2
Способ и система для улавливания и использования СО при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках
2
METHOD AND SYSTEM FOR CAPTURING AND USING CO IN THE CULTIVATION OF UNICELLULAR ALGAE ON PADDY FIELDS

Область техники
2
Изобретение относится к технологиям улавливания, использования и хранения CO(CCUS).
Уровень техники
В настоящее время в мире большое внимание уделяется технологиям CCUS (Carbon Capture, Usage and Storage: Улавливание, Использование и Хранение Углерода), поскольку эти технологии представляют собой важный шаг в направлении уменьшения воздействия промышленного производства на климат.
2
2
В документе US 2007092962 описаны устройство и способ удаления CO с использованием фото биореактора со светоизлучающими диодами (светодиодами). Это устройство и способ полезны для удаления нежелательного CO из водяного потока.
2
2
2
2
В документе US 20140057321 описан способ, включающий: улавливание CO из источника углекислого газа; фиксация CO; превращение фиксированного CO в биомассу; и получение высокоценного материала. Улавливание включает поглощение CO жидким абсорбентом, выбранным из группы, состоящей из амина, карбоната калия, аммиачной воды и любой их комбинации.
2
2
2
2
2
2
2
2
В документе FR 3044935 описан способ переработки CO, включающий: рекуперацию газообразного CO; превращение газообразного CO в жидкий CO; хранение жидкого CO; превращение накопленного жидкого CO в газообразный СО; превращение газообразного СО в углеводород путем фотосинтеза; рекуперацию образовавшегося углеводорода.
Техническая проблема
2
2
Согласно стратегическим планам Странам Европейской Экономической Комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) необходимо к 2050 году сократить зависимость от ископаемых видов топлива с 80% до примерно 50%, а также добиться существенно негативного баланса выбросов CO. Согласно расчетам, для обеспечения прогресса в достижении этого целевого показателя на 2°С страны ЕС должны к 2050 году принять меры по сокращению или улавливанию по меньшей мере 90 Гт выбросов СО.
2
Поскольку ископаемые виды топлива, будут и далее играть важную роль в краткосрочной и среднесрочной перспективе, достижение углеродной нейтральности потребует использования технологий CCUS для сокращения выбросов CO.
2
Использование CO - это применение уловленного углеводорода для создания продуктов, обладающих экономической ценностью. Использование подразделяется на 3 основные области: минерализация, биологическое и химическое использование.
2
Одним из примеров использования в области минерализации является включение CO в состав бетона.
2
2
Одним из результатов химического использования является производство мочевинных удобрений и некоторых специальных полимеров. В будущем CO совместно с Н можно будет использовать для производства синтетического топлива, синтез газа и метанола. Синтез-газ и метанол являются основным химическим сырьем, из которого могут быть получены многие химические вещества и полимеры.
2
При биологическом использовании CO используется для стимулирования роста растений.
2
2
Таким образом задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение областей использования СО, при использовании технологий улавливания, использования и хранения CO(CCUS). Еще одной задачей является получение продуктов, обладающих экономической ценностью, а именно биогумуса и/или биометана.
Термины и определения
В настоящей заявке используются следующие термины определения:
Биометан - газ, получаемый метановым брожением биомассы.
Биогумус - органическое удобрение, продукт переработки биомассы.
Биомасса - растительный материал из одноклеточных растений, используемый для получения энергии или в различных промышленных процессах в качестве сырья.
Рисовый чек - участок пашни с посевами риса, отгороженные земляными валиками для удержания воды.
Одноклеточные водоросли - род одноклеточных зеленых водорослей предпочтительно с планктонным, термофильным штаммом, например, планктонный штамм Chlorella.
Сущность изобретения Рисовые поля, поделенные на рисовые чеки, являются своеобразным водоемом, характеризующиеся следующими особенностями: небольшой глубиной; управляемой проточностью, резкими колебаниями температурного режима; чередованием сезонов посадки и выращивания риса и сезонов, так называемого «водного пара», когда поле не используется, но залито водой.
Эти особенности позволяют рассматривать рисовые поля, поделенные на рисовые чеки, как фотобиореакторы для выращивания одноклеточных водорослей.
2
2
2
2
Для повышения производительности фото биореактора, рисовый чек оснащается принудительным обогащением СО, который стимулирует рост одноклеточных водорослей. СО может быть получен путем очистки и охлаждения отходящих газов ТЭЦ или любого другого производства, а также другими способами. После охлаждения и очищения СО подается в газопроводы, рабочая часть которых проходит по дну рисовых чеков и через отверстия насыщает воду, стимулируя рост одноклеточных водорослей. Способ для улавливания, использования и хранения CO, при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках, включает следующие этапы:
- залитие рисового чека водой и засеивание штаммом одноклеточных водорослей;
2
- выделение и охлаждение CO из отходящих газов, полученных в процессе работы источника производства, доставка по газопроводам, через отверстия, в газопроводах, в рисовые чеки, с целью насыщения воды и роста одноклеточных водорослей;
- слив полученной суспензии, при достижении оптимальной концентрации одноклеточных водорослей;
- концентрация суспензии в пасту с содержанием воды 20-50%;
- отделение от суспензии излишней воды и направление ее обратно в рисовый чек;
- анаэробная ферментация суспензии одноклеточных водорослей и переработка ее в пасту одноклеточных водорослей, содержащую твердую составляющую - биогумус и газовую составляющую - биометан;
- использование полученного биогумуса в качестве удобрения рисовых чеков, не находящихся под водяным паром;
- сжатие и транспортировка потребителю полученного биометана.
2
Система для улавливания и использования и хранения СО, при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках, включает:
2
2
источник отходящего CO, соединенный с модулем очистки и охлаждения отходящего СО, который соединен по газопроводам с рисовым чеком,
2
причем газопроводы содержат отверстия для насыщения воды в рисовых чеках полученным CO,
причем рисовые чеки соединены через сливные каналы с блоком очистки и сушки одноклеточных водорослей, который соединен обратной связью через наливные каналы с рисовым чеком для подачи суспензии одноклеточных водорослей,
причем блок очистки и сушки одноклеточных водорослей соединен с емкостью для анаэробной ферментации суспензии одноклеточных водорослей и переработки одноклеточных водорослей в биогумус и/или биометан, причем емкость для анаэробной ферментации суспензии одноклеточных водорослей соединена с блоком сжатия полученного биометана, для его транспортировки потребителю.
Описание чертежей
2
На фиг. 1 схематично изображена система для улавливания и использования и хранения СО, при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках.
Позиции на фиг. 1:
2,
1 - источник СО
2 - модуль очистки и охлаждения,
2
3 - газопровод, по которому CO поступает в рисовые чеки,
4 - наливные каналы, по которым вода, засеянная одноклеточными водорослями, поступает в рисовые чеки,
5 - сливные каналы, по которым суспензия, полученная из одноклеточных водорослей, сливается из рисовых чеков,
6 - модуль очистки и сушки биомассы, полученной из одноклеточных водорослей,
7 - рисовый чек,
8 - обратная связь через наливные каналы с рисовым чеком для подачи суспензии одноклеточных водорослей в рисовый чек,
9 - полученный концентрат суспензии в виде пасты одноклеточных водорослей с содержанием воды 20-50%,
10 - емкость для анаэробной ферментации суспензии одноклеточных водорослей анаэробные бактерии перерабатывают пасту одноклеточных водорослей в биогумус (твердые составляющие) и биометан (газовые составляющие),
11 - биометан, полученный в результате ферментации пасты одноклеточных водорослей,
12 - модуль сжатия и транспортировки полученного биометана,
13 - модуль использования полученного биометана потребителем.
Осуществление изобретения
2
2
Способ может быть осуществлен следующим образом. Рисовый чек заливается водой на глубину 20-30 см. Температура воды должна составлять не более 35°С. В случае повышения температуры в чек заливается дополнительная вода. СО, охлажденный и выделенный в блоке (2) из отходящих газов, полученных в процессе работы блока (1) (ТЭЦ или другое производство) по газопроводам (3) поступает в рисовые чеки и через отверстия в газопроводах (3) насыщает воду СО.
Обслуживающий персонал засеивает чеки штаммом одноклеточных водорослей (желательно планктонным, термофильным штаммом).
2
Под действием солнечного света в воде, насыщенной СО, активно размножаются одноклеточные водоросли. Когда их концентрация поднялась до оптимальной, полученная суспензия сливается в блок (6).
В блоке (6) происходит концентрация суспензии в пасту с содержанием воды 20-50%. Излишняя вода отделяется и в качестве оборотной направляется (8) в рисовый чек.
Блок (10) представляет из себя емкость для анаэробной ферментации суспензии одноклеточных водорослей. В этой емкости анаэробные бактерии перерабатываю пасту одноклеточных водорослей в биогумус (твердые составляющие) и биометан (газовые составляющие).
Полученный биогумус является чрезвычайно плодородной почвой, поэтому он направляется на удобрения рисовых чеков, не находящихся под водяным паром.
Биометан, полученный в результате ферментации пасты одноклеточных водорослей, сжимается и транспортируется в блоке (12) и направляется потребителю (13).
2
2
Таким образом, расширяются области использования СО, при использовании технологий улавливания, использования и хранения CO(CCUS). Также решается задача по получению продуктов, обладающих экономической ценностью, а именно биогумуса и/или биометана.