用于減少溫室氣體的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供通過捕獲并以生物質(zhì)的形式儲存二氧化碳來減少溫室氣體的方法，該生物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成高價值材料，例如具有大于37%的ω-3的油、生物柴油、磷脂、甘油、葡萄糖和蛋白飼料。
【專利說明】用于減少溫室氣體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于減少溫室氣體的方法，并且更具體地，本公開涉及通過二氧化碳捕獲、固定和轉(zhuǎn)化來減少溫室氣體。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著例如全球變暖和因化石燃料大量使用引起的化石燃料耗竭等全球環(huán)境問題的出現(xiàn)，已提議多種用于解決這些問題的方法。常規(guī)碳捕獲&儲存(CCS)方法包括通過利用吸收、吸附、膜分離等從二氧化碳源(例如，熱電廠、煉鋼廠和鍋爐)捕獲二氧化碳，并將捕獲的二氧化碳輸送至地下或海洋油藏、氣藏、或煤層，以在其中注入和儲存二氧化碳。盡管這些方法直接減少溫室氣體，但是用于捕獲、輸送和儲存I噸二氧化碳的成本分別為$60-70、$1-10和$2-10。除捕獲并儲存二氧化碳的方法之外，還開發(fā)出用于將二氧化碳轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)例如甲烷、甲醇、塑料(例如聚碳酸酯、碳酸酯等)的方法。然而，這此產(chǎn)物在溫室氣體減少方面的提升價值遠(yuǎn)低于與捕獲二氧化碳有關(guān)的成本。圖1示出捕獲并儲存二氧化碳的常規(guī)方法。
[0003]一種常規(guī)的用于減少溫室氣體的方法公開了一種使用微藻固定二氧化碳的系統(tǒng)，其包括用于捕獲二氧化碳的氣體捕獲裝置和通過接收二氧化碳和水來培養(yǎng)微藻的光生物反應(yīng)器?？梢酝ㄟ^濕法來進(jìn)行氣體捕獲，并且該系統(tǒng)還可以包括用于儲存在光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)的微藻的生物質(zhì)。然而，捕獲并儲存的二氧化碳的價值受到限制，因為該系統(tǒng)不包括用于將二氧化碳轉(zhuǎn)化成非有害形式的方法和裝置。此外，這種用于固定二氧化碳的常規(guī)系統(tǒng)的操作要求使該系統(tǒng)不能廣泛用于工業(yè)設(shè)置。由于預(yù)計溫室氣體水平全球增加會在全球水平具有嚴(yán)重不利的環(huán)境后果，所以迫切地需要減少、消除和/或減輕溫室氣體產(chǎn)生的方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供捕獲并儲存二氧化碳的方法，經(jīng)該方法，可以通過捕獲二氧化碳來減少溫室氣體并且可以通過將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化成具有大于37%的ω-3的功能性油、磷月旨、生物柴油、葡萄糖等來獲得高增值材料。
[0005]在優(yōu)選的示例性實施方式中，本發(fā)明提供通過捕獲并固定二氧化碳以獲得生物質(zhì)(例如C6H12O6)并轉(zhuǎn)化生物質(zhì)而由二氧化碳制備高增值材料的方法。
[0006]可以通過如下過程捕獲二氧化碳，在該過程中，通過從二氧化碳源排放的含有二氧化碳的排放氣體與液體吸收劑之間的氣液相接觸而化學(xué)吸收二氧化碳，并通過將熱施加至液體吸收劑而從液體吸收劑中分離二氧化碳。
[0007]經(jīng)由通過利用捕獲的二氧化碳且包括光合作用的微藻例如柵藻(Senedesmus)和小球藻(Chlorella Vulgaris)的生長過程以及隨后對所得微藻進(jìn)行的干燥過程而獲得生物質(zhì)(C6H12O6)的方法,可以固定二氧化碳。通過使用壓制機(jī)來破碎生物質(zhì)外的細(xì)胞壁以產(chǎn)生油或油餅，根據(jù)本文技術(shù)的生物質(zhì)(C6H12O6)的轉(zhuǎn)化可以產(chǎn)生具有大于37被％的ω-3的功能性油、生物柴油、磷脂、葡萄糖、蛋白飼料、甘油等。
[0008]下文討論本發(fā)明的其它方面和優(yōu)選實施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]現(xiàn)在將參考附圖圖示的本發(fā)明的某些示例性實施方式來詳細(xì)地描述本發(fā)明的上述和其它特征，下文給出的這些實施方式僅僅用于示例說明，因此不是對本發(fā)明的限制，其中:
[0010]圖1示意性地示出捕獲并儲存二氧化碳的常規(guī)技術(shù)；
[0011]圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式通過二氧化碳的捕獲、固定和轉(zhuǎn)化而減少溫室氣體并產(chǎn)生附加值的方法；
[0012]圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的二氧化碳捕獲和固定；
[0013]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的生物質(zhì)(C6H12O6)轉(zhuǎn)化的示意性框圖。
[0014]應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，而只是呈現(xiàn)說明本發(fā)明的基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度的簡化表示。本文公開的本發(fā)明的具體設(shè)計特征，包括，例如，具體尺寸、方向、位置和形狀將部分取決于特定的既定用途和使用環(huán)境。
[0015]在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾張圖中通篇指代本發(fā)明的相同或等同部件。
【具體實施方式】
[0016]下面將詳細(xì)地參照本發(fā)明的各個實施方式，其實施例圖示在所附附圖中，并在下文加以描述。盡管將結(jié)合示例性實施方式描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本說明書無意于將本發(fā)明局限于這些示例性實施方式。相反，本發(fā)明不僅要涵蓋這些示例性實施方式，還要涵蓋由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替代形式、修改、等效形式和其它實施方式。
[0017]應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語包括通常的機(jī)動車，例如，包括多功能運(yùn)動車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、插入式混合電動車、氫動力車和其它代用燃料車(例如，來源于石油以外的資源的燃料)。如本文所提到的，混合動力車是具有兩種或多種動力源的車輛，例如，具有汽油動力和電動力的車輛。
[0018]本文中提供的范圍應(yīng)理解為該范圍內(nèi)所有數(shù)值的簡寫。例如，1飛0的范圍應(yīng)理解為包括選自 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、
26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、或 50、以及所有介于上述整數(shù)之間的小數(shù)值(例如，1.1、1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8、和1.9)的任何數(shù)字、數(shù)字的組合、或子范圍。關(guān)于子范圍，具體考慮從范圍內(nèi)的任意端點(diǎn)開始延伸的“嵌套的子范圍”。例如，廣50的示例性范圍的嵌套子范圍可以包括一個方向上的廣10、
I?20、I?30和I?40，或在另一方向上的50?40、50?30、50?20和50?10。
[0019]除非特別說明或從上下文明顯得到，否則本文所用的術(shù)語“約”理解為在本領(lǐng)域的正常容許范圍內(nèi)，例如在均值的2個標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)?！凹s”可以理解為在所述數(shù)值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05% 或 0.01% 內(nèi)。除非另外從上下文清楚得到，本文提供的所有數(shù)值都由術(shù)語“約”修飾。[0020]二氧化碳的捕獲可以包括利用例如胺、碳酸鉀、或氨水的液體吸收劑而進(jìn)行的化學(xué)吸收。如圖3所示，通過捕獲裝置的吸收塔，經(jīng)由含有二氧化碳的排放氣體與液體吸收劑之間的氣液相接觸，優(yōu)選在約25°C至約80°C下進(jìn)行，可以化學(xué)吸收從二氧化碳源排放的含有二氧化碳的排放氣體，從而排出二氧化碳已去除的排放氣體。然后，與二氧化碳化學(xué)結(jié)合的液體吸收劑可以被輸送到高溫再生塔，其優(yōu)選在約60°C至150°C，以斷裂化學(xué)鍵并分離出二氧化碳，從而可以將高濃度二氧化碳，優(yōu)選大于約90%的二氧化碳，暫時儲存在儲存罐等中，以便將二氧化碳輸送到二氧化碳固定裝置。
[0021]如圖3所示，通過將捕獲的二氧化碳供應(yīng)到包括微藻的光生物反應(yīng)器并對反應(yīng)器提供來自光源的光能和培養(yǎng)基，其中培養(yǎng)基優(yōu)選BG-11,從而可以經(jīng)光合作用固定二氧化碳。更具體地，主動同化碳的微藻例如柵藻和小球藻可以在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基中培養(yǎng)并且在光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)，同時通過用于增加氣液相材料之間的傳遞率(transfer rate)的中空膜接觸器來將捕獲的二氧化碳加入到光生物反應(yīng)器中，以使二氧化碳可以以HC03_和CO/—的形式溶解并飽和。溶解于培養(yǎng)基中的二氧化碳可以用作碳源，以利用光源例如日光、熒光燈或發(fā)光二極管(LED)通過微藻的光合作用產(chǎn)生生物質(zhì)(例如C6H12O6X就此而言，當(dāng)使用熒光燈在約25°C至約30°C將約30至約40ppm的微藻培養(yǎng)于約0.05至約0.2M的培養(yǎng)基中約5、天時，對于每I噸捕獲的二氧化碳，生物質(zhì)產(chǎn)出可以在約200至約400kg的范圍內(nèi)。
[0022]如圖4所示，通過使用壓制機(jī)來破碎生物質(zhì)外的細(xì)胞壁，可以轉(zhuǎn)化生物質(zhì)(例如C6H12O6)獲得油和油餅。例如，如果對于每Ikg的生物質(zhì)將約3至約7ml的5%磷酸溶液添加至油中，并且將混合物在約70°C至約100°C加熱約10-60分鐘并使其保持，則可以產(chǎn)生具有大于37wt%的ω-3的高功能性油和磷脂。此外，如果對于每Ikg的生物質(zhì)向油餅添加約90至約130ml的丙酮溶液，并且保持混合物，則可以獲得misella以及碳水化合物與蛋白質(zhì)的混合物。如果通過在約40°C至70°C加熱misella使丙酮沸騰，則可以獲得微藻油(提取油)。如果將約15至約25ml的甲醇和約0.1至約1.0ml的氫氧化鈉添加到微藻油，并且在約40°C至約100°C對混合物加熱約30-60分鐘并使其保持，則可以獲得生物柴油和甘油。而且，如果將稀硫酸添加到從油餅獲得的碳水化合物與蛋白質(zhì)的混合物中，并且在約IOO0C ~150°C加熱混合物約10-40分鐘，則可以產(chǎn)生葡萄糖和蛋白飼料。就此而言，對于每Ikg生物質(zhì)根據(jù)本文技術(shù)可獲得的產(chǎn)物的收率和產(chǎn)出在下表1中公開。
[0023]表1從二氧化碳轉(zhuǎn)化獲得的材料的收率和產(chǎn)出
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 從二氧化碳源捕獲二氧化碳； 固定所述二氧化碳； 將固定的二氧化碳轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)；以及 制備高價值材料。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中捕獲處理還包括: 用選自胺、碳酸鉀、氨水、及其任意組合的液體吸收劑來吸收所述二氧化碳。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中捕獲處理還包括: 使所述二氧化碳與液體吸收劑接觸； 通過從二氧化碳產(chǎn)生源排放的排出氣體中所含有的二氧化碳與所述液體吸收劑之間的氣液相接觸，在捕獲裝置的吸收塔中化學(xué)吸收所述二氧化碳；以及排放其中二氧化碳被去除的排出氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在25°C~8(rC的溫度范圍內(nèi)化學(xué)吸收所述二氧化碳。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括: 將所述液體吸收劑和吸收的二氧化碳輸送到高溫再生塔； 在所述高溫再生塔中從所述液體吸收劑中分離出二氧化碳；以及 將分離出的二氧化碳隔離到儲存罐。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述高溫再生塔的溫度在60°C^150°C的范圍內(nèi)并且隔離出的二氧化碳具有90%或更高的濃度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中固定處理還包括: 將捕獲的二氧化碳供應(yīng)至包括微藻、光源和培養(yǎng)基的光生物反應(yīng)器；以及 產(chǎn)生生物質(zhì)， 其中所述光源是日光或人造光源，并且所述微藻是柵藻(Senedesmus)或小球藻(Chlorella Vulgaris)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述二氧化碳經(jīng)中空膜接觸器以HC03_或C032_的形式供應(yīng)到所述光生物反應(yīng)器。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中通過使用壓制機(jī)壓破所述微藻的細(xì)胞壁而將所述生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成油和/或油餅。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中用磷酸溶液處理所述油并對其加熱以產(chǎn)生具有大于37?七％的ω-3的加工油或磷脂。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中對于每Ikg的所述生物質(zhì)，向所述油添加3~7ml的3^7%磷酸溶液。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中將添加有所述磷酸溶液的油在70Π00?的溫度范圍內(nèi)加熱10-60分鐘。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中用丙酮溶液處理所述油餅以產(chǎn)生misella和/或碳水化合物與蛋白質(zhì)的混合物。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中對于每Ikg的所述生物質(zhì)，向所述油餅添加9(Tl30ml的所述丙酮溶液。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中進(jìn)一步加熱所述misella使丙酮沸騰，從而獲得微藻油(提取油)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中將所述misella加熱至40°C~70°C的溫度范圍。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中向所述微藻油添加甲醇和氫氧化鈉，并加熱混合物以獲得生物柴油或甘油。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中向所述微藻油添加15~25ml的甲醇和0.1~1.0ml的氫氧化鈉，并在40°C~100°C加熱混合物30-60分鐘。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中向從所述油餅獲得的碳水化合物與蛋白質(zhì)的混合物添加稀硫酸，并加熱所述混合物以產(chǎn)生葡萄糖或蛋白飼料，其中加熱過程在io(Ti5(rc進(jìn)行10-40分鐘。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高價值材料包括選自具有大于37%的ω-3的功能性油、生物柴油、磷脂、甘油、葡萄糖和蛋白飼料的一種或多種材料。
【文檔編號】C11C3/04GK103623685SQ201210533582
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月21日
【發(fā)明者】裵臣泰, 樸正圭, 李愿培, 高大英 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社