一種生產用於生物氣生產的原料的系統的製作方法

2023-06-04 18:44:46 1

專利名稱：一種生產用於生物氣生產的原料的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於生物氣生產的過程，它包括屬於海鞘群的水生生物的厭氧消化。本發明還涉及用於生產肥料的方法，包括厭氧消化屬於海鞘群的水生生物，並且此後利用固體和流體消化物用於肥料生產。本發明的另一方面涉及包括與紅藻門、緑藻門和褐藻門等群的巨藻一起培養海鞘的ー種方法。由於海鞘新陳代謝排洩的溶解營養物，結合培養導致巨藻的更高生長率。本方法還進ー步涉及厭氧消化巨藻與所述海鞘。本發明還涉及用於生產肥料的方法，包括在一起培養和厭氧消化海鞘和巨藻，並且利用固體消化物來生產肥料。本發明還涉及在培養表面上，將海鞘緊固到幼蟲臺上的ー種方法，通過與成年個體海鞘一起儲存沒入水箱中的所述培養表面，調節水箱中的水溫，使成年個體海鞘開始產卵，並且通過配子融合產生的幼蟲在表面上定居，此後幼蟲被放置在培養位點上。
背景技術：
在生物氣的エ業生產中，原料的可獲得性是有限的。在文獻中，生物氣被定義為主要由甲烷(CH4)和ニ氧化碳(⑶幻組成的一種氣體混合物，它主要由生物基質的細菌分解產生。生物氣エ廠需要從農民那裡購買生物質，例如牧草地和小麥，用來生產生物氣。這意味著，生物氣產品的生產會是不經濟的。由於在用於食品和用於能源生產的作物之間存在競爭的情況，可耕地面積也是有限的。生產中的損失也強烈依賴於氣候，因為惡劣氣候會使作物減產。這些因素導致產品生物氣的生產可能變得不經濟。關於用於厭氧消化的可替代的海產的生物質，更早的想法涉及了微藻、巨藻或紫貽貝。作為用於生產生物氣的原料，所有這些都具有缺點；考慮到在滅菌條件下，必須添加特殊的營養素，並且因為日光不足，需要額外的照明，微藻具有高培養成本。巨藻已經示出是用於厭氧消化的好的原料，但是如果它們收穫自海灘，那麼會含有高濃度的重金屬，例如鎘。通過離岸培養巨藻，有可能通過給水施肥改進經濟前提，因此提高生長率。紫貽貝具有大的缺點，在於它們具有非有機的売，生物氣廠並不想把殼包括在該エ藝中，因為殼阻塞エ 藝管道並且增加不可消化的物質的沉澱。生物氣的生產者總是努力增加氣體的生產(給定某一量的生物質)來最大化產量。要解決的問題是，生產者如何可以增加氣體生產。生物質生產的最有益解決方案是能源效率，増加甲烷氣體的產量並且同時給出其他的環境正面效果。針對從海洋收穫生物質的現有技術只討論了巨藻，通過培養或收穫來收集 (Boudewijn(博杜安)等人，1983 ；Schramm(施拉姆)和Lehnberg(倫貝格)，1984 ；Gao(高) 和 McKinley (麥金菜)，1994 ;Yokoyam(橫山)等人，2007 ;The Crown Estate(皇家財產局)，2009)，連同已經被驅趕上岸的巨藻(Detox AB (Detox公司)，2009)。甚至已經提出取自波羅的海中的藻華的微藻的厭氧消化(格倫達爾，2009)，連同培養在波羅的海中的紫貽貝的厭氧消化(Hansson (漢森)，2008 ;Radio Kalmar (卡馬爾廣播電臺)，2009)。還
3已經提出ー個想法，基於在來自汙水廠的富營養廢水中培養微藻(紐伯格，2008 ；Clear Water Energy Nordic AB (清水能源北歐公司)，2009)。在提交的專利申請中，會提到若干要求對使用基於微藻或巨藻連同它們的提取物的生物質的排他權(US2008/0050800、 CN101418316、 US2009081744、 EP2014759、 CN101285075、 CN101255075、 UA24106、 DE102007007131、W02007014717、W09851814、PT100012、DE3607864、CN101418315)。

發明內容
海產的生物質-海鞘海鞘，學名Ascidiacea，是ー類在全世界具有約2300個物種的被囊動物，在瑞典西海岸具有約50種。它們是形成固著的、単體的或群體的濾食性動物。身體是囊狀的並且完全被被囊動物圍繞。玻璃海鞘屬由以下種構成艾氏海鞘、Ciona fascicularis, Ciona gelatinosa、Ciona imperfecta、玻璃海鞘、Ciona mollis和薩氏海鞘。作為ー個實例,提到的海鞘中的玻璃海鞘，它以非常高的豐度出現，並且已經報導，按密度計超過5000個體每m2 (Millar (米勒)1971)。生物質的重量已經估計為約7kg DW/m2 (Gulliksen (格利克森)，1972)和在加拿大的水中達到200kg溼重/m2 (Ramsay (拉姆塞)，Davidson (戴維森) 等人，2009)。如果我們使用4%的乾物質構成(彼得森等人，1997)，這ー值對應^g Dff/ m2。它們靠過濾來自水的浮遊生物而生活，並且與很多其他動物相比，生長非常快。它們的每日長度生長可以達到2%-3%，並且體重的加倍時間在10天內(Petersen (彼得森)等人，19卯)。在北方的水中，玻璃海鞘毎年繁殖兩次，並且在更溫曖的水中毎年繁殖三次，可能到四次(Dybern (戴伯恩)，1965)。定義Dff =Dry Weight (乾重)的縮寫，它是已經在乾燥(約80°C，1天)以後，生物的不
含水的重量。溼重在收穫以後1小時內，在生物質至少一半時間在濾器中吋，所稱取的在溼條件下的生物質重量。海產/海洋環境定義為並不是純的湖水或由淡水構成的水環境，即具有超過 0. 5%o NaCl的鹽度的所有水環境。海洋與海洋環境定義相同。生物定義為所有真核生物、古細菌和原核生物群的活生物。動物一群屬於動物界群的生物。海鞘/海鞘屬於海鞘群的動物。人工接種一種由人控制的生物的卵子和精液的產生，它們的合子(受精卵)在它們長成成體動物以前，發育為定居在水中的硬表面上的幼蟲。水由H20構成的所有環境，它包括海洋環境和湖泊，這兩種環境都包括天然以及人工環境，例如池塘和其他水構造。浮遊生物如我們在本文中使用的那樣，所有懸浮在水中生活的生物是在它科學正確的定義。浮遊生物可以分為，並且包括浮遊動物、浮遊植物和浮遊細菌，取決於它所指的生物。Settla 是英語術語定居的一種瑞典語翻譯，它被翻譯為瑞典語bli fast,SattaSigo瑞典海產生物學家使用術語settla (不定式-att settla)。海鞘在瑞典語中命名為sj0pungar的生物群。Ascidia(海鞘)與Ascidiacea(海鞘)同義，並且由生命樹(http://tolweb.org/tree)和那裡的參考文獻所定義。珊瑚蟲在瑞典語中命名為「koraller」的生物群。由生命樹和那裡的參考文獻所定義。海綿動物在瑞典語中命名為「svampdjur」的生物群。由生命樹和那裡的參考文獻所定義。巨藻可見的藻類。用於生物群紅藻(紅藻門)、緑藻(綠藻門)、褐藻(褐藻門) 的一個統ー術語。微藻肉眼不可見並且懸浮在海中生活的單細胞生物。與巨藻無關，但是屬於若干不同生物群，例如甲藻、硅藻等。


圖1 在海中大規模培養海鞘用於生物質生產。海鞘在沒入水中的培養線(a)上生長。一根緊固到浮件(c)上的水平繩索(b)支持這些培養線。用系泊用具和錨(d)支持的繩索(d)向外切入水平線。圖2 用於在沒入水中的培養線上人エ接種海鞘幼蟲的ー種方法的說明。海鞘(a) 的成熟個體被緊固在水箱(c)內的網(b)上。水通過管(d)進入並且通過管(e)排出，培養線(f)懸掛在可以從該水箱移除的杆(g)上。
具體實施例方式概述本發明由一個過程組成，該過程包括將用作生物氣生產原料的水生生物的厭氧消化。所述過程還可以包括在厭氧消化前培養和收穫這些生物。為此在瑞典的水中的ー種非常適合的生物是海鞘生物，玻璃海鞘，基於1.非常快的生長，這允許每年收穫若干次，甚至在冬天；2.沒有硬的內部結構，例如防止生物質被泵送的殼或骨骼；3.在與多種生物質ー 起厭氧消化期間，該生物質已經示出増加生物氣生產；4.在現存用於紫貽貝的培養系統中培養的可能性；5.生產保障，其中可能避免在陸基農業中，由於惡劣氣候造成的生物質損失；6.連續培養和收穫季，通過在本專利中，ー個說明的過程，該過程允許海鞘定居在受控條件下的培養繩索上，這些條件允許連續收穫；7.沒有與農業競爭的培養；8.與農業相比， 在海中培養和收穫給出了遠遠更多的単位面積生物質，並且對於培養和收穫要求更少的能裡。在其他國家和水中，藉助可培養性、快速生長和結合用來通過厭氧消化生產生物氣的系統使用エ業泵的可能性，其他種的海鞘(或珊瑚或海綿)可以最適合培養和收穫以達到益處。這樣的生物的實例是雪梨海鞘、樽海鞘、尾海鞘綱動物和尋常海綿綱動物。通過使用來自工業培養貽貝的經驗和技木，本發明保證了海鞘的エ業生產。此外，也已經合井新技術解決方案來保證在全年，而不只在海鞘普通的繁殖期間，海鞘的エ業生產。用於生物氣生產的過程包括在厭氧消化期間，厭氧消化和應用生產的燃氣。沼氣 (也稱為原氣體)由甲烷和ニ氧化碳組成，純化該混合物的甲烷用於生產生物氣。
在一個實施方案中，該過程包括在海鞘被厭氧消化前，培養並收穫海鞘。可以使用沒入水中的多個表面進行海鞘的培養，在所述表面上，海鞘可以被培養到收穫前。根據ー個優選的實施方案，該過程包括在培養表面上，將海鞘緊固到幼蟲臺上，通過與成年個體海鞘一起儲存沒入水箱中的所述培養表面，調節水箱中的水溫，使成年個體開始產卵，並且通過配子融合產生的幼蟲在表面上定居，此後幼蟲被放置在培養位點上。此外，還可以根據Aypa(艾帕)(1990)說明的方法達到培養；架培養、懸掛法、硫氯酚培養、黑金屬培養、樁培養、託盤培養、棚屋培養、繩索-網培養、bouchout (保朝)培養、 筏培養和長線培養。根據另ー個方面，該方法包括利用固體和流體消化物。該方法可以進一歩包括利用固體和流體消化物來生產肥料。在實踐所述方法的ー個形式中，是飼養珊瑚蟲和海綿動物的生物濾池。本發明的另一方面包括厭氧消化的生物質，來自海鞘群的水生動物的厭氧消化。在一個實施方案中，本發明涉及來自由任何以上提到的方法衍生的海鞘的厭氧消化的生物質。詳細說明以下將參考本發明的具體實施方案詳細說明本發明。提供這些說明是為了增加對所述具體實施方案的理解，而並不旨在限制本發明的範圍。本發明的範圍由所附的權利要求所定義。作為用於厭氧消化的原料的效率本發明的背景使用海鞘作為厭氧消化中的生物質，在於以下事實瑞典的生物氣生產者使用來自海產品業的廢物，以鹽水和剩餘產品的形式，並且在生產的生物氣體積連同燃氣中更高百分比甲烷這兩方面，以此增加生物氣生產。在與廢汙泥結合的厭氧消化中， 來自海產品業的廢物被認為是非常好的生物質補足物，對此，ー種可能的解釋是，如果結合的生物質具有更高的碳構成，那麼所述廢物富含促進整體厭氧消化的氮。在厭氧消化中，一個通則是，碳和氮之間的摩爾配額應當在30 1和20 1之間(C N)。海鞘具有4 1 的碳-氮配額，這對於單獨使用海鞘的最優厭氧消化而言太低了。但是結合更富含碳的生物質，例如來自汙水處理廠的廢汙泥或來自農業的作物，海鞘生物質非常適合厭氧消化。來自海產品業的廢物具有5 1的碳-氮配額，這是ー個論據，在エ業化厭氧消化エ藝中，低碳-氮配額的海鞘不是問題。來自新收穫的海鞘的生物質的鹽度或多或少與周圍的水是ー樣的。這是由以下事實引起，海鞘關閉它們的身體開ロ並且包圍一定體積的水。我們已經將在來自瑞典，LysekiK呂瑟希爾)外的海洋的海鞘用於厭氧消化測試，它們的鹽度範圍是在20%。 和30%。之間，但是在這些水中可以在10%。和35%。之間變化。來自海產品業的廢物具有 60%。-70%。的鹽度，並且如果對於一定量的含鹽生物質，給定時間來調整消化器，則至今未示出該鹽度降低厭氧消化的效率。事實是，已知厭氧消化エ藝接受相當多的量的含鹽生物質(Schramm(施拉姆)和 Lehnberg (倫貝格)；The Crown Estate (皇家財產局)，2009)。 還已知小程度的鹽度增強生物氣的生產。ー個通則是，給定時間來調整，細菌群落可以處理廣大範圍的不同生物質。產甲烷細菌變為進化的，來自海洋但是也出現在動物的胃中，連同出現在海洋的和含鹽的水中。海產生物質-其他種的海鞘和珊瑚以及海綿連同培養我們已經選擇作為實例的種，玻璃海鞘，它適合在瑞典的水中培養，在如此需求的、或如果玻璃海鞘並不天然發生的的環境條件下，可以培養其他種的玻璃海鞘屬海鞘或其他海鞘。對於海鞘綱的系統發生概述，參見表1。如以上提到的那樣，在玻璃海鞘屬中，包括以下種Ciona edwardsi, Ciona fascicularis、Ciona gelatinosa、Ciona imperfecta、玻璃海_、Ciona mollis 禾ロ妒氏姆鞘，它們都適合與玻璃海鞘類似的用途。表1海鞘綱(海鞘綱)的系統發生綜述，其中所有海鞘都可能用作用於厭氧消化的生物質。
權利要求
1.ー種用於生產生物氣的方法，包括海鞘綱的群的水生生物的厭氧消化。
2.根據權利要求1所述的方法，進ー步包括在厭氧消化前培養並收穫海鞘。
3.根據權利要求2所述的方法，包括通過使用多個沒入水中的表面的培養，在收穫前， 在這些表面上培養生物。
4.根據權利要求2或3所述的方法，包括在培養表面上緊固幼蟲階段的海鞘，通過與成年的海鞘一起儲存沒入水箱中的所述表面，來控制水箱中的水溫，使成年個體開始產卵，並且允許通過融合配子產生的幼蟲定居在浸沒的表面上，然後將其運輸到培養位點。
5.根據權利要求2-4中任一項所述的方法，其中使用任意以下方法進行培養；架培養、懸掛法、硫氯酚培養、黑金屬培養、樁培養、託盤培養、棚屋培養、繩索-網培養、 bouchout (保朝)培養、筏培養和長線培養。
6.根據任何以上權利要求所述的方法，包括利用固體和流體消化物。
7.根據權利要求6所述的方法，包括利用固體和流體消化物用於生產肥料。
8.ー種用於生產肥料的方法，包括厭氧消化海鞘綱的群的水生動物，並且利用固體和流體消化物用於生產肥料。
9.根據權利要求2-5中任一項所述的方法，包括整合培養海鞘綱以及來自紅藻門、綠藻門和褐藻門的群的巨藻。
10.根據權利要求9所述的方法，包括與海鞘一起厭氧消化巨藻。
11.根據權利要求10所述的方法，進ー步包括利用固體和流體消化物。
12.根據權利要求11所述的方法，進ー步包括利用固體和流體消化物來生產肥料。
13.ー種用於生產肥料的方法，包括與巨藻一起培養並厭氧消化海鞘，並且利用固體和流體消化物用於生產肥料。
14.根據以上權利要求中的任一項所述的方法，其中這些生物屬於珊瑚蟲和海綿動物的群。
15.ー種用於將幼蟲階段的海鞘緊固在多個表面上的方法，包括與海鞘的成年個體ー 起儲存沒入水箱中的所述培養表面，來控制水箱中的水溫，使成年個體開始產卵，並且在融合配子以後產生的幼蟲定居在浸沒的表面上，然後將其運輸到培養位點。
16.通過厭氧消化來自海鞘綱的群的水生生物獲得的厭氧消化的生物質。
全文摘要
本發明涉及用於生產生物氣的方法，包括厭氧消化來自海鞘綱的群的水生生物。本發明還涉及在厭氧消化前培養和收穫海鞘。進一步包括在厭氧消化前整合培養海鞘和巨藻。本發明還包括利用來自厭氧消化的固體和流體消化物用於生產肥料。本發明還包括一種在幼蟲階段人工接種海鞘的方法，以及通過厭氧消化海鞘獲得的厭氧消化的生物質。
文檔編號C05F1/00GK102597249SQ201080046332
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月3日 優先權日2009年9月4日
發明者弗雷德裡克·諾倫 申請人:弗雷德裡克·諾倫