[发明专利]利用碳汇草固定空气中CO2

说明书

本发明涉及利用碳汇草固定空气中CO₂的方法、碳汇草炭基降镉土壤调理剂及其制备方法与应用。所述碳汇草炭基降镉土壤调理剂的活性组分包括：碳汇草炭40‑55份，腐殖酸20‑30份，硅酸钾2‑8份，钙镁磷肥5‑15份，硫酸锌1‑5份，熟石灰5‑15份；或者还包括5‑10份的造粒粘合剂。本发明将碳汇草炭与镉钝化剂和拮抗剂配制成土壤调理剂施入镉污染田可实现固定碳的安全封存，还可以降低土壤中镉离子的生物活性进而减少相应农产品中的镉含量；实现了固碳产物的再利用，提升了固碳的经济效益。本发明实现了CO₂经济、高效、安全的封存、镉污染田土壤改良、作物品质提升，同时实现环境、经济和农业效益的最大化。

技术领域

本发明涉及通过种植碳汇草吸收空气中的CO₂，然后利用热裂解多联产炭化技术将光合固定的CO₂无机化，以实现温室气体长效安全减排，属于环保领域。本发明还涉及利用热裂解得到的碳汇草炭制备一种可用于降低镉污染区农产品镉含量的土壤调理剂及其制造技术和施用方法，属于农业化肥技术领域。

背景技术

近年来，随着由全球气候变暖而导致的灾难性异常气候频繁出现，减少温室气体排放(主要是CO₂)已到了刻不容缓的局面。碳捕捉与贮存作为一项新兴的温室气体减排技术，已成为世界研究的热点。目前，CO₂的捕捉与贮存主要通过地质封存(填埋)、海洋封存、实物封存(如制成无机碳酸盐)等途径予以实现，但这些固碳技术仍未成熟且成本高昂。鉴于此，亟需开发低成本的碳捕捉与贮存技术。

众多研究表明，利用绿色植物吸收并固定空气中的CO₂是一条经济、有效、环保的碳固定途径，尤其是利用光合效率高、生物量大的C4植物(也称碳汇植物)。碳汇草作为一类植株高大、生长速度快的多年生C4草本植物，其具有较强的CO₂同化能力，且适应性广、生长速度快、生产投入低，是重要的固碳植物类型。据初步测算，碳汇草其50年的固碳量可达相同面积新建碳汇林的50倍以上。由于被光合作用捕捉的CO₂主要以有机碳的形式(纤维素、半纤维素、木质素等)存在，易被环境微生物分解成为温室气体(CO₂和CH₄)而重新释放至大气中。因此，仅种植碳汇草并不能实现长效固碳的目的。但是，将光合形成的生物质在无氧或限氧的条件下热裂解可得到以稳定芳香环不规则叠层堆积存在的有机碳(含碳 40％-75％)为主的生物炭。生物炭与构成生物质的主要类型有机碳(以纤维素、木质素、淀粉、糖等形式存在)相比具有更高的生物化学和热稳定性，其半衰期(300-500年)远远长于未炭化的生物质(8-10个月)。因此，通过种植碳汇草并利用热裂解技术炭化其生物质可实现最大化的二氧化碳捕捉和长效的碳封存。

碳汇草的种植及其炭的制备过程需要额外能量及人力的投入，仅其制炭成本就达300-400 元/吨生物质。若速生草炭仅用于固碳目的，其每吨仅能产生约45元的碳汇价值，远远低于其生产成本。因此，为了实现利用速生草经济、环保、高效地从大气中捕捉和长效贮存二氧化碳，综合开发速生草炭高附加值利用方式是需要亟待解决的问题。众多研究已表明，生物炭施入土壤中可快速增加土壤有机质碳的含量，增强土壤保水性能，提高土壤孔隙度和通气性，促进土壤团聚体的形成，进而改善土壤物理化学性状(如降低土壤容重，提高土壤pH 等)。另一方面，生物炭还可通过改变污染物的形态降低污染物(如重金属、除草剂和农药等)对土壤的危害。目前，在湖南省试点的土壤重金属污染修复技术方案VIP+n中，生物炭原位钝化修复技术路线已被试验验证为有效、可行的技术方案，且具有成本低、对农作物和土壤无副作用等特征，最具推广应用前景。鉴于此，本发明还要发明一种基于速生草炭的水稻降镉土壤调理剂，以同时实现CO₂经济、安全的封存及重金属污染农田农产品品质的改善，达到环境、经济和农业效益的最大化。

发明内容