶子、头部和种子)或它们的一部分/多个部分来生 产。
3. 由耕种的菜蓟属(cynara)的生物质所获得的固体生物燃料，可以由田 野里收割的原生物质生产，或者可以在加工和造粒之后被生产为碎屑；具有不 同大小，即直径为3-8毫米或更厚，且长度为0.5-3厘米或更长的颗粒；或直 径为8-20厘米或更大，且不同长度的燃料块等，它们可以被送进用于热能生 产的各种现代化的燃烧炉中。
4. 由耕种的菜蓟属(cynara)的生物质所获得的固体生物燃料，可以被应 用于家用燃烧炉(火炉、壁炉、集中加热)以及用于加热或发电或两者的工业 用燃烧炉(大型工厂)中，如果种子包含在所述生物燃料中，菜蓟属的热值达 到20-22MJ/吨干物质，由于生物质中的种子油的相同百分率(3.75%),该生 物质可以比其他工业基础上使用的木质材料高7-15倍的速率进行加工(颗粒 化)，从而减少工厂的运4亍成本。
5. 由耕种的菜蓟属(cynara)的生物质生产能源的最大优点是伴随的很大 能量平衡，其达到l:27(相比较，通过玉米和甘蔗所生产的乙醇分别为1:1.3 和1:8;以及通过油菜所生产的生物柴油为1:2.5),这是由于菜蓟属在适当耕 种下的大生长周期(10-15年种^i一次)以及最低的所需能量才殳入(不施肥 到适度施肥、无需控制杂草、无需灌溉)。
6. 根据权利要求4和5，以15-30 p屯/公项数量级的生物质生产力，每公项 有组织耕种的刺棘蓟可以生产出约7.5-15吨石油等价物(toe),达到该领域最 低的生产成本(低于40欧元/toe )。
全文摘要
本发明涉及利用生物质制备固体生物燃料(燃料颗粒、燃料块等)，该生物质通过有组织的耕种野刺菜蓟(weed Cynara cardunculus)而制得的，该生物质的用途是在家庭、工业或电力生产领域代替石油产生热量。从传统的种植系统转换到菜蓟属(cynara)耕种可以增加农民的收入，并且为希腊田园区域的发展打开新视野，同样也可以分别创造很多的新工作岗位。另外，生产的生物质燃料将远比用于加热的石油或天然气便宜，并且它的使用将降低对国际能源垄断和贵重交易出口的依赖。除了经济优势外，本发明还对环境的温室效应，硝酸盐和农用化学品污染的控制，节约大量的灌溉用水，排除土壤侵蚀和土地沙漠化和土壤肥沃度及其他化学物理特性的提升等有直接积极的影响。
文档编号C10L5/44GK101668834SQ200880008104
公开日2010年3月10日 申请日期2008年3月12日 优先权日2007年3月15日
发明者乔治·塔霍拉斯, 尼古劳斯·德纳拉托斯 申请人:尼古劳斯·德纳拉托斯;乔治·塔霍拉斯