温室效应及co2的排放与治理

《温室效应及co2的排放与治理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温室效应及co2的排放与治理（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、温室效应及 CO2 的排放与治理摘要：本文介绍了温室气体的类别以及当前二氧化碳的排放源并且讨论了二氧化碳的各类控制方法。关键字：温室气体 二氧化碳 控制引言：随着人们对环境问题的日益关注，二氧化碳及其他一些温室气体日益受到关注，而随着上次哥本哈根会议前曝光的一次学术造假事件，二氧化碳是否会引起温室效应以及二氧化碳的排放问题再一次收到人们的强烈关注。各方的学者都有不同的见解。鉴于此，我认为二氧化碳在大气中保持一定的比例是十分必要的，因此，控制二氧化碳的排放还是应当继续执行的。1.温室效应温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射,并重新发射辐射的一些气体,如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它

2、们的作用是使地球表面变得更暖,类似于温室截留太阳辐射,并加热温室内空气的作用。这种温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”。水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮 (N2O)、甲烷(CH4)和臭氧(O3)是地球大气中主要的温室气体。温室气体之所以有 温室效应，是由于其本身有吸收 红外线的能力。温室气体吸收红外的能力是由其本身分子结构所决定的。 在分子中存在着 非极性共价键和极性共价键 。分子也分为 极性分子和非极性分子 。分子极性的强弱可以用偶极矩 来表示。而只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，则拥有偶极矩的分子就是 红外活性的；而 =0 的分子振动不能产生红外振

3、动吸收的，则是非红外活性的。 由于水蒸气及臭氧的时空分布变化较大，因此在进行减量措施规划时，一般都不将这两种气体纳入考虑。2.二氧化碳的排放关于二氧化碳到底是不是温室气体以及全球的气温是否在上升等问题的争论十分激烈。牛笛1提供的物理证据显示,二氧化碳与温度的变化关系,只有从 1975 年到1998 年是符合的。1935 年到 1975 年,二氧化碳排放暴涨,全球却冷化; 2000 年至今,二氧化碳继续稳定增长,全球温度却没有继续上升,反而略有下降。在人类几乎不产生二氧化碳排放的 5 千年前,中国河南有象,山东有竹,气温比现在平均高 2 度以上,冬季更高出 35 度。中国近五千年来,经历了四个温

4、暖期和四个寒冷期的交替变化。四个温暖期分别为:从仰韶文化到商朝后期(从公元前 3000 年到公元前 1100 年),春秋时期到西汉末年(公元前 770 年至公元初年),唐朝和北宋前期(从公元 600 年到 1000 年),元朝(13至 15 世纪)。每一个温暖期都是中国的大繁荣、大发展时期。并且表示碳排放与气候变暖之间并无科学有效的联系。另外的观点认为二氧化碳是全球变暖的罪魁祸首。在联合国气候变化框架公约中，把“大气中那些吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气体成分”称为温室气体。大气中主要的温室气体有二氧化碳（CO2） 、甲烷（CH4） 、一氧化二氮（N2O） 、臭氧（O3）和氟利昂类物质（

5、CFCs） 、水汽（H2O）等。其中，二氧化碳对温室效应的贡献最大。通过对他们提供的证据分析表明，过去 100 多年中，全球地表温度平均上升了 0.6。而且，有关气候模式模拟结果还说明本世纪内全球平均气温将以每 10 年 0.20.5的速率持续升高。这样的升温将给地球上各种类型的生态系统形成巨大威胁，对人类生活也产生直接和间接的影响，因此对全球变暖的趋势必须进行遏制。虽然对导致全球变暖的真正原因说法不一，但是温室效应增强肯定是其中原因之一，温室气体让太阳短波辐射自由通过，同时又能吸收地表发出的长波辐射。这些气体有二氧化碳、甲烷、氟利昂、臭氧、氮氧化物和水蒸气等，学术界认为二氧化碳最主要罪魁祸首

6、。近几十年的观测研究表明，大气中的温室气体浓度正在不断增加，其中 CO2在大气中的浓度由工业化前的 280ppmv 上升到了 2004年的 379ppmv。近一个多世纪以来，全球大气中 CO2浓度增长率大约为每年 0.4。因此 1997 年 12 月，于日本京都召开的联合国气候变化框架公约缔约方第三次会议通过了旨在限制发达国家温室气体(主要为 CO2)排放量以拟制全球变暖的京都议定书 。2009 年 12 月 7 日18 日在丹麦首都哥本哈根召开，192 个国家的环境部长和其他官员们在哥本哈根召开联合国气候会议，商讨京都议定书一期承诺到期后的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。

7、2二氧化碳的排放主要来自于资源能源密集型行业工业企业，特别是钢铁产业。(国家发改委规定我国资源能源密集型行业包括钢铁业、水泥业、化学工业、交通运输业、居民生活和电力工业)，消耗了大量的化石燃料，排放出大量的温室气体2007 年，国际钢铁协会(IISI) 和国际能源署(IEA) 发表声明认为世界钢铁企业所有碳排放中约有 51%是由中国排放的。3在农业中，温室气体的排放主要来自畜牧业。据估计，农业排放 CH4占人类活动造成的 CH4排放总量的 50%，N2O 占60%。4另外，一些地方的作物耕作习惯也会引起二氧化碳的排放增加，如一些种植玉米的地方的农民喜欢在玉米收割完毕后将玉米植株的叶子在地理烧干

8、净后再将其运走。此外，有环保部的人士认为二氧化碳的排放主要来自于人的生活方式。这与人们普遍认为的二氧化碳的主要排放来源为工业的的观点有一些出入，但这表明人们的生活方式所引起的二氧化碳的排放的量也是相当大的。人们日常的燃气做饭，取暖，农村中燃烧农作物秸秆，沼气利用，餐饮行业等都会造成二氧化碳的排放。3.二氧化碳控制对温室气体的控制需要通过多种技术的组合来解决5。可以从以下几个方面进行：3.1 生态固碳近些年来,许多生态学家在致力于森林生态系统碳贮量研究,并取得了一些成果。自 1981 年起到 2000 年止，我国工业碳排放总量达到 132 亿吨，而森林生态系统抵消了同期工业总排放的 226，在未

9、来 50 年里，如果面积不变，仅仅改善林分结构，增加密度，我国森林还可以增加 22 亿吨碳汇；如果按照林业规划到 2050 年我国森林覆盖率达到 284，我国的森林碳库可以再增加 30 亿吨碳汇。这是中国科学院院士、北京大学教授方精云日前向国家林业局介绍的其在碳循环与森林作用方面的最新研究成果。不仅如此，生态固碳还有十分良好的经济效益，2009 年湖北省森林生态系统固定二氧化碳价值为 445.02 亿元/年。6有不少学者的研究证明,不同种类的植物及同一种植物的不同组织器官中碳含量是有差别的。梁宏温,罗宏,温远光7等人的研究表明,巨尾桉植株的碳含量平均为 47. 32%,比马尾松(50. 17%

10、 )的低5. 7%;其中干皮和树叶的碳含量在两种林木之间差异极显著(p枝根干皮叶,马尾松的为干皮叶干材枝根。同种灌木或草本植物碳含量在两种林分之间的差异不显著(p0. 05),而不同灌木之间或不同草本植物之间碳含量的差异则较大,表明物种特性对森林植被碳含量的影响更大。并表明巨尾桉人工林具有较强的固碳潜力,采取集约经营措施后可以有效提高森林植被的碳贮量。除森林生态系统外，湿地生态系统也有较强的固碳能力。湿地是高碳汇生态系统，适合高生物量草本植物生长，特别是芦苇湿地是河湖湿地和沿海滩涂湿地的主要生态系统类型。8毛志刚等对江苏盐城滨海湿地盐沼植被进行了调查研究9.，而芦苇生物量高达 129.4 t/

11、hm2。而且，芦苇作为非粮作物且含有较高的纤维素含量，具有开发纤维素生物质能的可能性。芦苇茎杆中的纤维素含量达 40%60%，可以转化生产乙醇。1 t 芦苇可生产 180 L 纯度 96%的乙醇和 3 L 甲醇，其能源替代性潜力十分可观。由此可见，生态系统固碳是一种非常好的减少二氧化碳含量的途径。3.2 二氧化碳地址封存碳封存技术主要是将工业和相关能源产业所生产的 CO2分离出来， 再通过碳封存手段将其输送到一个封存地点，并且长期与大气隔绝的一个过程，被称之为碳封存。 目前也将 CO2固化成无机碳酸盐和用于工业生产中列入碳封存技术。 碳封存可阻止或显著减少 CO2向大气中排放， 封存 CO2是

12、避免或减缓气候变化的有效途径。3.2.1 陆地封存CO2的地质封存是将 CO2压缩液注入地下岩石构造中。 目前，CO2的地质封存主要有 5 种相对技术较成熟、可行的方案:将 CO2注入废弃的油田和气田；在改进的石油气体回收系统中使用 CO2；在深层盐沼池构造中注入 CO2；在油气田中注入 CO2提高油气藏采收率（EOR） ，强化采油分为混相驱油和非混相驱油； 在提高煤层气采收率中使用 CO2（ECBM） 。 其中对于 EOR 的 CO2注入是一项成熟的市场技术，但是当这项技术用于 CO2封存时，其仅是在特定条件下经济可行；将 CO2注入废弃的油、气田和在盐沼池构造中注入 CO2的技术在特定条件

13、下经济可行；CO2注入用于提高煤层气采收率（ECBM）仍处于示范工程研究阶段。3.2.2 海洋封存利用海洋巨大碳封存潜力，从工业或相关能源大排放点源中捕获的 CO2直接注入深海（深度在 1000 m 以上） ，大部分 CO2在此与大气隔离。在实验室条件下试验得到，液态的 CO2在 35 MPa 以上的压力下可以保持长期稳定。海洋封存有 2 种潜在的实施途径：一种是经固定管道或移动船只将 CO2注入并溶解到水体中 （以 1000 m 以下最为典型） ；另一种则是经由固定的管道或者安装在深度 3000 m 以下的海床上的沿海平台将其沉淀，此处的 CO2比水更为密集，预计将形成一个“湖” ，从而延缓

14、 CO2分解在周围环境中。这里指的封存不涉及通过海洋肥化作用所产生的生物固碳，CO2注入海洋封存及其生态影响尚处于研究阶段， 需进一步完善。尤其在大面积海域和长期时间尺度上，CO2直接注入海洋对于海洋生态系统的慢性影响尚未深入研究10。往深地质结构层中注入 CO2并封存， 在长时期内稳定存储， 不使其在地壳活动或人为因素而逸出到大气层对人体健康与安全的潜在危害，诱发地震， 引起地面沉降或升高的风险以及对陆地和海洋生态系统的其它危害。海洋封存中无论是液态封存还是固态封存，都存在 CO2挥发和溶解在海水中的问题，可能会对海洋环境和海洋生物产生危害。而且，CO2还存在成本高，能耗大，投资回收期长，法

15、律法规的缺失等问题。3.3 二氧化碳的捕集和储存二氧化碳的捕集和储存是利用吸附、吸收、低温及膜系统等现已较为成熟的工艺技术将废气 中的二氧化碳捕集下来，并进行长期或永久性的储存。11一般而言，有三种基本的二氧化碳捕捉路线，即燃烧后脱碳、燃烧前脱碳和富氧燃烧技术。123.3.1 燃烧前脱碳燃烧前脱碳：首先，化石燃料与氧或空气发生反应，产生由一氧化碳和氢气组成的混合气体。混合气体冷却后，在催化转化器中与蒸汽发生反应，使混合气体中的一氧化碳转化为二氧化碳，并产生更多的氢气。最后，将氢气从混合气中分离， 干燥的混合气中的二氧化碳含量可达 15 60，总压力 2 7 MP a 。 二氧化碳从混合气体中分

16、离并被捕获和储存，氢气被用作燃气联合循环的燃料送入燃气轮机，进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电。缺点是投资成本较高，并且该工艺对现有设备的兼容性较差，不利于设备改造。3.3.2 富氧燃烧捕集富氧燃烧捕集是指燃料在氧气和二氧化碳的混合气体中燃烧， 燃烧产物主要是二氧化碳、 水蒸汽以及少量其他成分，经过冷却后二氧化碳含量在 80 98。在富氧燃烧系统中，由于二氧化碳浓度较高，因此捕获分离的成本较低，但是供给的富氧成本较高，并且纯氧燃烧通常情况下燃烧器的温度比较难控制，这对包括耐火材料在内等诸多指标要求更高。3.3.3 燃烧后脱碳燃烧后脱碳是从燃料燃烧后的烟气中分离二氧化碳。燃烧后捕获(PCC) 省去 了对目前现有燃烧燃烧后过程和设施的改造。二氧化碳的收集法主要有化学溶剂吸收 法、吸附法、膜分离、深冷分离和微藻生物固定化等方法。燃烧后捕集 CO2的技术方案因其适用于现有燃煤电厂的改造，被认为是短期内最具潜力的技术。133.3.4 吸收法吸收法主要应