Способ и система для улавливания и использования со2 при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках

Авторы патента:

Погорельский Илья Александрович (RU)

C12N1/12 - одноклеточные водоросли; питательные среды для них (культуры многоклеточных растений A01G; одноклеточные водоросли в качестве нового вида растений A01H 13/00)

B01D53/62 - оксиды углерода

A01G33/00 - Культивирование морских водорослей

Владельцы патента RU 2770009:

Погорельский Александр Львович (RU)
Ваулин Евгений Николаевич (RU)
Ваулин Николай Евгеньевич (RU)
Погорельский Илья Александрович (RU)

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложены способ для улавливания и использования СО₂ и система для осуществления заявленного способа. Способ включает залитие рисового чека водой с последующим засевом одноклеточными водорослями Chlorella; подачей СО₂, предварительно выделенного и охлажденного из отходящих газов производства, через отверстия газопровода в рисовые чеки. При достижении оптимальной концентрации одноклеточные водоросли отделяют, концентрируют и перерабатывают с использованием анаэробной ферментацией в биогумус и метан. Система включает модуль очистки и охлаждения отходящего СО₂, соединенный по газопроводам с рисовым чеком, который соединен последовательно газопроводом с блоком очистки, сушки и емкостью для анаэробной ферментации суспензии одноклеточных водорослей. Изобретения обеспечивают расширение арсенала средств и способов улавливания и использования СО₂с целью получения продуктов, обладающих экономической ценностью. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к технологиям улавливания, использования и хранения CO₂(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.

В документе US 2007092962 описаны устройство и способ удаления CO₂ с использованием фото биореактора со светоизлучающими диодами (светодиодами). Это устройство и способ полезны для удаления нежелательного CO₂ из водяного потока.

В документе US 20140057321 описан способ, включающий: улавливание CO₂ из источника углекислого газа; фиксация CO₂; превращение фиксированного CO₂ в биомассу; и получение высокоценного материала. Улавливание включает поглощение CO₂ жидким абсорбентом, выбранным из группы, состоящей из амина, карбоната калия, аммиачной воды и любой их комбинации.

В документе FR 3044935 описан способ переработки CO₂, включающий: рекуперацию газообразного CO₂; превращение газообразного CO₂ в жидкий CO₂; хранение жидкого CO₂; превращение накопленного жидкого CO₂ в газообразный СО₂; превращение газообразного СО₂ в углеводород путем фотосинтеза; рекуперацию образовавшегося углеводорода.

Техническая проблема

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 CO₂. 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 СО₂.

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 CO₂.

Использование CO₂ - это применение уловленного углеводорода для создания продуктов, обладающих экономической ценностью. Использование подразделяется на 3 основные области: минерализация, биологическое и химическое использование.

Одним из примеров использования в области минерализации является включение CO₂ в состав бетона.

Одним из результатов химического использования является производство мочевинных удобрений и некоторых специальных полимеров. В будущем CO₂ совместно с Н₂ 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.

При биологическом использовании CO₂ используется для стимулирования роста растений.

Таким образом задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение областей использования СО₂, при использовании технологий улавливания, использования и хранения CO₂(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.

Для повышения производительности фото биореактора, рисовый чек оснащается принудительным обогащением СО₂, который стимулирует рост одноклеточных водорослей. СО₂ может быть получен путем очистки и охлаждения отходящих газов ТЭЦ или любого другого производства, а также другими способами. После охлаждения и очищения СО₂ 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 CO₂, при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках, включает следующие этапы:

- залитие рисового чека водой и засеивание штаммом одноклеточных водорослей;

- выделение и охлаждение CO₂ 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.

Система для улавливания и использования и хранения СО₂, при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках, включает:

источник отходящего CO₂, соединенный с модулем очистки и охлаждения отходящего СО₂, который соединен по газопроводам с рисовым чеком,

причем газопроводы содержат отверстия для насыщения воды в рисовых чеках полученным CO₂,

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

На фиг. 1 схематично изображена система для улавливания и использования и хранения СО₂, при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках.

Позиции на фиг. 1:

1 - источник СО_2,

2 - модуль очистки и охлаждения,

3 - газопровод, по которому CO₂ 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

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. СО₂, 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 СО₂.

Обслуживающий персонал засеивает чеки штаммом одноклеточных водорослей (желательно планктонным, термофильным штаммом).

Под действием солнечного света в воде, насыщенной СО₂, 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).

Таким образом, расширяются области использования СО₂, при использовании технологий улавливания, использования и хранения CO₂(CCUS). Также решается задача по получению продуктов, обладающих экономической ценностью, а именно биогумуса и/или биометана.

1. Способ для улавливания и использования СО₂ при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках, включающий следующие этапы:

- залитие рисового чека водой и засеивание штаммом одноклеточных водорослей Chlorella;

- выделение и охлаждение СО₂ из отходящих газов, полученных в процессе работы источника производства, доставка СО₂ по газопроводам и 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;

2. Система для улавливания и использования СО₂ при выращивании одноклеточных водорослей на рисовых чеках, включающая:

источник отходящего СО₂, соединенный по газопроводам с модулем очистки и охлаждения отходящего углекислого газа, который соединен по газопроводам с рисовым чеком,

причем газопроводы содержат отверстия для насыщения воды в рисовых чеках полученным СО₂,

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 сжатия и транспортировки потребителю.

Изобретение относится к биотехнологии и нанотехнологии. Предложен способ микрокапсулирования хлореллы в полимерной оболочке, включающий получение суспензии нативной формы хлореллы, диспергированной в 50%-ном растворе поливинилпирролидона, внесение полученной суспензии дозатором со скоростью 2,0 мл/мин в 30%-ный раствор танина с высоты 20-25 см при перемешивании 50-60 об/мин в течение 30-60 мин; затем микрокапсулы промывают и высушивают при 30-35°С.

Способ культивирования микроводоросли chlorella vulgaris // 2769152

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам искусственного культивирования микроводоросли вида Chlorella vulgaris. Способ культивирования микроводоросли Chlorella vulgaris включает выращивание микроводоросли в фотобиореакторе на питательной среде с аэрацией и перемешиванием слоев при искусственном освещении.

Устройство для разрушения оболочек хлореллы // 2767055

Изобретение относится к сельскому хозяйству и касается приготовления белково-витаминных кормов. Устройство содержит емкость для суспензии хлореллы и емкость для хлореллы с разрушенной оболочкой.

Система и способ выращивания водорослей // 2766012

Система культивирования водорослей включает множество панелей, размещенных внутри контейнера для культивирования и позиционированных вдоль первой оси, перпендикулярной направлению силы тяжести, причем между каждой парой панелей создан объем культивирования, причем объемы культивирования сопряжены между собой по текучей среде для обеспечения возможности горизонтального потока между ними вдоль первой оси; по меньшей мере один первый барботер для распределения первой текучей среды в контейнере при первой рабочей скорости потока; по меньшей мере один второй барботер для распределения второй текучей среды в контейнере при второй рабочей скорости потока, а также по меньшей мере один контроллер для управления первой и второй рабочими скоростями потока.

Применение клеточного экстракта одной или более микроскопических водорослей рода amphidinium для его фунгицидной и/или бактерицидной активности в отношении грибов, оомицетов и/или патогенных бактерий растений и семян культур // 2762235

Группа изобретений относится к биотехнологии и может быть использована в сельском хозяйстве. Способ борьбы с патогенными грибами, оомицетами и/или бактериями сельскохозяйственных культур и/или семян предусматривает получение клеточного экстракта одной или более микроскопических водорослей рода Amphidinium путем сбора свежих клеток одной или более микроскопической(-их) водоросли(-ей)рода Amphidinium при концентрации клеток, составляющей от 5⋅104 клеток/мл до 5⋅106 клеток/мл, необязательного замораживания и/или лиофилизации указанных клеток и ресуспендирования указанного лиофилизата или указанных свежих или замороженных клеток в неорганическом или органическом растворителе в массовом соотношении от 1:200 до 1:50.

Способ направленного культивирования биомассы микроводоросли chlorella sorokiniana // 2758355

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ направленного культивирования, в котором маточную культуру микроводорослей Chlorella sorokiniana предварительно готовят в виде клеточной суспензии, которую помещают в фотобиореактор, проводят аэрацию клеточной суспензии, соблюдая температурный режим, и освещают в режиме «день/ночь», при этом аэрацию проводят в режиме 1,3-1,7 л/мин, поддерживают температуру культивирования 21–24°С, освещение проводят световым потоком 2800-3200 лм в режиме 12 часов в сутки «день», 12 часов в сутки «ночь», в составе базовой питательной среды используют смесь добавок 3% перекиси водорода и пиридоксина в соотношении 0,1-0,3 мл и 6-16 мл на 10 л питательной среды соответственно.

Биопрепарат для очистки загрязненного грунта железнодорожного полотна // 2749108

Изобретение относится к биотехнологии. Предложен биопрепарат для очистки загрязненного грунта железнодорожного полотна, включающий ассоциацию штаммов бактерий Pseudomonas yamanorum VKM В-3033D, Rhodococcus erythropolis VKM Ac – 2863D, дрожжей Rhodotorula glutinis VKM Y-2998D, Rhodotorula toruloides VKM Y – 3045D и микроводорослей, Chlorella vulgaris IPPAS C-2024, взятых в соотношении 1:1:1:1:1 (по массе) с титром клеток заявленного препарата 104 КОЕ/мл, приготовленный на питательной среде Чапека.

Способ получения нуклеината натрия из сухой биомассы микроводоросли chlorella vulgaris beijerink // 2747120

Изобретение относится к области биотехнологии и биохимии, в частности к способам получения биологически активных веществ на основе нуклеиновых кислот, а именно к получению натриевой соли ДНК, выделенной из микроводоросли Chlorella vulgaris. Способ получения нуклеината натрия из микроводоросли предусматривает механическое лизирование клеточной оболочки микроводоросли, очистку биоматериала от липидов, пигментного комплекса, полисахаридов, белков и др., гидролиз в цитратно-солевом растворе, избавление от клеточного шлама и денатурированных белков, осаждение нуклеиновых кислот в виде натриевых солей этанолом, изопропанолом или ацетоном, центрифугирование, промывку осадка этиловым спиртом, сушку и измельчение препарата до мелкодисперсного порошкообразного состояния.

Способ получения нуклеината натрия из микроводоросли chlorella vulgaris beijerink // 2742056

Изобретение относится к области биотехнологии и биохимии, в частности к получению натриевой соли ДНК, выделенной из микроводоросли Chlorella vulgaris. Способ получения препарата нуклеината натрия предусматривает механическое лизирование клеточной оболочки микроводоросли, очистку биоматериала от липидов, пигментного комплекса, полисахаридов, белков и др., гидролиз в цитратно-солевом растворе, избавление от клеточного шлама и денатурированных белков, осаждение нуклеиновых кислот в виде натриевых солей этанолом, центрифугирование, промывку осадка спиртом, сушку и измельчение препарата до мелкодисперсного порошкообразного состояния.

Способ получения нуклеината натрия из биомассы микроводоросли chlorella vulgaris beijerink // 2742054

Изобретение относится к области биотехнологии и биохимии, в частности к способам получения биологически активных веществ на основе нуклеиновых кислот, а именно к получению натриевой соли ДНК, выделенной из микроводоросли Chlorella vulgaris. Способ получения препарата нуклеината натрия из микроводоросли предусматривает механическое лизирование клеточной оболочки микроводоросли, очистку биоматериала от липидов, пигментного комплекса, полисахаридов, белков и др., гидролиз в цитратно-солевом растворе, избавление от клеточного шлама и денатурированных белков, осаждение нуклеиновых кислот в виде натриевых солей этанолом, изопропанолом или ацетоном, центрифугирование, промывку осадка этиловым спиртом, сушку.

Способ очистки газовой смеси от углекислого газа // 2768831

Изобретение относится к области очистки газовых смесей от примеси диоксида углерода и может быть использовано в различных областях науки и техники. Очищаемый газовый поток барботируют с использованием рассекателя через суспензию мелкораздробленного карбоната, по меньшей мере, одного щелочноземельного металла при одновременном перемешивании раствора суспензии в барботажной камере.