一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法，涉及微藻培养技术领域，本发明专利技术给出了一种利用能在极端碱性环境下进行光合自养生长的微藻，以及高碱度的培养基，直接捕集固定烟道气中二氧化碳的方法，本发明专利技术利用微藻光合自养所产生的部分生物质进行厌氧发酵产生甲烷，利用产生的甲烷发电，产生的电力用于向培养基中输送烟气以及低光或无光时的补光，系统能够24小时不间断进行碳捕集及生物质的生产，满足电厂等24小时不间断运行碳排放源的固碳需求，本发明专利技术所述的技术方案形成了完整的碳捕集－循环系统，并且能够达成24小时不间断的高效率碳捕集与可再利用的微藻生物质生产。微藻生物质生产。微藻生物质生产。

【技术实现步骤摘要】
一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法


[0001]本专利技术涉及微藻培养
，尤其涉及一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法。

技术介绍

[0002]全球变暖带来的巨大环境问题是人类未来可持续发展，乃至生存面临的巨大挑战。全球变暖主要是由人为大量排放二氧化碳所导致的。因此，二氧化碳的减排已经成为了各个行业生产中的一个核心关注点。针对碳减排，目前已经开发了多种技术，例如化学吸附减排技术以及矿物碳化。现存的碳减排技术有各自的优点，但是由于它们的运行成本高，同时，还需要外部为其运转提供能源，虽然能做到碳捕集，但是很难达成真正意义上的碳负、闭环碳循环，更无法大规模利用被捕集的碳。
[0003]近些年来，鉴于其较高的可行性、反应速率快、捕集率极高等优点，基于NaOH等强碱作为吸附剂的碳捕集技术得到行业的重视，但是此类技术需要耗费大量的能源来再生吸附剂，例如碳酸盐需要加热到900℃才能将二氧化碳分离。相比之下，微藻能够在常温常压的条件下快速将碳从碳酸盐上解离，产生二氧化碳，同时直接利用解离下来的二氧化碳通过光合自养进行生长。微藻不但具有高于高等植物数十倍的光合作用效率及生长速率，还能够产生并积累油脂、蛋白质、色素等高价值的物质。因此，微藻被公认为是用于碳减排和生物质能源生产最有潜力的生物，现存技术虽能利用微藻生物质达成二氧化碳的吸收，但其运行成本较高，同时还需要补充外部能源，因此很难进行大规模应用。点碳排放源，例如火电厂、煤化工厂、炼油厂、水泥厂、冶炼厂乃至发酵设施都会排出含有高浓度二氧化碳的废气（以下统称为烟道气），且烟道气中的二氧化碳浓度高。微藻生长虽然需要二氧化碳等无机碳作为碳源，但使用一般的培养方法，鉴于气水相之间物质转化速率的限制，微藻并不能完全吸收烟道气中的高浓度二氧化碳，其吸收率一般不超过30%。同时，若使用现存的微藻培养方法，若直接通入烟道气，烟道气中所含的氮氧化物及硫氧化物会形成硝酸和硫酸，降低培养基的pH值，对微藻的生长造成不利的影响；此外，烟道气中所含的烟尘中含有重金属等污染物质，直接用于微藻养殖会导致微藻生物质的污染，使其失去再次利用的价值。
[0004]中国专利CN111151119A给出了一种利用碱性培养基及耐碱微藻吸附空气中二氧化碳的技术方案。但是上述技术方案在实际操作中存在很多问题，首先空气中的二氧化碳含量低，导致上述技术方案中的生产效率低，同时需要极大的占地面积才可实现一个点碳排放源的二氧化碳排放量的中和，以煤电厂为例，CN111151119A中所述方案需要10000000倍的排放源占地面积才可达成中和，此外上述方案使用潮汐波浪能进行空气压缩，仅适合在沿海地区进行建设，而我国沿海地区土地多为富饶的耕地，因此使用其方案需要占用大量耕地，而若在海面上使用漂浮式反应器，整套系统又很容易遭受气候灾害的影响，同时如此大面积的覆盖海面将对海洋生态系统产生不可预知的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案，本专利技术实施例提供一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法，以解决现有的碱性化学吸附与微藻固碳技术的不足技术问题。
[0006]本专利技术实施例采用下述技术方案：一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法，包括以下步骤；S1. 将烟道气通过降温脱尘装置进行降温、脱尘处理，使得降温、脱尘处理后的烟道气温度为45℃，粉尘含量1.5mg/m
³
，二氧化硫浓度29 mg/m
³
，氮氧化物浓度15 mg/m
³
，二氧化碳浓度为13.2%（w/w），在此温度下和浓度下的烟道气可以有效防止温度过高导致微藻死亡，同时限制粉尘含量可以避免重金属超高导致微藻死亡；S2. 将S1中处理后的烟道气使用气体压缩装置对其进行加压，随后通过产生细密气泡的曝气装置后再进入含有能在碱性环境中进行光合自养的微藻培养基的一号培养容器中，并通过光源装置向其提供24小时不间断光照；S3. 将培养基中的微藻通过微藻细胞浓缩装置进行收获浓缩，收获浓缩后的浓缩液中微藻生物质的含量以干重计算为1%―30%，使用浓缩后的部分微藻生物质通过厌氧发酵装置进行厌氧发酵产生含甲烷的发酵气；S4. 将S3中所产生的发酵气通过产生细密气泡的曝气装置随后进入与S2中含有不同的在碱性环境中进行光合自养的微藻的二号培养容器中，并通过光源装置向其提供24小时不间断光照，同时会不断排出含有甲烷的气体，对排出的含有甲烷的气体进行收集；S5. 将S4中产生的气体作为燃料，从而使燃气轮机发电装置发电。
[0007]S6. 将S5中燃气轮机产生的尾气经S1方法处理后通入S2中的培养基中，使得可以循环利用，从而达到利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳进行利用的效果。
[0008]进一步，所述S2和S4中微藻为自然环境中分离得到的微藻，或通过使用基因编辑、诱变、驯化手段人工培育的微藻，进一步的如螺旋藻、念珠藻、杜氏盐藻、超嗜盐杆藻、富油新绿藻、微拟球藻、微绿球藻、黄丝藻、长耳齿状藻、莱茵衣藻、裸藻中的一种或几种。
[0009]进一步，所述S2、S4中所述培养基中的碳酸根离子的浓度为0.1―1M，氢氧根离子的浓度为0.05―1M，其pH值不低于11，碳酸根离子的浓度过低，二氧化碳的存储能力弱，氢氧化钠浓度及pH值过低，二氧化碳吸收能力弱。
[0010]进一步，所述S1和S4中曝气装置为曝气石、曝气管、曝气膜、射流泵中的一种或几种。
[0011]进一步，所述S2和S4中光照为人工光或自然光中的至少一种。
[0012]进一步，所述S3中收获浓缩方法包括过滤、沉降、离心中的至少一种。
[0013]进一步，所述S3中厌氧发酵指在厌氧环境中，利用耐碱厌氧微生物的作用，将有机物转化生成甲烷和二氧化碳的过程。
[0014]进一步，所述S5中燃气轮机指可以使用甲烷作为燃料产生电力的发电设备。
[0015]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：其一，本专利技术所述技术方案将碱性化学吸附进行碳捕集与微藻光合自养固碳相结合，在高碱度培养基中直接培养耐碱微藻，工艺流程简单易控，本专利技术所述技术方案，首先将烟道气预处理，烟道气直接排放出去可能污染微藻，降低其再利用价值和对微藻生长有
害的物质，再通过气体压缩装置进行加压，然后通过曝气装置将加压的烟道气以细密气泡的形式通入高碱度的培养基。气泡细化有效的提高了烟道气与培养液的接触面积，极大的提高了烟道气与培养液之间的物质交换速率，加强了碱性培养基对烟道气中包括二氧化碳在内的酸性气体的化学吸附速率即捕集效率。使用本专利技术所述技术方案，烟道气中二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物的吸附率达到了99%以上。现存的碱性化学吸附固碳工艺，虽然也可达到本专利技术所述技术方案中的吸附效率，但需要投入大量的能量才能将被吸附的二氧化碳释放对吸附介质进行再生，并且无法对被吸附的二氧化碳进行利用。本专利技术所述技术方案，通过在碱性液体培养基即吸附介质中使用经预处理的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法，其特征在于；包括以下步骤；S1. 将烟道气通过降温脱尘装置（1）进行降温、脱尘处理；S2. 将S1处理后的烟道气通入气体压缩装置（2）中进行加压，随后再通入产生细密气泡的曝气装置（11），之后再进入一号培养容器（3）中的含有在碱性环境下能进行光合自养的微藻培养基内，并通过光源装置（12）向微藻培养基提供持续光照；S3. 将培养基中的微藻通过微藻细胞浓缩装置（4）进行收获浓缩，收获浓缩后的浓缩液中微藻生物质的含量以干重计算为1%―30%，使用浓缩后的部分微藻生物质通过厌氧发酵装置（5）进行厌氧发酵产生含甲烷的发酵气；S4. 将S3中所产生的发酵气通过产生细密气泡的曝气装置（11）后，通过气泡细化提高接触面积，从而提高交换效率，再进入二号培养容器（6）中的在碱性环境下能够进行光合自养的微藻培养基内，且本微藻培养基与步骤S2中的微藻培养基不同，并通过光源装置（12）向微藻培养基提供持续光照，同时会不断排出含有甲烷的气体，对排出的含有甲烷的气体进行收集；S5. 将S4中产生的气体作为燃料，用于燃气轮机发电装置（8）进行发电，使得在不需要额外提供能源的前提下，实现完全自给自足；S6. 将S5中燃气轮机产生的尾气经S1方法处理后通入S2中的培养基中，使得微藻循环用于直接捕集烟道气中二氧化碳。2.根据权利要求1所述的一种利用微藻直接捕集烟道气二氧化碳并进行利用的方法，其特征在于；所述S2和S4中微藻为自然环境中分离得到的微藻，或通过使用基因编辑、诱变、驯化手段人工培育的微藻，进一步的...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦建，李彤，
申请(专利权)人：德和上海生物研发有限公司，
类型：发明
国别省市：