专利名称：一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种开发利用荒山、荒涂、荒滩种植芒草类植物，并进而通过所 述的芒草类植物制备和贮存生物碳，从而达到捕捉和贮存大气中二氧化碳的技术，属于生 物、环保、低碳技术领域。
背景技术：
近年来，随着异常气候的频繁出现，人们将目光集中于全球气候变化，越来越多 的证据证明二氧化碳浓度的增加是引发全球气候变暖的主要原因。碳捕捉和贮存(简称 CCS)是指将二氧化碳从工业和相关能源中分离出来，输送到一个封存地点，并保持长期与 大气隔绝的过程；目前二氧化碳的捕捉和贮存主要有四种办法，即地质封存、海洋封存、将 二氧化碳转化成无机碳酸盐和将二氧化碳用于工业目的等四种方法；但这四种捕捉和贮存 方法成本高昂，且具有一定的不确定性；而利用利用芒草类植物类植物(Triarrhena)制备 生物碳捕捉和贮存二氧化碳的技术还未见有报道。发明内容
本发明的目的在于弥补现有碳捕捉和贮存技术的不足，提供一种利用芒草类植物 制备生物碳，从而经济、环保、高效的捕捉和贮存大气中的二氧化碳的方法。本发明还可以 直接用于农业生产方面，同时进一步提高芒草类植物类植物捕捉大气中二氧化碳的能力； 而且，开发利用荒山、荒涂、荒滩种植芒草类植物，还可以改善生态环境、保持水土、提高土 地利用率、增加农民收入、促进地区经济发展。另外，利用本发明展开的项目可直接进入碳 汇交易。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述用芒草类植物制备生物碳的方 法，包括芒草类植物的栽培、收割、预处理和生物碳生产，所述的预处理是将收割后的芒草 类植物茎秆进行风干后切割成适于无烟焦化工艺的长度；然后在无氧的情况下、对上述预 处理后的芒草类植物茎秆处于400-700°C高温下并采用无烟焦化工艺制成生物碳。
所述的芒草类植物的栽培是通过翻耕耙地后，开挖种植穴，每公顷15000穴，穴 深8-12cm，内铺5 — IOcm经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土 3— 7cm，浇水湿透；所述的收割是等到芒草类植物生长至叶片开始发黄干枯，并使叶片完全 干枯后，即用专门的收割机进行收割，且为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然 风干再行收割。
所述的芒草类植物的栽培是在每年的3月至10月期间，选择靠近水源或降雨量 丰富的河滩地、荒山及经过一定年限的海涂，翻耕耙地后，开挖种植穴，穴深IOcm左右，内 铺7—8cm经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土 4一6cm，浇水湿透；收 割是指芒草类植物生长至次年11月，叶片开始发黄干枯，地上部分叶片和茎秆中养分向 地下部分回流，叶片完全干枯后，即可用专门的收割机进行收割；为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干至1月份再行收割；所述的预处理是根据不同的无烟焦化工 艺，将风干至含水量为8—1 左右的芒草类植物茎秆，直接采用可移动式无烟焦化设备将 其制成生物碳；或将风干后的芒草类植物茎秆制成块状物，采用大型固定式无烟焦化炉将 其制成生物碳。
所述的生物碳的贮存方法是集中贮放，选择靠近项目所在地的废弃矿井、低洼地 及各种废弃地进行集中贮放，若堆放地海拔较高，可用简易包装打包后集中贮放；或采用间 接贮放，它是将生物碳加工成为直径1一1. 5cm、优选0. 5cm的颗粒直接施放与土壤，以用作 土壤改良剂或将其加工成为碳素复合肥。
所述的生物碳的利用是进行土壤改良生物碳作为土壤改良剂和或加工为碳素复 合肥直接施放与农田或芒草类植物种植地，可平衡土壤酸碱度、改善土壤结构、增加土地肥 力，进而提高作物和芒草类植物生物质的产量；或所述的利用是作为战略储备能源大量 封存的生物碳可作为战略储备能源，将来可直接用于发电，降低能源危机对国民经济生产 的影响。
本发明利用我国的荒山荒涂荒滩种植10万公顷芒草类植物，按照每公顷年产27 吨生物质(芒草类植物的茎秆)，寿命20年为例每年可生产270万吨高能生物质，可生产生物碳108万吨，吸收大气中的二氧化碳378 万吨，相当于将一座装机容量为60万KVA的大型燃煤电厂一年排放的二氧化碳全部捕捉和 贮存。芒草类植物的寿命按20年计算，10万公顷的芒草类植物一生可吸收大气中的二氧化 碳7560万吨，相当于将20座60万KVA燃煤电厂1年的二氧化碳排放和贮存。
据田牧等(2009)测算，燃煤电站采取普通的CCS (碳捕捉和贮存)技术，每kW投资 达1023美元。建设60万kW燃煤电厂的CCS系统，总投资需6. 15亿美元。而栽培种植10 万公顷芒草类植物捕捉和贮存相当量的二氧化碳只需其十分之一的投资。同时，用普通的 CCS系统捕捉和贮存二氧化碳每吨还需花费21-113美元，存放的二氧化碳还不能被利用， 有很多不确定性。本发明贮存的二氧化碳可以被用作农业生产，促进农作物产量的提高。
生物碳本身也是一种清洁能源，利用本技术可将生物碳长期存放，作为国家战略 能源进行储备。108万吨的生物碳相当于72万吨的标煤，10万公顷的芒草类植物一生(20 年)可生产2160万吨的生物碳，相当于一座可开采1140万吨优质煤的中型煤矿。
若今后原油升至每桶300美元，生物碳将是物美价廉的清洁能源。
具体实施方式
本发明包括芒草类植物的栽培、收割、预处理、生物碳的生产、生物碳的贮存、生物 碳的利用。所属的芒草类植物属于C4植物，具有极高的光合效率。据测算，1公顷的芒草 类植物每年可捕捉二氧化碳70-175吨，其生长寿命按照20年计算，一生可捕捉1400-3500 吨二氧化碳。所述的芒草类植物的栽培是指利用芒草类植物适应性强的特性，利用荒山、荒 涂、荒滩进行人工栽培，并可将工业排放的二氧化碳直接释放于芒草类植物种植区，以提高 其光合效率。开发利用荒山、荒涂、荒滩种植芒草类植物，还可以改善生态环境、保持水土、 提高土地利用率、增加农民收入、促进地区经济发展。所述的芒草类植物的收割是指在确保 土壤肥力的前途下，将芒草类植物的茎秆收割。所述的芒草类植物的预处理是指将其茎秆 风干至含水量为10%左右，根据不同的无烟焦化技术将芒草类植物加工成适合的形态。所述的生物碳的生产是指将预处理后的芒草类植物茎秆在500摄氏度左右进行无烟焦化处 理，使之形成生物碳。所述的生物碳的贮存是指将形成的生物碳直接存放于地表或地下等 (废弃矿井、低洼地、荒地等)废弃土地，作为国家战略资源储备。所述的生物碳的利用是指 将生物碳直接施放于土壤中，用于改良土壤结构、平衡土壤酸碱度；或将生物碳与其他原料 加工成碳素复合肥，用于农业生产及芒草类植物类植物的栽培。
实施例A、芒草类植物的栽培，选择靠近水源或降雨量丰富的河滩地、荒山及经过一定年 限的海涂。翻耕耙地后，开挖种植穴，每公顷15000穴，穴深8-12cm、优选IOcm左右，内铺 5-lOcm、优选7cm左右经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗植入，覆土 3—7cm、 优选5cm左右，浇水湿透，3月至10月期间均可种植。
B、芒草类植物的收割，芒草类植物生长至次年11月，叶片开始发黄干枯，地上部 分叶片和茎秆中养分向地下部分回流；叶片完全干枯后，即可用专门的收割机进行收割； 为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干至1月份再行收割。
C、预处理，根据不同的无烟焦化工艺，将芒草类植物茎秆风干至含水率8—12%、 优选10%，直接用于移动式无烟焦化工艺；或将风干后的芒草制成块状物，用于大型固定无 烟焦化设备。
D、生物碳的生产，在无氧情况下，400-700°C、优选550°C左右高温，利用无烟焦化 工艺将经过预处理的芒草类植物茎秆制成生物碳。
E、生物碳的贮存，分为集中贮放和间接贮放，(1)集中贮放选择靠近项目所在地的废弃矿井、低洼地及各种废弃地进行集中 贮放。若堆放地海拔较高，可用简易包装打包，以防流失。
(2)间接贮放将生物碳加工成为直径0. 5cm的颗粒直接施放与土壤，以用作土 壤改良剂。也可将其加工成为碳素复合肥。
F、生物碳的利用，(1) 土壤改良生物碳作为土壤改良剂和或加工为碳素复合肥直接施放与农田或 芒草类植物种植地，可平衡土壤酸碱度、改善土壤结构、增加土地肥力，进而提高作物和芒 草类植物生物质的产量。
(2)作为战略储备能源大量封存的生物碳可作为战略储备能源，将来可直接用 于发电，降低能源危机对国民经济生产的影响。
权利要求
1.一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法，该方法包括芒 草类植物的栽培、收割、预处理、生物碳生产和生物碳的贮存，其特征在于所述的预处理是 将收割后的芒草类植物茎秆进行风干后切割成适于无烟焦化工艺的长度；然后在无氧的情 况下、对上述预处理后的芒草类植物茎秆处于450—550°C高温下并采用无烟焦化工艺制成 生物碳。
2.根据权利要求1所述的用芒草类植物制备生物碳的方法，其特征在于所述的芒草类 植物的栽培是通过翻耕耙地后，开挖种植穴，每公顷15000穴，穴深8-12cm，内铺8—12cm 经堆放成熟的有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土 3—7cm，浇水湿透；所述的收割 是等到芒草类植物生长至叶片开始发黄干枯，并使叶片完全干枯后，即用专门的收割机进 行收割，且为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自然风干再行收割。
3.根据权利要求2所述的用芒草类植物制备生物碳的方法，其特征在于所述的芒草类 植物的栽培是在每年的3月至10月期间，选择靠近水源或降雨量丰富的河滩地、荒山及经 过一定年限的海涂，翻耕耙地后，开挖种植穴，穴深IOcm左右，内铺7—8cm经堆放成熟的 有机肥和土壤混合物，然后将种苗放入，覆土 4一6cm，浇水湿透；收割是指芒草类植物生 长至次年11月，叶片开始发黄干枯，地上部分叶片和茎秆中养分向地下部分回流，叶片完 全干枯后，即可用专门的收割机进行收割；为减少预处理时茎秆水分含量，可使其在地里自 然风干至1月份再行收割；所述的预处理是根据不同的无烟焦化工艺，将风干至含水量为 8—1 左右的芒草类植物茎秆，利用切碎机将茎秆切为2. 5—3. 5cm长，采用可移动式无烟 焦化设备将其制成生物碳；或将茎秆截为1一1.細长，捆绑成直径60cm的小捆，采用大型固 定式无烟焦化炉将其制成生物碳。
4.一种如权利要求1或2或3所述的生物碳的贮存方法，其特征在于所述的贮存方法 是集中贮放，选择靠近项目所在地的废弃矿井、低洼地及各种废弃地进行集中贮放，若堆 放地海拔较高，可用简易包装打包后集中贮放；或采用间接贮放，它是将生物碳加工成为直 径0. 5cm的颗粒直接施放与土壤，以用作土壤改良剂或将其加工成为碳素复合肥。
5.一种如权利要求1或2或3所述的生物碳的利用，其特征在于所述的利用是进行土 壤改良生物碳作为土壤改良剂和或加工为碳素复合肥直接施放与农田或芒草类植物种植 地，可平衡土壤酸碱度、改善土壤结构、增加土地肥力，进而提高作物和芒草类植物生物质 的产量；或所述的利用是作为战略储备能源大量贮存的生物碳可作为战略储备能源，将 来可直接用于发电，降低能源危机对国民经济生产的影响。
全文摘要
一种利用芒草类植物制备生物碳捕捉和贮存大气中二氧化碳的方法，所述的制备方法包括芒草类植物的栽培、收割、预处理和生物碳生产，所述的预处理是将收割后的芒草类植物茎秆进行风干后切割成适于无烟焦化工艺的长度；然后在无氧的情况下、对上述预处理后的芒草类植物茎秆处于400-700℃高温下并采用无烟焦化工艺制成生物碳；所述的贮存方法包括集中贮放和间接贮放；所述的利用是进行土壤改良或作为战略储备能源；本发明的实施推广可以经济、环保、高效的从大气中捕捉和贮存二氧化碳。
文档编号C10B57/00GK102031127SQ20101057712
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者尹冬冬, 杨宗鑫 申请人:杭州鑫伟低碳技术研发有限公司