用于生产碳足迹减少的生物燃料的方法与流程

背景技术：

1、“温室气体”或“ghg”是捕集大气中热量的气体，包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和氟化气体(epa report 2016，第6页)。“碳足迹”是由组织、事件、个人、地点或产品间接和直接产生的总ghg排放量。它通过将产品或服务使用期(材料生产、制造、使用和报废)的每个阶段所产生的排放量相加来计算。在产品的整个使用期或生命周期内，不同的ghg可被排放，每种ghg捕集大气中热量的能力或大或小。通过以二氧化碳当量(co2e)为单位计算每种气体的全球变暖潜能值(gwp)，为碳足迹提供单一的单位从而便于比较(michigan 2020)来说明这些差异。

2、基于来自全世界监测站的近期测量和来自南极洲和格陵兰岛的冰层中所捕集的气泡的较陈旧空气的测量，全球大气中ghg的浓度在过去几百年中显著上升(epa report2016，例如第6、15页)。

3、尤其自从十八世纪开始的工业革命，通过燃烧化石燃料、砍伐森林和进行其他活动，人类活动增加了大气中ghg的量。许多排放到大气中的ghg在其中停留长达十年至数千年的时间段。随着时间的推移，这些气体通过化学反应或通过排放汇(诸如从大气中吸收ghg的海洋和植被)从大气中去除。

4、世界各国领导人尝试通过条约及其他国家间协议来鼓励减少ghg排放和/或减少各种活动的碳足迹。其中一种尝试是通过使用碳信用体系。碳信用是可交易证书或许可证的通用术语，通常表示排放一吨二氧化碳或等效ghg的权利。在典型的碳信用体系中，管理机构对运营商可产生的ghg排放量设定配额。超过这些配额要求运营商从尚未使用其全部碳信用的其他运营商购买额外的碳配额。

5、碳信用体系的一个目标是鼓励公司投资更绿色的技术、机械和实践，以便从这些信用的交易中获益。在《联合国气候变化框架公约(unfccc)》京都协定书下，许多国家已经同意在国际上受到ghg减排政策的约束(包括通过排放信用交易)。虽然美国不受京都协定书的约束，也没有中央国家排放交易体系，但是一些州(诸如加利福尼亚州和东北部的一些州)已经开始采用这种交易方案。

6、工业中具有显著碳足迹的一个领域是化石燃料的生产和使用以提供电力以及为汽车、飞机和船舶提供动力。用生物燃料(由可再生有机材料产生的燃料)代替化石燃料具有减少化石燃料生产和使用的一些不期望方面的潜力，这些不期望方面包括常规和温室气体(ghg)污染物排放、耗竭性资源枯竭和对不稳定外国供应商的依赖。对生物燃料的需求也可以增加农场收入。

7、两种最常见的生物燃料是生物乙醇和生物柴油。生物乙醇是一种由于来自植物物质(诸如例如玉米、甘蔗、柳枝稷和甜高粱)的淀粉和糖的微生物发酵产生的醇。乙醇可以用于汽油发动机中以代替汽油或以不同的百分比与汽油混合。生物柴油由植物油(例如，大豆)、动物脂肪或用过的烹调油通过酯交换反应产生。所得燃料可单独燃烧或以与石油基柴油燃料的不同程度的混合物燃烧，以为柴油发动机提供动力。

8、虽然使用具有较低ghg排放特性的可再生资源似乎是理想的，但因为许多生物燃料原料需要土地、水和其他资源，研究表明生物燃料生产可能产生若干不期望的效果。例如，当提到生物燃料生产时，空气污染仍然是一个问题。农业设备和运输车辆是ghg排放的来源。另外，土地使用模式的改变可以增加ghg排放，对水资源施加压力，产生空气和水污染，并且以增加食物成本的方式引入竞争

9、另外，在生物燃料原料生产中，较高碳足迹的实践(诸如森林砍伐和泥炭地排水)是常见的。在世界上一些地区，大面积的天然植被和森林已被清理和焚烧以种植例如大豆和棕榈油树，以制造生物柴油。因此，随着时间的推移，结果可能是对环境的负面影响超过了使用生物燃料的潜在益处。

10、生物燃料的其他环境缺点包括区域适用性和肥料使用。每种植物都具有理想的生长条件，在这种条件下，水源、温度和阳光为生长创造了适宜的气候。生物燃料植物容易生长的地区往往是诸如雨林、泥炭地、稀树大草原或草地等区域。这些区域因其植物方面的生物多样性而众所周知，并且在每年控制ghg排放方面非常有用。在巴西、印度尼西亚、马来西亚或美国，在生产乙醇和生物柴油的这些区域中生物多样性的降低可向空气中释放与每年通过代替化石燃料而节省的那些生物燃料一样多的二氧化碳。另外，培育生物燃料作物需要使用肥料，这可以通过运输、发育和从土壤中释放来增加ghg。

11、考虑到当前化石燃料消耗的速率，许多消息人士预测，化石燃料将在可预见的未来耗尽。这就带来对化石燃料替代物的迫切需求。生物燃料可以用于满足这种需求，但是首先必须管理和减少由于生产生物燃料而产生的碳足迹。

技术实现思路

1、本发明提供了用于生产生物燃料的环境友好的方法。本发明还提供了微生物基产品以及这些产品用于在生物燃料生产操作链内的许多环境中(包括在例如原料生产和运输中)实现有益结果的用途。有利地，在优选的实施方案中，本发明利用有机非gmo组分和环境友好的方法来减少生物燃料生产的碳足迹。

2、在某些实施方案中，本发明的方法以减少由于生物燃料生产而产生的ghg排放(包括ghg，诸如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮)的方式促进生物燃料(包括生物醇和生物柴油)的生产。在某些实施方案中，本发明还提供了根据本发明方法生产的碳足迹减少的生物燃料。

3、在某些实施方案中，本发明提供了用于减少碳足迹和提高生物燃料的可持续性的策略，这些策略包括减少农业生产投入、使用低碳足迹资源以提供将原料转化为生物燃料所需的能量以及/或者采用供应链优化以减少来自原料材料的生长和运输的排放。

4、在优选的实施方案中，这些方法包括农业方面，其中培育碳足迹减少的生物燃料原料。在某些实施方案中，这些方法还可以包括动物饲养业方面，例如，在生产用于生物柴油的原料的情况下。另外，在优选的实施方案中，这些方法包括生产方面，其中收获植物和/或动物基原料并将其转化为生物燃料。

5、在一个实施方案中，农业方面包括将微生物基土壤处理组合物施用于农田的用于生产生物燃料原料的地带(包括通过砍伐森林、自然火灾和规定焚烧而清理的地带)，其中土壤处理组合物为农田的植物和/或土壤提供一种或多种直接或间接的益处。这些益处可以包括例如改善植物健康和生长(地上和地下)、提高植物蛋白质和/或营养物含量、减少肥料使用、增强土壤中的碳固存、改进土壤微生物组多样性、改善土壤中的水和/或营养物分散以及/或者增加植物根对土壤营养物的摄取。

6、在某些实施方案中，土壤处理组合物包含一种或多种有益微生物。在优选的实施方案中，有益微生物是能够产生以下项中的一者或多者的非致病的、定殖于土壤的真菌、酵母和/或细菌：表面活性剂，诸如脂肽和/或糖脂；具有抗微生物和免疫调节作用的生物活性化合物；聚酮化合物；酸；肽；抗炎化合物；酶，诸如蛋白酶、淀粉酶和/或脂肪酶；以及氨基酸、维生素和其他营养物的来源。

7、在优选的实施方案中，微生物是选自例如以下的非致病的细菌、酵母和/或真菌：木霉菌属(trichoderma spp.)、芽孢杆菌属(bacillus spp.)、异常威克汉姆酵母(wickerhamomyces anomalus)、黄色粘球菌(myxococcus xanthus)、绿针假单胞菌(pseudomonas chlororaphis)、球拟假丝酵母(starmerella bombicola)、布拉迪酵母(saccharomyces boulardii)、西方毕赤酵母(pichia occidentalis)、库德里阿兹威毕赤酵母(pichia kudriavzevii)、季也蒙迈耶氏酵母(meyerozyma guilliermondii)、菌根真菌、固氮微生物(例如，维涅兰德固氮菌(azotobacter vinelandii)、迈耶氏酵母属(meyerozyma sp.))和/或钾动微生物(例如，金黄弗拉特氏菌(frateuria aurantia))。

8、该组合物中微生物和其他成分的种类和比例可根据例如进行处理的地理区域、消耗植物的牲畜动物的种类、处理时农田的健康状态以及其他因素来确定。因此，该组合物可针对任何给定的位置来定制。

9、在某些示例性实施方案中，土壤处理组合物包含枯草芽孢杆菌(bacillussubtilis)b4(nrrl b-68031)、其生长副产物和任选的一种或多种营养物源。

10、在某些示例性实施方案中，土壤处理组合物包含异常威克汉姆酵母(例如，nrrly-68030)、其生长副产物和任选的一种或多种营养物源。

11、在某些示例性实施方案中，土壤处理组合物包含迈耶氏酵母属酵母(例如，季也蒙迈耶氏酵母、迈耶氏酵母属mec14xn(又名卡利比克迈耶氏酵母(m.caribbica)locus亚种)、其生长副产物和任选的一种或多种营养物源。

12、在某些示例性实施方案中，土壤处理组合物包含第一微生物和第二微生物、其生长副产物和任选的一种或多种营养物源。在一个具体的示例性实施方案中，第一微生物是哈茨木霉(trichoderma harzianum)，并且第二微生物是解淀粉芽孢杆菌(bacillusamyloliquefaciens)(例如，解淀粉芽孢杆菌nrrl b-67928)。

13、在一个实施方案中，土壤处理组合物还包含微生物生长副产物，这些副产物可包括例如在其中培养微生物的发酵培养基和/或来自培养的任何剩余的营养物。生长副产物还可以包括由于细胞生长产生的代谢物或其他生物化学物质，包括例如生物表面活性剂、酶和/或溶剂。

14、这些方法还可以包括在施用期间施用材料以促进微生物生长(例如，添加萌发促进剂、益生元和/或营养物以促进植物和/或微生物生长)。在一个实施方案中，营养物源可以包括例如镁、磷酸盐、氮、钾、硒、钙、硫、铁、铜、锌、蛋白质、维生素和/或碳的来源。在一个实施方案中，益生元可包括例如海带提取物、富里酸、壳多糖、生物炭、腐殖酸盐和腐殖酸中的一者或多者。

15、在一些实施方案中，本发明的方法还包括施用附加的农业组分，诸如例如除草剂、肥料、杀虫剂和/或土壤改良剂。优选地，附加的组分是无毒的且环境友好的。确切的材料及它们的量可由受益于本公开的土壤科学家来确定。

16、在某些实施方案中，土壤处理组合物与植物部分接触。在一个具体实施方案中，使该组合物与植物的一个或多个根接触。该组合物可例如通过喷雾或浸泡根直接施用于根，以及/或者例如通过将该组合物施用于植物生长的土壤(例如，根际)间接施用。该组合物可在种植之前或种植时施用于植物的种子，或施用于植物的任何其他部分和/或其周围环境。

17、本发明的方法可以利用用于农田维护的标准方法和设备。例如，土壤处理组合物可以使用灌溉系统以液体形式施用。另外，可以使用手动铺洒机，诸如播撒式铺洒机、直落式铺洒机、手持式铺洒机或手持喷雾器来施用该组合物。

18、在一些实施方案中，农田用于生产原料作物，诸如例如玉米、柳枝稷、芒草、甘蔗、甜高粱、白杨、柳树、亚麻荠、大豆、草和/或棕榈。

19、在一些实施方案中，农田用于生产牲畜饲料作物或牧场植被，例如早熟禾、狗牙草、羊茅草、野牛草、牧草、杂草、灌木、玉米、燕麦和大麦。

20、在一些实施方案中，该组合物可以施用于农田、牧场、大牧地或森林以促进不旨在收获的其他植物的生长，以便抵消生产生物燃料的碳影响。

21、在一些实施方案中，生物燃料原料作物和/或牲畜饲料作物可以种植在退化或废弃的农业土地上以抵消生物燃料生产的碳影响。

22、在一些实施方案中，该组合物可以施用于在一些情况下已经进行规定焚烧以促进植被重建的放牧地。在一些实施方案中，该组合物可以施用于已通过砍伐森林而清理的林地以促进重新造林。

23、在一个实施方案中，与生产和/或收获用于生产生物燃料的常规生长的高碳足迹原料相比，该方法的农业方面可以增加植物和动物基原料的价值。

24、另外，本发明可以通过减少土地利用变化、减少肥料和杀虫剂的制造和使用以及减少燃烧化石燃料的农业机械的操作来减少生物燃料工业的碳足迹，该农业机械包括用于加工和运输生物燃料生产中使用的原料和动物副产品的农业机械。

25、例如，这可以通过提高农田地带中的植物碳利用和储存、增加土壤中的碳固存、减少土壤基ghg排放、改进农业氮基施肥实践、改进土壤微生物群中的生物多样性并改进农业土壤管理来实现。

26、在某些实施方案中，提高植物碳利用可以为例如植物叶子增加、茎和/或树干直径增加、根生长提高和/或每单位面积植物数量增加的形式。

27、在某些实施方案中，增加土壤隔离可以为例如增加植物根生长(例如，长度和密度)、增加微生物对植物分泌的有机化合物(包括来自植物根的分泌物)的摄取和改进微生物定殖于土壤的形式。

28、在某些实施方案中，这些方法可减少从土壤中排放的ghg诸如甲烷、二氧化碳和/或一氧化二氮/它们的前体的量。

29、在某些实施方案中，改进的农业施肥实践、土壤生物多样性和/或土壤管理可以为减少使用富氮肥料以及用一种或多种有益微生物接种植物根际的形式。例如，在优选的实施方案中，土壤处理组合物的微生物可定殖于根际并为根在其中生长的植物提供多种益处，包括保护、水合和营养。因此，这些方法可通过用一种或多种有益土壤微生物代替一些或所有肥料、杀虫剂和/或其他土壤改良剂来减少一氧化二氮排放。

30、在某些实施方案中，当在生物柴油的生产中利用动物副产品时，该方法还可以包括动物饲养业方面。优选地，动物饲养业方面包括使根据农业方面生产的植物可用于牲畜动物，使得牲畜动物摄取植物。在一个实施方案中，将牲畜动物置于根据农业方面处理的农田地带上进行自由放牧。在一个实施方案中，从处理的农田收获植物，并将其作为碳足迹减少的饲料、谷物和/或其他形式的松散饲料提供给动物。

31、在一个实施方案中，例如按照生产谷物饲育的牲畜时的惯例，利用饲喂方法的组合。

32、在一个实施方案中，该方法的动物饲养业方面通过以减少由于牲畜的消化、粪肥和大规模生产所产生的ghg排放的方式增强牲畜动物的健康和/或生产力来减少畜牧业的碳足迹。有利地，这可以减少从屠宰动物获得动物脂肪诸如牛油、猪油和鸡脂肪的碳足迹，这些动物脂肪用于生产生物柴油和其他燃料。

33、在某些实施方案中，该方法还可以包括生产方面。优选地，生产方面包括从根据本发明方法处理的土地地带收获原料，或者从使用本发明方法培育的植物物质饲喂的牲畜中收获原料。然后将收获的原料转化成生物燃料组分，例如，通过将原料发酵成生物醇诸如乙醇、丁醇和/或丙醇，从植物物质中以植物油的形式提取原料，或从屠宰牲畜中以动物脂肪的形式提取原料。在某些实施方案中，生物燃料组分与载体诸如水或化石燃料混合以生产生物燃料。

34、在某些实施方案中，该方法还可以包括运输方面。优选地，运输方面包括利用在生产方面期间生产的生物燃料为作物和牲畜生产中使用的农业设备和车辆提供动力，以及将所生产的生物燃料运送给其他最终用户。

35、在某些实施方案中，本发明提供了根据本发明方法的方法生产的碳足迹减少的生物燃料。在一个实施方案中，碳足迹减少的生物燃料是包含从根据本发明方法生产的原料的发酵中获得的醇的生物燃料。在一个实施方案中，碳足迹减少的生物燃料是包含由根据本发明方法获得的植物油或动物脂肪产生的脂肪酸甲酯的生物柴油。

36、在一些实施方案中，种植者、牲畜生产者、牲畜饲料供应商和/或生物燃料原料供应商可以利用本发明的方法来减少碳信用使用。因此，在某些实施方案中，本发明方法还可以包括使用本领域的标准技术进行测量以评估该方法对减少甲烷、二氧化碳和/或其他有害大气气体和/或其前体(例如，氮气和/或氨气)产生的效果。

37、有利地，在某些实施方案中，本发明提供了通过例如以下方式提高生产和消耗生物燃料的环境可持续性的解决方案：减少土地利用变化；促进原料作物生长和活力；增加农田土壤的营养含量；促进土壤水分和水分利用效率的改进；改进土壤微生物组多样性；减少肥料使用；提高牧草的原料价值，同时降低谷物依赖性；减少牲畜动物和粪肥的肠道ghg排放；改进饲料向肌肉的转化；提高牲畜动物的生产力，例如肉和奶的量和营养品质；等等。