固存大气碳并对其进行定量的方法技术

本发明专利技术提供了用于通过提高植物中碳的利用和储存，以及以耐降解有机聚合物的形式增加植物和土壤物质中碳的固存，从而减少有害大气气体诸如温室气体(GHG)的材料和方法。气体诸如温室气体(GHG)的材料和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固存大气碳并对其进行定量的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年11月5日提交的美国临时专利申请第63/110,070号的权益，该申请通过引用方式整体并入本文。

技术介绍

[0003]在大气中捕获热量的气体被称为“温室气体”或“GHG”，包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和氟化气体(“美国气候变化指标(Climate Change Indicators in the United States)”，2016年，第四版，美国国家环境保护局第六分局，下文中称为“2016年EPA报告”)。
[0004]二氧化碳(CO2)通过燃烧化石燃料(煤、天然气和油)、固体废物、树木和木材产品以及作为某些化学反应(例如水泥的制造)的产物进入大气。二氧化碳通过例如植物吸收作为生物碳循环的一部分从大气中除去。
[0005]甲烷(CH4)在煤、天然气和油的生产和运输期间排放。甲烷排放也来自于家畜动物的生产，许多家畜动物的消化系统包含产甲烷微生物。此外，其他农业实践和污水池与城市固体废物填埋场中有机废物的腐烂会产生甲烷排放。
[0006]一氧化二氮(N2O)在工业活动期间和在化石燃料和固体废物的燃烧期间排放。在农业中，过度施用含氮肥料和不良土壤管理实践也会导致一氧化二氮排放增加。
[0007]氟化气体，包括例如氢氟烃、全氟化碳、六氟化硫和三氟化氮，是从多种工业过程中排放的、合成的强温室气体(2016年温室气体概述(Overview of Greenhouse Gases 2016))。
[0008]基于来自全世界监测站的最近的测量和来自南极和格陵兰的冰层中捕获的气泡中较老空气的测量，例如二氧化碳的全球大气浓度在过去几百年中显著上升(2016年EPA报告，例如6、15)。
[0009]尤其是自从18世纪开始的工业革命以来，人类活动通过燃烧化石燃料、砍伐森林和进行其他工业活动，增加了大气中温室气体的量。许多排放到大气中的温室气体在大气中停留很长时间，从十年到几千年不等。随着时间的推移，这些气体通过化学反应或通过排放汇(sink)(诸如从大气中吸收温室气体的海洋和植物)从大气中除去。
[0010]因为每种温室气体具有不同的寿命和不同的捕获大气中的热量的能力，并且为了能够比较不同的气体，通常使用每种气体的全球变暖潜势(global warming potential)将排放转化为二氧化碳当量，全球变暖潜势衡量在排放后100年的时间段内估计给定量的气体对全球变暖有多少影响。
[0011]基于这些考虑，EPA确定了由温室气体引起的加热效应，也称为“辐射强迫(radiative forcing)”，从1990年起已经增加了约37％(2016年EPA报告，16)。
[0012]尽管在1990年至2010年之间全球所有主要温室气体的排放都增加了，但占全球总排放的约四分之三的二氧化碳净排放增加了42％，而甲烷排放增加了约15％，氟化气体排放增加了一倍，以及一氧化二氮排放增加了约9％(2016年EPA报告，14)。
[0013]世界各国领导人已尝试通过条约和其他国家间协议来抑制GHG排放的增加。一种
这样的尝试是通过使用碳信用体系(carbon credit system)。碳信用(carbon credit)是表示有权排放一吨二氧化碳或等量GHG的可交易证书或许可证的通称。在典型的碳信用体系中，管理机构对经营者可产生的GHG排放量设置配额。超出这些配额的经营者需要从尚未用完其碳信用的其他经营者处购买额外的配额。
[0014]碳信用体系的一个目标是鼓励公司投资更环保的技术、机械和实践，以便从这些信用的交易中获益。根据联合国气候变化框架公约(UNFCCC)的京都议定书，许多国家已经同意在国际上受GHG减排政策的约束，包括通过排放信用交易。虽然美国不受京都议定书的约束，并且尽管在美国没有中央国家排放交易体系(central national emissions trading system)，但是一些州，诸如加利福尼亚州和东北的一些州，已经开始采用这种交易方案。
[0015]降低大气CO2水平的一种策略是碳固存，或碳转移，例如从大气转移到土壤有机物质。碳在地球的生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈和大气之间交换并储存在以下主要汇中：(1)作为生物圈中活的和死的生物体中的有机分子；(2)作为大气中的CO2；(3)作为土壤中的有机物质；(4)作为化石燃料和沉积岩，诸如岩石层中的石灰石、白云石和白垩；以及(5)在海洋中作为溶解的CO2和海洋生物的碳酸钙壳(参见，例如，Pidwirny 2006)。
[0016]根据碳汇的性质，碳固存可以几种方式实现：通过无机化学反应，其引起碳酸盐/碳酸氢盐形式的CO2与溶解的矿物质和盐结合，形成化合物诸如碳酸钙和碳酸镁；通过植物光合作用，其利用阳光将来自空气和水的CO2结合以形成储存在植物组织中的葡萄糖；通过植物生物质生长，其中包含富碳分子的地上和地下植物组织的量增加；以及间接通过微生物将植物和动物组织的生物质分解成其他化合物，例如碳水化合物、蛋白质、有机酸、腐殖质、蜡、煤、油和天然气。
[0017]全球变暖可能导致更急剧的温度波动、增加的全球降水、洪水和干旱以及海面温度和海平面的变化；因此，需要减少温室气体，尤其是CO2，以减缓这些有害影响。

技术实现思路

[0018]本专利技术提供了用于减少有害大气气体诸如温室气体(GHG)的材料和方法。在具体的实施方案中，通过提高植物中碳的利用和储存以及增加植物和土壤物质中碳的固存来实现有害大气气体的减少。
[0019]在优选的实施方案中，本专利技术提供了减少大气二氧化碳的方法，其中将包含一种或多种有益的土壤定居微生物和/或其生长副产物的组合物施用于植物的一部分(例如根)和/或其周围环境(例如土壤)。
[0020]在某些实施方案中，该一种或多种微生物定殖于土壤和/或植物的根，并且为植物提供一种或多种益处，该一种或多种益处通过增强气生植物组织和地下植物组织的生长和/或健康而导致碳的利用和储存增强。
[0021]在某些实施方案中，该植物组织包含耐降解有机聚合物。因此，在优选的实施方案中，本专利技术的方法导致这些耐降解有机聚合物在植物组织中的累积增加。
[0022]在某些实施方案中，该耐降解有机聚合物是多糖、聚芳族化合物和/或聚酯。在优选的实施方案中，该耐降解有机聚合物在例如至少10年、15年或25年或更长时间内不容易生物降解。在植物中发现的耐降解有机聚合物的示例包括但不限于木栓质(suberin)、角质
(cutin)、角碳(cutan)和木质素(lignin)。
[0023]在具体的实施方案中，该耐降解有机聚合物是木栓质，一种主要存在于植物组织外层的细胞壁中的聚酯，在植物组织外层中它用作内部植物组织和外部环境之间的保护屏障。
[0024]除了增强植物对碳的利用和储存之外，组合物的施用还可增加土壤碳固存。在某些实施方案中，通过增强土壤中植物根的生长和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在植物和/或土壤物质中固存碳的方法，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植物和/或土壤，使得所述一种或多种微生物定殖于所述植物的根和/或所述土壤，其中所述有益微生物为细菌、酵母和/或真菌，其中所述微生物的所述定殖为所述植物提供一种或多种益处，所述一种或多种益处通过增强所述植物的气生植物组织和地下植物组织的生长和/或健康而导致碳的利用和储存增强，并且其中所述气生植物组织和地下植物组织的所述增强的生长和/或健康导致所述植物组织中一种或多种耐降解有机聚合物的增强的累积，所述耐降解有机聚合物选自木栓质、角质、角碳和木质素。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述有益微生物选自哈茨木霉菌Trichoderma harzianum、绿色木霉菌Trichoderma viride、康宁木霉菌Trichoderma koningii、贵州木霉菌Trichoderma guizhouse、解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens、枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium、多粘芽孢杆菌Bacillus polymyxa、地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis、侧孢短芽孢杆菌Brevibacillus laterosporus、季也蒙迈耶氏酵母Meyerozyma guilliermondii、西方毕赤酵母Pichia occidentalis、异常威克汉姆酵母Wickerhamomyces anomalus和汉逊德巴利酵母Debaryomyces hansenii。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述植物是多年生植物，并且其中碳在所述耐降解有机聚合物中以不定时间段固存和/或只要所述植物存活就无限期固存。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述植物是一年生植物或作物植物，并且其中所述气生植物组织和/或地下植物组织的部分在所述植物死亡之后和/或在收获所述气生组织之后留下。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述留下的气生植物组织和/或地下植物组织的所述部分被土壤覆盖在不受耕种干扰的深度处，并且其中所述耐降解有机聚合物在所述植物死亡和/或收获后至少1年内在所述土壤中不分解。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述组合物直接施用于所述植物的根。7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述组合物施用于土壤。8.根据权利要求1所述的方法，其中使用灌溉系统将所述组合物施用于所述植物和/或所述土壤。9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述组合物与选自氮、磷和钾的一种或多种营养物的来源一起施用。10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述组合物与选自海带提取物、富里酸、壳多糖、腐殖酸盐和腐殖酸的益生元同时施用于所述植物和/或土壤。11.根据权利要求1所述的方法，其中使用手持式草坪和花园喷洒器将所述组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡蒂克，
申请(专利权)人：轨迹方案IPCO有限责任公司，
类型：发明
国别省市：