利用蓝藻细菌生产方解石和生物质出于能量目的利用CO2和CO2矿物截储的整合方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生物捕获CO2的方法，该方法包括利用含钙的碳酸盐体系的碳酸氢根离子上的蓝藻细菌实现光合反应，从而生产生物质和方解石（CaCO3）。本发明专利技术使得能将CO2用于能量利用目的和CO2的矿物截储。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及二氧化碳（CO2）截储（sequestration）领域，更具体涉及利用蓝藻细菌型细菌对CO2进行生物捕获。本专利技术还涉及能量限价（valorization）领域，更具体涉及生物质限价。技术背景就整个地球而言，浮游植物是初级生产的来源。就海洋而言，它们通过光合作用消耗CO2生产碳酸氢盐类物质。作为原核生物（单细胞生物，其细胞结构中不包含核）的蓝藻细胞构成这些浮游植物的生物组分之一。在海洋介质中，这些蓝藻细胞利用碳酸氢根离子HCO3-作为矿物碳物质，而非溶解的CO2。事实上，在海水中，溶解的CO2浓度比碳酸氢根离子低。这种海洋介质的另一种矿物碳物质，碳酸氢盐，未被浮游植物微生物经由光合作用用作碳源。蓝藻细菌型单细胞原核生物以及某些真核生物能通过碳酸氢根离子上的光合作用不仅生产生物质、还能生产碳酸钙（称为方解石），前提是介质中存在钙且培养条件是合适的。而且，由元素碳、氧、氮、氢和硫（CONHS）构成的生物质代表了一种能量限价的潜在来源。利用脂类能实现生物质限价尤其是藻类生物质限价，特别是生产脂肪酸甲基酯用作生物燃料，代替例如石油蒸馏物“柴油燃料”。这种脂类限价要求采用具有高脂含量的选定的微藻类。尚不知蓝藻细菌能产生显著的脂量，因此它们对于生物燃料的生产未受重视。另一方面，已知一些这样的菌株利用大气氮（N2）作为氮源进行生物质合成。最后，蓝藻细菌能生产可限价（valorizable）生物质用于生产氢。事实上，在文献中曾提及，蓝藻细菌的性质使其能将电子通量从两个光合作用阶段再导向用于生产氢。已经指出了一些路径，其中之一利用例如菌株的脱氢酶，但是仍有许多问题尚待解决。最后，通过厌氧消化进行生物质限价是一个令人感兴趣的选项。人们已经对一般性的藻类生物质厌氧降解进行了深入的研究。关于从生物质生产脂类的开发方案，已经在整体生物质和残余馏分两个方面进行了研究，认为这是一条有前景的路径。若脂类不超过选为生物燃料生产的微生物的藻类生物质组成的40%，则从能量方面考虑，似乎对所有生物质进行直接厌氧消化是比连续脂类萃取阶段（用于生物燃料）进而残余生物质厌氧消化阶段更优选的方式。此外，通过藻类生物质的厌氧消化实现这种限价存在许多问题。主要障碍已经得到确定。藻类生物质的生物降解性取决于这些微藻类的壁-膜网络的组成。而且，高氮含量导致高氨浓度排入消化器中，最终抑制反应。最后，在海洋介质上生产生物质（利用海洋菌株）的情况下，钠的存在也会影响厌氧消化过程的性能。由于蓝藻细菌具有低脂类含量，所以对于生产生物燃料不受重视，但是它们可通过在碳酸盐体系中在水性介质中生长，以及随后对这种在碳酸氢盐上培养的生物质进行厌氧消化来生产生物质。实验室研究显示，在反应结束时，当碳酸氢根离子完全消耗时，迅速发生裂解（lysis）过程，将蓝藻细菌生物质定位于比来自微藻类的生物质更优选的消化性环境中。此外，这种生物质的另一优点在于，考虑到其氮含量，它能直接用作肥料。本专利技术的方法利用蓝藻细菌培养，并解决了上述关于生物质限价的所有问题，其原因在于，该方法对生物质生产过程的实施进行了修改，从而对在藻类生物质中的蛋白质、脂类和糖的分配进行了管理，以及进行了酶和物理预处理，以改善壁和膜中存在的这些结构的“消化性”或“生物降解性”。因此，足以出人意料的是，似乎在存在钙的情况下，在碳酸盐体系上的优化条件下生长蓝藻细菌能通过消耗碳酸氢根离子提供两种产品，一种产品形式是能轻易限价的蓝藻细菌生物质，第二种产品形式是构成碳陷阱的方解石（碳酸钙CaCO3）。这两种产品（生物质和碳酸钙）的限价能以不同方式进行。专利技术目的本专利技术涉及通过生物质进行CO2生物捕获的方法以及利用蓝藻细菌进行方解石生产，其中蓝藻细菌培养是在碳酸盐体系（包含碳酸根离子CO32-和碳酸氢根离子HCO3-）上、在存在钙的情况下、通过受控的CO2注射进行pH调节的情况下进行的。本专利技术还涉及将通过该方法获得的生物质用作肥料或用于能量目的。专利技术简述本专利技术涉及利用蓝藻细菌的整合的CO2生物捕获方法，该方法包括以下阶段：a）在存在钙的情况下，在包含碳酸根离子和碳酸氢根离子的水性介质中生长蓝藻细菌；b）通过碳酸氢根离子上的蓝藻细菌实现光合作用，从而生产由元素碳、氧、氮、氢和硫组成的蓝藻细菌生物质，并导致碳酸钙（CaCO3）沉淀；c）通过注射CO2供应无机碳，从而调节光合反应过程中的pH。所述CO2可以是大气中的，所述蓝藻细菌可以在至少一个开放反应器中生长。注射的至少部分CO2可来自于工业烟气/排放。阶段a）、b）和c）可重复直到介质中的钙耗尽。可以将pH调节到9-10之间的值。培养介质可以是包含钙和碳酸盐体系的合成水性介质，或海洋介质。可以以硝酸根离子的形式向所述介质供应氮。所述硝酸根离子可以是硝酸钙。蓝藻细菌可以在连续或半连续条件下生长，或者批次生长。可进行蓝藻细菌生物质的厌氧消化阶段，从而将所述生物质转化成甲烷。可通过在夜晚期间向厌氧消化器中注射生物质，来进行厌氧消化阶段。可以在生产阶段之后直接进行生物质厌氧消化阶段。可以从介质水中分离生物质用于热限价目的。可通过直接燃烧和热回收、或通过热解以产生油，来进行生物质限价。所得生物质可用作能量来源。所得生物质可用作肥料。所述方法可用于方解石生产（CaCO3）并用于CO2矿物截储。附图简要描述图1-8通过非限制性例子的方式说明了本专利技术的各个方面。-图1显示了在不含钙，且培养时不供应无机碳的情况下，在通过蓝藻细菌分批次地对碳酸氢盐进行同化的过程中，生物质浓度和以下物质的演化：钙，CO32-，HCO3-，以及pH值的演化；-图2a和2b显示了在含钙情况下（图2a：碳酸氢盐的含量大大超过钙；图2b：钙含量大大超过碳酸氢盐），在通过蓝藻细菌分批次地对碳酸氢盐进行同化的过程中，生物质浓度和以下物质的演化：钙、CO32-、HCO3-，以及pH值的演化。同样在这种情况下，在不供应无机碳的情况下进行培养；-图3显示了对对应于海水的钙、CO32-、HCO3-初始组成进行碳酸氢盐同化的情况；-图4重点显示了海洋介质中的碳酸盐/碳酸氢盐发挥的往复式（shuttle）作用；-图5显示了碳酸盐和碳酸氢盐浓度随着生物质中合成的碳演化的情况（对碳酸氢盐和碳酸盐浓度的实验值和理论值进行比较）；-图6显示了CO2消耗随着生物质中合成的碳演化的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.28 FR 10/04.2481.一种利用蓝藻细菌来生产生物质和方解石（CaCO3）的整合的CO2生物捕
获方法，该方法包括以下阶段：
a)在存在钙的情况下，在包含碳酸根离子和碳酸氢根离子的水性介质中生长
蓝藻细菌；
b)通过碳酸氢根离子上的蓝藻细菌实现光合作用，从而生产由元素碳、氧、
氮、氢和硫构成的蓝藻细菌生物质，并导致碳酸钙（CaCO3）沉淀；
c)通过注射CO2来供应无机碳，从而调节光合反应过程中的pH。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CO2是大气中的，所述蓝藻
细菌在至少一个开放反应器中生长。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，注射的CO2至少部分来自于
工业烟气/排放。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，重复阶段a）、b）、
c）直到介质中的钙耗尽。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将pH调节到9-10之
间的值。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述培养介质是一种
包含钙和碳酸盐体系的合成水性介质，或者是海洋介质。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将氮以硝酸根...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·布兰切特，F·黑泽勒，L·李，G·德罗马特，P·奥热，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：
国别省市：