提高碳利用率和/或增强碳固存并且减少有害大气气体的材料和方法技术

本发明专利技术公开了减少诸如温室气体等有害大气气体的材料和方法。在具体实施例中，通过增加植物碳利用和存储以及增加土壤中的碳固存来减少有害大气气体。在一些实施例中，可以使用本发明专利技术减少从事例如农业、畜牧业生产、废物管理或其他行业的经营者所使用的碳信用额度。在某些实施例中，本发明专利技术提供了可定制的基于微生物的产品，以及使用这些基于微生物的产品减少温室气体和/或增强碳固存的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提高碳利用率和/或增强碳固存并且减少有害大气气体的材料和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年10月9日提交的第62/743354号美国临时专利申请的优先权，以及于2019年8月9日提交的第62/884720号美国临时专利申请的优先权，这些申请均通过引用方式以其整体并入本文。
技术介绍
人们将大气中集热的气体称为“温室气体”或“GHG”，这些气体包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和含氟气体(《美国气候变化指标》，2016年，第四版，美国环境保护局，第6页，以下简称为“2016年EPA报告”)。二氧化碳(CO2)通过燃烧化石燃料(煤、天然气和石油)、固体废物、树木和木制品，以及某些化学反应(例如，水泥制造)进入大气。植物通过(例如)吸收从大气中去除二氧化碳，作为生物碳循环的一部分。在煤炭、天然气和石油的生产和运输过程中会排放甲烷(CH4)。饲养家畜也会造成甲烷的排放，许多家畜的消化系统含有产甲烷微生物。此外，其他农业实践以及蓄粪池和城市固体废物填埋场中有机废物的腐烂都会造成甲烷排放。在工业活动以及化石燃料和固体废物燃烧过程中会排放一氧化二氮(N2O)。在农业领域，过量施用含氮肥料以及土壤管理实践不良也会造成一氧化二氮排放增加。含氟气体包括诸如氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫和三氟化氮等，含氟气是合成的强温室气体，来自各种工业过程排放(《2016年温室气体概述》)。根据世界各地监测站的最新测量结果，以及对南极和格陵兰冰层中包裹气泡内古老空气的测量结果，过去几百年中，全球大气中(例如)二氧化碳的浓度发生了显著上升(2016年EPA报告，例如第6、15页)。特别是自17世纪工业革命开始以来，由于化石燃料燃烧、森林砍伐和进行其他行业活动，人类活动增加了大气中温室气体的量。排放到大气中的许多温室气体会在那里停留了很长一段时间，这个时间段从十年到几千年。随着时间的推移，通过化学反应或排放汇集，这些气体会从大气中去除，例如，海洋和植被会从大气中吸收温室气体。由于每种温室气体的寿命不同，并且每种温室气体在大气中集热的能力也不同，所以，为了能够对不同气体进行比较，人们一般使用每种气体的全球变暖潜能值将排放量转化为二氧化碳当量，全球变暖潜能值会衡量一定量的气体在排放后的100年内对全球变暖的作用。基于这些考虑，美国环境保护局确定，自1990年以来，温室气体(也称为“辐射强迫”)引起的热效应增加了约37％(2016年EPA报告，第16页)。尽管1990年至2010年间全球所有主要温室气体的排放都增加了，但二氧化碳的净排放量(约占全球总排放量的四分之三)却增加了42％，而甲烷的排放量增加了约15％，含氟气体的排放量翻了一番，一氧化二氮的排放量增加了约9％(2016年EPA报告，第14页)。世界各国领导人尝试通过条约和国家间的其他协议来遏制温室气体排放的增加。其中，一种尝试就是通过使用碳信用体系。碳信用是可交易证书或许可证的通用术语，其代表了排放一吨二氧化碳或等效温室气体的权利。在典型的碳信用体系中，管理机构对经营者能够产生的温室气体排放量设定配额。超过这些配额，就要求经营者从尚未使用其全部碳信用额度的其他经营者处购买另外的信用额度。碳信用体系的一个目标是鼓励企业投资更多的绿色技术、机械和实践，以便从这些信用额度的交易中获益。根据《联合国气候变化框架公约京都议定书》(UNFCCC)，许多国家已经同意在国际范围接受温室气体减排政策的约束，包括通过排放信用额度交易。虽然美国不接受《京都议定书》的约束，并且美国没有国家中央排放交易体系，但在一些州(例如，加利福尼亚州和东北部的一些州)已经开始采用这种交易方案。一种减少大气CO2水平的策略是碳固存(sequestration)，或将碳从(例如)大气中转移到土壤有机质中。碳会在地球的生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈和大气圈之间进行交换，并储存在以下主要汇中：(1)作为生物圈中活的和死的有机体的有机分子；(2)作为大气中的CO2；(3)作为土壤中的有机物；(4)作为化石燃料和沉积岩，例如岩石圈中的石灰石、白云石和白垩；以及(5)在海洋中作为海洋有机体的溶解CO2和碳酸钙壳(参见，例如，Pidwirny2006年)。根据碳汇的性质，可以通过几种方式实现碳固存：直接通过无机化学反应，使碳酸盐/重碳酸盐形式的CO2与溶解的矿物质和盐结合，形成诸如碳酸钙和碳酸镁的化合物；通过植物光合作用，利用阳光将空气中和水中的CO2结合起来，形成储存在植物组织中的葡萄糖；以及通过微生物将植物和动物组织的生物质间接分解成其他化合物，例如，碳水化合物、蛋白质、有机酸、腐殖物质、蜡、煤、油和天然气。全球变暖可能导致更急剧的温度波动，增加全球降水、洪水和干旱以及改变海面温度和海平面；因此，需要减少温室气体，特别是CO2，以减缓这些有害影响。
技术实现思路
本专利技术提供了减少诸如温室气体等有害大气气体的材料和方法。在具体实施例中，通过增加植物碳利用和存储以及增加土壤中的碳固存来减少有害大气气体。增加植物碳利用可表现为以下形式：例如，增加植物叶片、增大茎和/或树干直径、增强根系生长和/或增加植物数量。增加土壤固存可表现为以下形式：例如，增强植物根系生长、增加微生物对植物分泌的有机化合物(包括植物根系分泌物)的吸收，以及改善土壤的微生物定植。在某些实施例中，通过减少产甲烷微生物的数量和/或活性，实现有害大气气体的减少。减少产甲烷微生物可表现为以下形式：例如，加强对粪便和/或有机废物的管理和处置，以及加强对土地和作物的管理。在某些实施例中，通过改进的农业氮基肥料施肥实践、改进土壤微生物群的生物多样性和改进农业土壤管理，实现有害大气气体的减少。改进的农业施肥实践、土壤生物多样性和/或土壤管理可以是以下形式：减少富氮肥料，以及用一种或多种有益的土壤微生物替代部分或全部的肥料、农药和/或其他土壤改良剂。本专利技术的一个实施例包括：进行测量，评估本专利技术的方法对诸如农业场地、草坪或草皮农场、牧场或草原、水生生态系统或森林生态系统等中产生和/或减少产生温室气体和/或碳含量的作用。在某些实施例中，在采用本专利技术方法之前和之后测量温室气体排放量，可以采取这种形式评估温室气体的产生。测量温室气体排放量可包括直接测量排放或分析燃料输入。直接测量排放量可包括：例如，识别污染作业活动，通过连续排放监测系统(CEMS)直接测量这些活动的排放量。分析燃料输入可包括：计算所使用的能源资源的数量(例如，所消耗的电、燃料、木材、生物质等的数量)，确定燃料源中的(例如)碳含量，并将该碳含量应用于所消耗的燃料的数量以确定排放量。在某些实施例中，可通过(例如)量化植物的地上和/或地下生物质，测量一处位置(例如，农业场地、草坪或草皮农场、牧场、水生生态系统或森林生态系统)的碳含量。通常，假设(例如)树的碳含量约为生物质的40％-50％。可以采取以下形式量化生物质：例如，在采样区域收获植物，并在干燥之前和干燥后测量植物不同部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少温室气体、提高碳利用率和/或增强碳固存的组合物，所述组合物包含一种或多种有益微生物和/或一种或多种微生物生长副产物，其中，/n所述一种或多种有益微生物选自非致病性酵母、真菌和细菌，以及/n所述一种或多种微生物生长副产物选自生物表面活性剂和酶。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181009 US 62/743,354;20190809 US 62/884,7201.一种减少温室气体、提高碳利用率和/或增强碳固存的组合物，所述组合物包含一种或多种有益微生物和/或一种或多种微生物生长副产物，其中，
所述一种或多种有益微生物选自非致病性酵母、真菌和细菌，以及
所述一种或多种微生物生长副产物选自生物表面活性剂和酶。


2.根据权利要求1所述的组合物，包含异常威克汉姆酵母。


3.根据权利要求1所述的组合物，包含选自球拟假丝酵母、布拉氏酵母、西方毕赤酵母、库德里阿兹威毕赤酵母和季也蒙迈耶氏酵母中的一种或多种酵母。


4.根据权利要求1所述的组合物，包含木霉属真菌。


5.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述木霉菌为哈茨木霉。


6.根据权利要求1所述的组合物，包含选自枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、棕色固氮菌、黄色粘球菌、金黄弗拉特氏菌、绿针假单胞菌和发酵成对杆菌中的一种或多种细菌。


7.根据权利要求1所述的组合物，其中，使用酵母、真菌和/或细菌的组合。


8.根据权利要求1所述的组合物，还包含葡萄糖、糖蜜和甘油中的一种或多种。


9.根据权利要求1所述的组合物，还包含昆布提取物、富里酸、腐殖酸盐和腐殖酸中的一种或多种。


10.根据权利要求1所述的组合物，被配制成干粉或干颗粒，所述干粉或干颗粒与水混合制成液体制剂。


11.根据权利要求1所述的组合物，还包含发酵培养基，所述一种或多种微生物在所述发酵培养基中培养。


12.根据权利要求1所述的组合物，包含不含所述微生物的所述生长副产物。


13.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述生物表面活性剂选自糖脂和脂肽。


14.根据权利要求13所述的组合物，其中，所述糖脂选自槐糖脂、甘露糖赤藓糖醇脂、鼠李糖脂和海藻糖脂。


15.根据权利要求13所述的组合物，其中，所述脂肽选自表面活性素、伊枯草菌素、丰原素、节活性素和地衣素。


16.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述酶为糖苷酶或植酸酶。


17.一种减少温室气体、提高碳利用率和/或增强碳固存的组合物，所述组合物包含异常威克汉姆酵母和所述异常威克汉姆酵母的至少一种生长副产物，其中，所述生长副产物选自生物表面活性剂和酶。


18.根据权利要求17所述的组合物，还包含选自球拟假丝酵母、布拉氏酵母、西方毕赤酵母、库德里阿兹威毕赤酵母、季也蒙迈耶氏酵母、哈茨木霉、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黄色粘球菌、棕色固氮菌、金黄弗拉特氏菌、绿针假单胞菌和发酵成对杆菌中的一种或多种另外的微生物。


19.根据权利要求18所述的组合物，其中，所述另外的微生物为选自球拟假丝酵母、布拉氏酵母、西方毕赤酵母、库德里阿兹威毕赤酵母和季也蒙迈耶氏酵母中的酵母。


20.根据权利要求18所述的组合物，其中，所述另外的微生物为哈茨木霉。


21.根据权利要求18所述的组合物，其中，所述另外的微生物为选自枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、黄色粘球菌、棕色固氮菌、金黄弗拉特氏菌、绿针假单胞菌和发酵成对杆菌中的细菌。


22.根据权利要求21所述的组合物，其中，所述另外的微生物为解淀粉芽孢杆菌。


23.一种减少温室气体、提高碳利用率和/或增强碳固存的组合物，所述组合物包含哈茨木霉和解淀粉芽孢杆菌，以及所述哈茨木霉和解淀粉芽孢杆菌的一种或多种生长副产物，其中，所述生长副产物选自生物表面活性剂和酶。


24.根据权利要求23所述的组合物，包含1x106至1x1013CFU/ml的哈茨木霉和1x106至1x1013CFU/ml的解淀粉芽孢杆菌。


25.根据权利要求23所述的组合物，还包含异常威克汉姆酵母、球拟假丝酵母、布拉氏酵母、西方毕赤酵母、库德里阿兹威毕赤酵母、季也蒙迈耶氏酵母、棕色固氮菌、黄色粘球菌、金黄弗拉特氏菌、绿针假单胞菌和发酵成对杆菌中的一种或多种。


26.一种减少地球大气中有害大气气体含量的方法，所述方法包括：
将包含一种或多种有益微生物和/或一种或多种微生物生长副产物的组合物施用于所述有害大气气体来源位置，
可选择地，将微生物生长营养物质施用于所述位置，并且
进行测量，评估所述组合物减少有害大气气体的作用。


27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述有益微生物为酵母、真菌和细菌。


28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述酵母选自异常威克汉姆酵母、球拟假丝酵母、布拉氏酵母、西方毕赤酵母、库德里阿兹威毕赤酵母和季也蒙毕赤酵母(季也蒙迈耶氏酵母)。


29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述真菌为木...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖恩·法默，肯·阿里贝克，保罗·S·左恩，卡蒂克·N·卡拉瑟尔，基思·海德考恩，
申请(专利权)人：轨迹IP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US