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碳捕捉,就是捕捉释放到大气中的二氧化碳,压缩之后,压回到枯竭的油田和天然气领域或者其他安全的地下场所。
如今,全世界各个国家研究二氧化碳捕集和封存的技术方兴未艾、如火如荼。但6月19日,美国国家研究委员会的一项独立研究发出警告,二氧化碳的排放导致温室效应,被认为是引发全球变暖的一大重要原因,(CCS)有可能诱发更大的地震。
碳捕集与封存
(CCS)是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。 CCS技术包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节,它可以使单位发电碳排放减少85%-90%。
这项技术的研究可以追溯至1975年,当时的美国将二氧化碳注入地下以提高石油开采率,但将它作为一项存储二氧化碳以减少温室气体排放的环保工程,则开始于1989年的麻省理工大学,直至近年来,这项技术得到更多的重视和研究,它被认为是一种可以减少空气中二氧化碳浓度的方法。目前,据专家介绍,从技术层面来说,应用于碳的捕集、运输以及封存的各项技术其实都是已有的、成熟的,只不过在此前并未应用于CCS方向,问题主要存在于现有发电厂的改造以及新建发电厂的技术和资金投入。
二氧化碳的捕集方式主要有三种:燃烧前捕集(Pre-combustion)、富氧燃烧(Oxy-fuel combustion)和燃烧后捕集(Post-combustion)。无论哪种捕集方法,简而言之是将燃煤发电厂产生的气体收集起来,经过脱硫、氮氧化物等等制备后,将二氧化碳分离并收集起来。
二氧化碳运输,捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存,可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来,管道是最经济的运输方式。 2008年,美国约有 5800千米的二氧化碳管道,这些管道大都用以将二氧化碳运输到油田,注入地下油层以提高石油采收率(Enhanced Oil Recovery,EOR)。
“捉拿”技术各显千秋
2010年7月,由我国安徽理工大学张明旭教授带领的科研团队在实验室小试装置成功的基础上,自行设计和建造的利用稀氨水捕集二氧化碳中试装置在安徽淮化集团实现连续运转,并顺利生产出了首批合格的碳酸氢铵产品。该装置具有常温、常压、一次吸收和反应、能耗低、工艺简单、安全稳定等显著特点。该装置通过氨法对烟道气中的二氧化碳进行捕集和吸收,每小时可处理烟道气1000立方米左右,烟道气中的二氧化碳脱除效率达80%以上,减排二氧化碳超过110立方米(烟道气中二氧化碳浓度按13%计算)以上,每小时可生产碳酸氢铵肥料270公斤左右。该技术的研究开发既可以减少二氧化碳排放,保护环境,又可使污染物变废为宝。
今年2月,美国一个研究团队发现一种具有八角形孔窗的天然沸石尤其擅长捕捉二氧化碳的行踪,在效率和经济上远胜于目前的工业洗涤器。沸石是一种矿石,其晶格中存在很多大小均一的通道和空腔,一克沸石孔穴和通道的内表面积可达500平方米到1000平方米,这种沸石每立方厘米的小孔足可吸附0.31克的二氧化碳。由此可以吸取或过滤大小不同的分子,并可重复使用几百次,是过滤、擦洗含许多杂质气体的混合气体中有害分子的理想选择,也在化学工业中被广泛应用于催化剂和过滤器。
挪威在5月份,启用了世界上规模最大的碳捕获和储存(CCS)技术发展设施。由挪威政府投资10亿美元(约为63亿元人民币)资助的蒙斯塔德技术中心将测试两种燃烧后碳捕获技术,一种以胺为基础,另外一种以冷冻的氨溶剂为基础。该设施的独特之处在于,它可以测试来自附近两个地点的废气——一个280兆瓦的热电联产工厂和每年产生1000万吨排放的蒙斯塔德炼油厂。它们制造的烟气里二氧化碳的含量各不同,分别约为3.5%和13%。
6月份,英国研究人员研发出一种新型多孔材料,这种材料中的孔洞就像一个个“笼子”。诺丁汉大学等机构研究人员在英国《自然?材料》杂志上报告说,这是一种名为NOTT-202a的新材料。如果把空气压入这种多孔材料之中,大部分气体如氮气、氧气、氢气和甲烷等随后可以从“笼子”中出来,唯独二氧化碳会被留下,锁在“笼子”中。
碳捕的争议
二氧化碳的排放导致温室效应,被认为是引发全球变暖的一大重要原因。6月19日,美国国家研究委员会的一项独立研究发出警告,二氧化碳捕获与封存(CCS)风险太大,地下封存有可能诱发更大的地震。该研究已发表在最新一期美国《国家科学院院刊》上。
地球物理和环境地球系统科学部门教授马克和史蒂文?戈雷利克发表文章说:“将大量的二氧化碳注入大陆内部常见的脆性岩石当中会高概率地触发地震。而且即使是小到中等规模的地震都会威胁到二氧化碳库密封的完整性,在此背景下,大规模的实施CCS可能是一个具有高风险且不会显著减少温室气体排放的战略。”
美国国家研究委员会指出,CCS将涉及长时间注入地下最大量的流体,可能会导致更大的地震。CCS需要地下泄漏率每千年小于1%,以达到可再生能源相同的气候效益。而近年来在美国注入到地下的污水已经与发生小到中级的地震有所关联。理由之一是,早在1960年,科罗拉多州就有明显例证;另外的例子出现在去年阿肯色州和俄亥俄州。如果试图将二氧化碳封存地层数百年到数千万年,引发类似规模的地震可能性将相当大。
环保组织地球之友的一份报告指出:以英国为中心的碳抵消行业有着数十亿美元的交易量,但这个行业并没有起到降低全球温室气体排放的作用。碳抵消计划的问题在于,它减少的温室气体比科学家所说的避免灾难性气候变化所需的量要小的多。如果是这样的话,抵消计划就不可能够推行,也不能够计算清楚一项计划究竟能够减少多少碳排放。
QUESTION
北京市海淀区给超过700名“两会”代表发放笔记本电脑和U盘,总价超过500万元。此举的理由是:节省纸张、开“低碳会议”。你认为:
A. 确实低碳。减少了纸张使用就减少了树木砍伐,还能降低硒鼓的污染。
B. 既环保(减少纸张的使用和污染)又拉动了内需,一举两得。
C. 只是看起来低碳。电脑的使用需要电能、电脑运输过程中也会耗能,电脑以后还会变成电子垃圾……算总账未必低碳。
D. 节约用纸是环保的,但购买多余的电子产品和开会又是不环保的。
你如何看待全球气候变暖和极端天气变化与二氧化碳排放的关系?
A. 有关系。我们目前的生活很大程度上受到气候和环境的影响。
B. 有关系但影响不大,我们现在环保是在为子孙后代解决问题。
C. 有关系,但对生活没有影响。
D. 很多科学家还在就二氧化碳排放和温度变化之间的关系进行研究。
您认为所谓的“低碳”是指?
A. 降低碳的使用和排放。
B. 降低二氧化碳的排放。
C. 降低所有含碳物质的使用、排放。
D. 降低以二氧化碳为代表有害的含碳物质的使用、排放。
您认为减少碳排放与个人的关系是?
A. 减少二氧化碳排放量与我个人关系不大。
B. 我觉得有必要为减少碳排放贡献力量。
C. 碳排放关系到地球气候恶化影响,我正在减排中。
D. 对碳排放很关注,不仅自己努力而且还向他人做宣传。
E. 没有做法杜绝碳排放,我们更应该注意与自然和社会建立和谐关系。
下列描述正确的是:
A. 任何一件商品的制造,从原料采集到最终被废弃,都要排放二氧化碳,并对环境造成影响。
B. 棉、麻等天然织物比化纤衣服排碳量少;白色、浅色、无印花的服装更环保,因为较少使用各种化学添加剂处理。
C. 飞机排出二氧化碳是交通工具中最高的,短途(往返3千公里以内)和长途飞行的排碳量是:0.1753公斤 和0.1106公斤(二氧化碳/乘客/公里)。
D. 减少对物质的追求就能大大降低物质的消耗和闲置,进而减少二氧化碳的排放。
你是否会尝试下列做法:
A. 使用高效节能产品,如精密荧光灯,隔热层来降低家用能源的消耗量。
B. 减少空调或其他自动温控设施,花费高价购买空心墙和屋顶保温材料。
C. 安装防风条、安装双层玻璃窗、调低室内供暖温度……
D. 以上都不会,新材料和新产品对未来环境的破坏可能更大。应该通过降低对舒适生活的依赖来保护环境。
在实施“低碳经济”方面,最应该行动且有实际作用的是?
A. 学者和科学家
B. 政府部门
C. 环保组织、NGO
D. 企业、生产制造商
E. 个人
F. 联合国、政府间组织
节约用水用电、不用一次性产品、减少使用动物制品、不燃放烟花爆竹、不浪费粮食……即便不考虑二氧化碳的排放,这些也有利于健康。二氧化碳的排放无法消除,但可以做到有原则的降低和避免非必要的增加,并坚持如此。
【关键词】森林;碳汇功能;森林吸收二氧化碳;放出氧气
1.森林的碳汇功能
自20世纪80年代以来,全球气候变暖已成为不争的事实,由此引起的一系列生态问题日益引起国际社会的广泛关注。预测到2100年,全球平均气温将升高1.8~4摄氏度,海平面升高18~59厘米,将给人类生产、生活和生存带来诸多重大不利影响。导致全球气候变暖的主要原因是由于工业革命以来,煤炭、石油、天然气等矿物能源的大量开采和使用,向大气中过量地排放了以二氧化碳为主的温室气体的结果。排放到大气中的二氧化碳浓度大大增加,打破了地球在宇宙当中的吸热和散热的平衡状态,导致全球气候变暖。
应对气候变化,关键是减少温室气体在大气中的积累,其做法是减少温室气体的排放(减排)和增加温室气体的吸收(增汇)。减少温室气体的排放主要是通过降低能耗、提高能效、使用清洁能源来实现。而增加对温室气体的吸收,主要是通过森林等植物的生物学特性,即光合作用吸收二氧化碳,放出氧气,把大气中的二氧化碳固定到植物体和土壤中,这个过程和机制实际上就是清除已排放到大气中的二氧化碳,因此,森林具有碳汇功能。由于森林吸收二氧化碳投入少、成本低、简单易行,有利于保护生物多样性。我国政府把林业纳入减缓和适应气候变化的重点领域,要求全力打好“森林碳汇”这张牌,充分发挥林业在应对气候变化中的特殊作用。
森林是陆地生态系统中最大的碳库。研究显示: 全球陆地生态系统中存储了2.48万亿吨碳,其中1.15万亿吨碳存储在森林生态系统中。在生长季节,l公顷阔叶林每天可以吸收1吨二氧化碳;森林每生长1 立方米木材,就能从空气中吸收1.83吨二氧化碳,同时释放1.62吨氧气。从20世纪80年代到现在,工业排放的二氧化碳由森林生态系统吸收的达到24%~36%, 足以说明森林碳汇功能的重要意义。
2.森林森林生物量与碳储量
我国通过发展和保护森林,固定了大量二氧化碳等温室气体,在减缓气候变暖方面发挥了巨大作用。1980年-2005年,我国通过持续地开展造林和森林经营、控制毁林,净吸收和减少碳排放累计达51.1亿吨。仅2004年中国森林净吸收了约5亿吨二氧化碳当量,占同期全国温室气体排放总量的8%以上。据中国林科院依据第七次森林资源清查结果和森林生态定位监测结果评估,目前我国森林植被总碳储量高达78.11亿吨,森林生态系统年涵养水源量4947.66亿立方米,年固土量70.35亿吨,年保肥量3.64亿吨,年吸收大气污染物量0.32亿吨,年滞尘量50.01亿吨。发展碳汇林业是黑龙江省经济社会可持续发展中的一件大事,也是黑龙江的优势所在。
全省现有森林面积1923.2万公顷,森林蓄积量15.7亿立方米。从森林面积、森林总蓄积和木材产量上看,均居全国首位,丰富的森林资源形成了巨大的碳库。按照全省森林蓄积量15.7亿立方米计算,黑龙江省森林现有碳库储量为(储存二氧化碳)27.34亿吨。随着天保二期和退耕还林的深入实施,碳储量及碳汇效益会更加显著。不同纬度森林生态系统的二氧化碳通量具有显著的差异。随纬度的增高,森林二氧化碳碳汇的功能减弱,甚至成为大气二氧化碳的源。森林的二氧化碳通量特征存在日变化、季变化、年变化与不同发育阶段变化。我国科学家利用野外实测资料,结合森林资源清查资料,推算了我国50年来森林碳库及其动态变化,并分析了中国森林植被的二氧化碳源/汇功能。利用森林资源清查资料从不同角度对我国森林生态系统的碳贮量进行分析后指出,我国森林正起着碳汇的作用,我国主要森林生态系统碳贮量为28.11PgC,其中森林生态系统植物碳贮量为3.26~3.73PgC,占全球的0.6%~0.7%。
3.碳储量及其碳汇功能研究中存在的不足
国内外在陆地生态系统与森林生态系统的碳循环和碳储量方面进行了大量的研究,从有代表性的文献来看,还存在以下不足:
3.1研究的规模和尺度问题
一是全球尺度和国家尺度,二是局部典型的陆地生态系统和森林生态系统,而对于中尺度或区域森林生态系统的碳储量和碳汇功能的研究却较少。森林退化、土地利用变化所引起的森林生态系统碳的源/汇变化关系研究等方面,目前仍存在很大的不确定性。
3.2研究方法和手段问题
森林生物量的测定以经典的手工方法为主,整体上不重视现代高新技术的应用。对于区域尺度的森林生态系统碳的源汇变化监测还缺乏有效的手段和方法。
3.3数据等信息的标准化问题
由于森林生态系统本身的复杂性,在生物量和碳库的估测中所使用的数据还不够全面和完善,各种估计模型及其使用的参数并不一致,无统一标准。
3.4“碳汇”贸易问题
在国际范围内,发达国家通过为发展中国家提供造林资金或技术等可将其排放数额通过贸易形式减轻或转移,在陆地生态系统中,森林生态系统是最大的碳库,其碳贮量约为1146PgC(PgC指1米深度的土壤有机碳总质量,1pg=109)t,占全球陆地总碳贮量的46%。1995年~2050年全球森林植被保存和吸收碳的潜力可达60~87PgC,可能吸收同期石化燃料排放碳的11%~15%,森林系统的碳收支状况对于大气二氧化碳的循环具有重要地位。中国森林面积虽仅有世界森林的3%,人工林面积却居世界第一。目前人工林贡献了中国森林总生物量的20%和碳固定量的80%。随着中国林业战略目标的实施和重点工程的推进,中国人工林面积将进一步扩大,这就意味着,继续增加的中国森林碳汇会对中国未来的二氧化碳减排和国民经济的增长作出巨大的贡献,森林的碳汇功能进一步增强。
能源是经济增长的基础,所有的发展中国家都面临两难境地,既要发展经济,又要应对、减缓气候变化。在现有理念和技术条件下,如果减少碳排放,就意味着它们要承担经济放缓甚至停滞的巨大成本。这无论从现实和道义上都讲不通。对于中国特别不是一件容易的事情。即使采取较积极的能源政策,包括提高可再生能源和油气等清洁能源的比例,到了2020年我国煤炭消费仍占约60%。
本文将通过用一种新的角度对碳排放现状进行重新分析,提出系列创新理论来减少碳排放、加大碳固定,并以资源化高效利用来保证减排全过程的市场化动力,实现可持续的碳资源循环利用和经济的低碳发展。
一、碳排放现状成因的创新分析
现在学术界认为森林、海洋吸收二氧化碳的能力是有限的,只能吸收人类活动新增排放的很小一部分。但事实上,人类活动产生的碳排放和自然界本来已有的碳循环总量相比只占很小的一部分。仅仅土壤碳呼吸过程中对环境的碳排放就达到3000~5000亿吨,是人类每年约500亿吨碳排放的8~10倍。在2010年时,这个比例曾经是12~16倍。每年全球由于毁林造成碳循环破坏所产生的二氧化碳排放与同期化石燃料燃烧释放量相当,也能证明这一观点
我们也都知道,不论是陆生植物还是水生植物或藻类,都是碳水化合物,绝大多数植物的碳元素的唯一来源就是二氧化碳,植物每生成1kg干物质就要消耗二氧化碳约1.6kg。在进行无土栽培植物的过程中,只要营养液中有少量必要的无机盐,不需要任何有机物,也就是说不需要碳元素,就可以完全保证植物正常生长发育。那么我们在粮食作物种植的过程中施的有机肥为什么能促进作物生长发育呢?其作用主要是有机物在微生物作用下分解产生二氧化碳和热量。没有有机肥,作物不是不能生长,而是长不好,究其原因也是没有足够的二氧化碳来进行高效率的光合作用。试验研究表明,人类生产生活的环境大气的二氧化碳浓度约在100~2000ppm(0.01%~0.2%)内,作物产量随二氧化碳浓度增加而提高。如果把二氧化碳浓度降到50ppm,光合作用就会停止。生产实践中发现,农业温室大棚中夜间二氧化碳气体因植物呼吸作用和土壤有机物分解释放的积累,达到较高水平,在日出前一般都在600~1500ppm之间,日出后作物开始光合作用,温室内二氧化碳浓度迅速下降,如果没有充足的补充,2小时左右二氧化碳浓度将降至100ppm以下,作物处于二氧化碳饥饿状态!
一般认为植物光合作用最适宜的二氧化碳浓度是800~1500ppm,温棚中喷施二氧化碳,将空气中二氧化碳浓度从野外平均浓度200ppm,提高到1200ppm,即达到或接近我们办公室内的二氧化碳浓度,不同品种农作物的生长速度和产量提高了60%~200%。也就是说提高二氧化碳的浓度可以大大改善植物光合作用的条件,促进光合作用,改善植物的养分合成和加工。当然,也意味着植物固定二氧化碳的能力成倍增加。
显然,大自然植物的主要碳元素来源,不是依靠人类活动提供,植物吸收、再利用的碳元素主要来自其附近土壤因其含有的有机物分解,释放的二氧化碳。通过空气对流、扩散带来的二氧化碳只是占有很小的比例。即便是地球大气层二氧化碳浓度上升50%,从280ppm达到现在的约380ppm,这个浓度还是难以让植物的光合作用有大的变化。因此,靠增加水生、陆生植物面积来大幅度增加环境固碳能力的思路是行不通的。
我们曾经到数个化工厂调研,这种工厂通常都有大量的二氧化碳排放,规模都达到每小时数十、数百吨碳排放。交流中,工厂的朋友都不约而同说到一个现象,工厂建成开工短短几年内,周边小环境、小气候发生很大改观,没有进行人工的特殊干预,不毛之地很快变得郁郁葱葱,风调雨顺。感觉植物非常容易生长、发育。我们分析,这应该就是二氧化碳“气肥”起到的“意外”作用。
因此,我们大胆的提出一个结论:自然界的植物碳汇的潜力是巨大的,远远大于人类活动产生的排放。森林植被破坏能造成碳排放快速增加,而通过植树种草产生的碳固定效果则是缓慢和长期的。利用、影响、恢复碳循环来解决碳排放问题,远比通过减少石化燃料消耗、化学利用二氧化碳、直接物理存贮封存、增加森林植被面积吸收等方式更快速有效。
让我们把新产生的碳排放尽可能“捕集”起来,输送到海洋、森林、草原,农田、温棚里去,造成局部二氧化碳浓度大幅度增加,影响碳呼吸、碳循环过程,让植物固碳的作用成倍提高,同时也促进植物的快速生长,农作物产量也大幅度增加。实现低碳、减排、增效多赢的局面。
二、碳排放来源的创新控制
我们现在还有必要分析一下人类工业化过程产生大量碳排放的历史成因。即使到了今天,工业领域和人们日常生活中都把排放二氧化碳当成一件理所当然的事。进行环境评价的时候,排放物里面如果没有特殊化合物,如硫化物、氮氧化物、粉尘即达到清洁排放的标准,排放物含有二氧化碳、水蒸气、热量其实都是局部环境空气的增量和干扰,也将影响局部环境指标,本应同样得到处理。
每个锅炉都有烟囱,煤炭燃烧后碳排放成为习惯,但是仔细分析一下,煤炭的燃烧过程是一个化学反应过程,在生成近4倍重量二氧化碳的同时,释放燃烧热。排放的二氧化碳其实是比燃烧过程释放的热更有价值的资源,目前市场批发价每吨高达500~800元,淘宝零售价更达到每吨一万元。化学产物的价值比释放的热能价值高2~3倍,人们长期以来都是抓了燃烧热这个“芝麻”,扔了燃烧化学产物这个“西瓜”。
造成这个结果也有其历史原因,倒退几十年,烟气中二氧化碳几乎无法回收,回收了也没有什么太多用途,人类当时也没有减少碳排放的环境保护压力。但是今天则完全不同了,回收烟气二氧化碳的技术已经成熟,回收成本低廉,回收的二氧化碳用途广泛。人们也已经认识到碳排放对环境的危害,到了应该彻底处理碳排放、必须处理碳排放问题、可以从根本上解决碳排放问题的时候了。
我们再提出一个建议,对我们人类普遍使用的燃煤、燃油、燃气过程进行改革,让每一台锅炉、每台燃烧装置像化工厂的反应设备那样工作,既利用燃烧反应释放的热量,还要利用化学反应产生的化学产物,把化石资源的价值“吃光榨净”,在减少环境污染物排放的同时,实现效益的大幅度增加,实现低碳、减排、增效的有机统一。
我们还提醒,对于那些建设在远离城市的化工企业、大量碳排放企业,也许没有必要进行碳捕集,只要要求他们周围小环境加强植物培育,相信很快就可以和前面所说的化工企业一样,通过碳排放的“自产自销”,就地实现低成本、高效率、环境友好的碳固定。而那些周围没有大量植被实现碳固定的碳排放企业、碳排放设备,应该加强碳捕集、碳回收,通过城市捕集、野外排放的空间转移、冬季捕集、夏季排放的时间转移,借助绿色植物的光合作用,高效率实现碳固定,同时实现直接、间接创造新的经济效益。
三、碳排放资源化利用的创新
目前工业领域的碳排放比较容易集中捕集,捕集的方法很多,每捕集一吨二氧化碳的成本约合100多元人民币或更低。但近年来碳排放的资源化利用几乎没有大的突破,究其原因是理论界思想观念陈旧,需要进行观念创新和理论创新,才能彻底改变碳排放资源化利用的现状。本文将以干冰作为一种动力转化介质入手,探讨一下碳排放资源化利用的创新。
多年来,有无数的科学家试图让二氧化碳能再次逆变成为某种“燃料”。这些人几乎都在化学逆向反应上做文章。但是这样的过程,都是需要能量,实现燃烧逆向反应也非常困难,而且除了考虑采用太阳能、模拟植物光合作用的方案以外,即便实现逆向反应,也只能算是对高品位能源的储能再释放,得不偿失。
近年来,我们通过对热机的工作原理进行再认识,提出“让热机冷下来”的观点。热机的本质是热量引起介质升温膨胀、做功,加热升温是手段,膨胀增压是目的。人们不应该将热机的工作温段僵化、固定在从常温到高温,而从低温升温到常温也会引起某种介质升温、膨胀,推动活塞、涡轮叶片运动做功,将常温、低温的热量同样转化为机械能。
二氧化碳是个很神奇的物质,常压下,它可以以-78.5℃超低温、固态的形式“干冰”存在;到了约10个大气压的环境中,二氧化碳又会变成液体流动便于输送。用干冰作为工质,可以吸收利用环境介质空气、水的热量受热气化,如果限制在一个封闭的容器中,就可以得到数十个大气压压力的常温二氧化碳气体。这个高压、常温的二氧化碳气体完全可以推动气动机械输出动力做功。由于热机的原理没有改变,热机也无需大的改动,只需要对现有的汽车稍加改进,就可以使得原来消耗燃料,工作在高温温段的发动机,改为利用超低温工质,撬动环境热能参与,让气缸内产生同样大小的膨胀压力来推动活塞,让发动机在常温温段继续工作。
改造前,汽车是带着能源物质,吸入不需要付费的环境空气,燃烧后释放的热量让反应后的混合气体升温、膨胀,高压高温气体的膨胀势能在发动机内转换为动能,带动车辆运动,做功后尚有余热的高温废气被排放到环境中;改造后,汽车是带着超低温的工作介质干冰,通过换热器,吸收不需要付费的常温空气的热量,汽化、气化,升温膨胀,最后是高压常温二氧化碳气体推动发动机运转,带动车辆运动,膨胀释放内能后大幅度降温的低温二氧化碳气体则被排放到空气中。这个过程已经在实验中得到验证。初步估算,让发动机输出同样的动力消耗的“工作介质”体积虽是原来燃料消耗的5~8倍,而综合成本是使用燃料时的近三分之一,相当于又回到了蒸汽机时代,不同的只是工质从水变成了干冰,热量的来源不是依靠燃煤,而是取自于环境空气或水等常温物质。
改装实验中还注意到,干冰首次气化的过程,其实是一个吸热过程,也就是一个制冷降温过程,是一个非常不错的“冷源”,可以在提供动力的同时,为冷藏、冷冻运输设备提供大量冷量;为冷冻法海水淡化设备提供优质冷源。做功后,气体温度因为内能减少而再次下降,又达到-50℃或更低,还可以再次作为冷源输出冷量。
用于改造农用机械,在提供动力的同时,干冰气化后的二氧化碳也成为农作物的气肥,降低了农机使用成本,减少石化燃料消耗,还给农作物、农田施了气肥,一举数得。
冬季使用燃料燃烧供暖的时候利用新型可以回收制备干冰的锅炉回收烟气中二氧化碳,制作干冰的过程也实现燃料燃烧热量的高效率、最大化回收再利用。冬天没有植物,应将干冰储存起来;到了夏天,利用干冰吸热制冷,气化后高压二氧化碳气体推动汽轮机输出动力发电,最终排放的低压二氧化碳气体成为夏季植物的气肥,实现碳排放资源的跨时间、跨空间的高效利用、综合利用。
四、二氧化碳综合利用范例
本文提出解决碳排放的思路主要是设法通过大幅度提高植物生长环境周围二氧化碳的浓度,来充分发挥自然界的植物通过光合作用吸收、固定二氧化碳的巨大潜力来从根本上解决大气层二氧化碳气体积累、增加的问题。实现这个过程主要有碳捕集、碳运输、碳布撒等若干环节。其中碳捕集的有关技术已经相当成熟,本文不再赘述。
二氧化碳的运输曾经是一个较大的问题,因为这个过程中是个消耗能源、成本较高,没有经济回报的过程。现在,利用干冰作为介质,吸收环境的热量,并通过热机转化为动力输出,解决了碳运输过程的高能耗成本的问题。运输过程中少量的消耗其实也实现了某种意义的碳肥“布散”过程。下面通过几个利用二氧化碳的应用范例,来进一步解释说明。
(一)干冰用于森林灭火
森林火灾时有发生,常用的灭火方法很多,但都是常规的手段。以水灭火为例,如果喷洒的消防灭火用水、灭火干粉没有直接喷淋到火源,则几乎不能发挥降温和隔绝空气的作用,即便有条件大量使用,灭火效果也不好。
以前限于经济条件和技术条件,使用干冰灭火都是“高端消费”和“奢侈品”。但是到了今天,干冰容易生产、运输、储存,目前的成本也不高了,应该考虑大量采用干冰这个非常理想的灭火材料来实现森林应急灭火。采用干冰进行森林灭火,制作成一个个干冰炸弹,通过提前布设形成阻火带,通过定时、定温起爆,或者飞机空投,触地爆炸,或者巨型迫击炮抛射、近炸引信引爆。不管干冰是否能接触火源,只要炸碎的干冰颗粒布撒在火源附近、火源的上风口、火源的高处,都能迅速气化实现降低火场温度,隔绝空气阻止燃烧的作用。气化的二氧化碳就像一张巨大的“冷气毯”,覆盖整个火场,并且随着气流的流动自动流向火源,持续气化的干冰还能有效阻止火灾复燃,实现快速、彻底灭火。
最后残留在森林火场的二氧化碳气体,是森林很好的气肥,逐渐被周围的林木吸收,没有任何污染物残留,渗入地下土壤、水分吸收的二氧化碳气体,也有利于火灾现场的植被恢复生长,一举数得。人类使用水灭火,已经数千年历史了,今天该创新、改进一下了,该淘汰这种陈旧、低效率的传统灭火方式了,
(二)干冰作为动力介质
大型渔率在500马力以上,每小时消耗燃油数十公升。需要消耗大量的燃油作为动力。固体二氧化碳(干冰)吸收海水的热量可以气化为50个大气压以上的高压气体,为远洋渔轮提供动力;这个过程中,约10公斤干冰相当于1公斤燃油,输出的动力相当于2~4千瓦时电力。吸热的过程还相当于制冷,提供的“冷量”可以用于冰冻海产品、淡化海水,这10公斤干冰同时累计可以吸收的热量,相当于0.5公斤燃油做功制冷的冷量。10公斤干冰气化过程还能同时淡化产生10公斤以上的淡水。综合估算干冰替代燃油的重量比为6:1,即干冰的使用量比燃油大6倍。而干冰的价格是燃油的十分之一或更低,因此使用干冰的成本是燃油的二分之一,而且实现了真正的“零”排放。
使用干冰作为动力介质,是一个非常好的环保、节能、增效的方案。首先采用的干冰是从其他直接排放到环境中的二氧化碳捕集制取而来,不是增量排放。使用过程中能量的来源取自于环境,没有消耗化石燃料;排放的二氧化碳“尾气”增加了海洋、海平面的二氧化碳浓度,甚至可以直接注入水中,增加了水体的二氧化碳溶解度,促进海洋植物、藻类的光合作用,通过食物链促进了海洋生物、海洋水产资源的再生和恢复,实现安全、低碳、减排、增效、环境友好的综合效益。这种应用方案也同样适用于海岛、远洋货轮、邮轮采用。
我们现在的高铁的每一节车都叫动车,都有独立的动力系统,高铁的车头仅仅是控制室,反而没有动力,合在一起称为动车组。如果每节车厢都能携带5吨干冰作为动力工质,则在运行中可以提供500匹马的动力长达6~8小时。在列车进入人口稠密区域时使用电力牵引,行驶到旷野、草原、森林的时候切换到“干冰”介质的环境热能动力模式,既提供了一种清洁的动力,又实现了碳布撒、碳转移,强化、利用了绿色植物固碳能力,实现了绿色动力。
这些绝非科幻,具体实施过程不存在理论障碍和技术壁垒,推广应用就在眼前。马戏团里表演的大象,都是从小就开始训练的。小象很调皮,故常把小象拴在木桩上。由于小象力量小,经过很多次试验,它都无法将木桩拖出来,时间久了,只要把小象拴在木桩上,它就知道自己无法挣脱,也就会很安分了。小象长成了大象,力大无穷,可以轻松拔起一棵大树,但却能很老实地被绳子拴在木桩上。因为从小的经验告诉它们,木桩的力量比自己大,是唯一可以拴住自己的东西。
基础科学理论确实已经发展完善,但是我们是不是还存在对理论的认识偏颇或惯性思维?应用科学理论和历史生产力发展水平相关,早期提出并沿用至今的一些应用理论肯定存在时代和历史的局限性和不足。《国际歌》有一句歌词唱得好:“要冲破思想的牢笼”。而一旦冲破思想的牢笼,走出思维定势,甩掉那根“木桩”,我们的潜力将会得到极大释放,将会创造各种奇迹。
五、后记
在撰写这篇文章的时候,开始作者的思路是为了解决温室气体对环境的影响,而“科学家们”特别是掌握先进科技手段和话语权的国外“专家”们“一致”认为二氧化碳、水蒸气、臭氧层破坏是造成气候变暖、海平面上升、南极冰川消融的主要原因。但随着相关资料的收集整理,一个意外的结论出现了,碳排放真的是造成气候异常的主要原因吗?
关键词:低碳;大众生活;影响
中图分类号:F124.5 文献标志码:A 文章编号:1673-291X(2013)19-0271-02
首先从碳足迹说起,“碳足迹”本源于一个英语单词“Carbon Footprint”,是指一个人的能源意识和行为对自然界产生的影响。具体来讲就是某个人或某个团体的碳耗费量,它是测量某国家和地区的人口因日耗能源产生的二氧化碳排放对环境影响的一种指标。分为第一碳足迹和第二碳足迹两种。第一碳足迹是因使用化石能源而直接排放的二氧化碳,例如飞机飞行会消耗大量燃油,排出大量二氧化碳,因此常乘飞机出行的人会有较多的第一碳足迹;第二碳足迹是因使用各种产品而间接排放的二氧化碳,例如喝一瓶普通的瓶装水,会因其生产和运输过程中产生的碳排放而带来第二碳足迹。可以总结为一点,低碳生活就是在日常生活和工作中人们减少碳足迹的行为方式,即降低二氧化碳排放量。评估碳足迹可以用特定的方法计算,例如,某人的车耗油1kl,就等于排放了2.7kg二氧化碳;某人用电100度,就等于排放了约78.5kg二氧化碳。碳足迹大,证明你是高碳一族,对全球变暖要负的责任就相应变大;碳足迹小,证明你已经进入了低碳生活,对环境保护做出的贡献也变大。
低碳并不是单纯体现在个人生活上,而是处处体现,其中包括人类的各项生产活动。一句话总结起来,人类的所有活动都会直接或间接使全球变暖加快,我们一直也没有重视起来。所以说低碳生活还包括降低人类活动所造成的一切温室气体,而不单纯是二氧化碳。温室气体主要包括水汽、二氧化碳、甲烷、臭氧、氟利昂或氯氟烃类化合物。仔细分析,我们在生活中,都无时无刻不在制造着温室气体。不夸张地说就连我们吃的粮食也是温室气体的重大来源之一。在农业生产活动中,气体排放就是全球温室气体排放的第二大重要来源。以水稻生产为例,在作物生长期间,植株及稻田会释放出大量氧化亚氮,每千克相当于296千克二氧化碳的温室效应量。农作物生产和使用化石燃料排放大量温室气体从而危及环境,尽管这样却不能因噎废食就禁用化石燃料,更不能禁止农业生产,如此一来,就只能从其他方面对环境进行改善。例如,研发和使用生物燃料可以节约资源和较少温室气体排放。
每个人都应该从自我做起,细节决定成败,人人低碳就可以为减少全球变暖做出贡献。从细节做起,少开一天车,少用一次性筷子,少食一顿肉餐,少开一盏灯等,都是在为减缓全球变暖出力。当然还有许多方式可以采纳。例如,减少不必要的家电消耗;用餐做菜时选择烹饪方式也可以减少温室气体排放量。就以最平常的土豆为例,用锅煮产生的二氧化碳就比微波炉做产生的多。吃牛肉也要比吃猪肉排放的碳多,因此应适当减少吃牛肉。除了饮食方面,比如棉布衣服、爬楼梯,步行等属低碳生活,而化纤衣服,坐电梯,开车等属高碳生活。
个人的低碳生活还有下面一些简易的计算和选择。
1.家居用电。根据发电过程中碳排放的均值计算,二氧化碳排放量(kg)=0.785×耗电度数(kwh)。据此可以计算个人的碳排放量并节约用电。
2.家用自来水。生产1吨自来水要耗电0.67~1.15kwh。根据耗电的平均值,二氧化碳排放量(kg)=0.91×自来水量(t)。勿庸置疑,节约用水也是低碳生活。
3.交通出行。根据车耗油情况将距离转化为耗油量才能计算碳排放量,小排放量汽车在相同距离碳排放量较少。二氧化碳排放量(kg)=2.7×油耗公升数。公式表明,无论是政府管理还是生产厂家,或者是个人消费,都应该大力推广小排量节能环保型汽车。
4.家用燃气。液化石油气的二氧化碳排放量(kg)=0.12(碳强度系数)×液化石油气使用度数。天然气的二氧化碳排放量(kg)=0.19(碳强度系数)×天然气使用度数。要尽量使用天然气和节约燃气式低碳生活。
我们在提倡低碳生活的同时,也要考虑到实际需要,人们会因为某种原因进入高碳生活。这时就应当对这种高碳生活进行补偿,也叫作碳中和。
法国寓言家拉封丹曾经写过一个小寓言,说一座大山经过巨大的分娩痛苦后,终于生下了一个小东西。人们一看,原来是只小老鼠。此次长达13天的雷声大雨点小的哥本哈根联合国气候变化大会就如同拉封丹讲的寓言。
哥本哈根会议最终得到了一份没有什么法律约束力的《哥本哈根协议》,而且六个月后各国代表还要聚集了德国波恩再次召开关于气候变化的会议,就哥本哈根峰会协议做进一步磋商,最终成果2010年底在墨西哥城气候大会上才能揭晓。
世界各国为何要费这么大气力来讨论地球的气候变化并要制定一个国际协议呢?近些年来,一直流行全球气候变暖的说法,并得到了一些科学研究的支持,尤其是随着气温的升高,这种说法得到了公众舆论的积极响应。
然而,气候变暖说并未得到科学家的一致赞同。持反对意见的气象学家指出,地球气候实际上一直在变化,与人类活动并没有什么联系。弗吉尼亚州州立大学环境科学教授帕特里克・迈克认为,二氧化碳排放增长与气温升高的关联度也不明显。比如,第二次世界大战结束后,全球工业化发展迅猛,二氧化碳的排放迅速上升,西方国家经历了“光荣的30年”。然而,这一时期的平均气温却一直在下降,只是到1975年后才重新回升。而且反气候变暖说的科学家还认为,二氧化碳在大气组成中仅占各种成份的0.054%,本来就微不足道,人类的影响就更小了;造成地球二氧化碳排放的95%是自然界形成的,而非人类的工业活动。
然而,在强大的全球气候变暖说的宣传压力下,那些反对派科学家的声音基本被淹没了。当气候变暖说成为一种“政治正确性”后,谁再反对无疑就等于犯了某种“反人类罪”。而与此同时,二氧化碳减排也成了一种生意。大量的金融企业跃跃欲试,把减排指标的交易都做成了金融产品,甚至还分类打包再卖出去,与当年的住房次级抵押贷款有些相似。难怪有人怀疑,二氧化碳减排是金融企业想出来的主意,用一个子虚乌有的东西来创造下一个金融泡沫。担任美国宇航局戈达德空间研究所主任的詹姆斯・汉森是全球最早提出全球变暖问题的科学家之一,甚至被一些舆论称为“气候教父”。但连他也反对现行的碳排放交易做法,甚至认为哥本哈根会议失败才好,因为可以挫败这种企图。他认为,发达国家只是在纵容买卖,发达国家想要维持自己现在的生产水平,因此只打算花很少一部分钱从发展中国家手中购买排放量限额。在他看来,这种效果会获得适得其反的效果。
另外,减少二氧化碳排放主要是减少使用传统的化石燃料、特别是减少对石油的依赖。这里面可能有发达国家的战略考虑。欧洲国家对进口石油依赖很大,特别是对俄罗斯的依赖很大。出于地缘政治的担心,它们希望用这种方法减少自己的依赖性。同样,美国认定某些石油生产国是“流氓国家”,美国对进口石油的依赖使得其投鼠忌器,破坏了原本的战略打算。因此,减少石油消费符合美国的长远战略利益。
近年,全球气候变幻无常、水土流失严重、温室效应明显、耕地沙化蔓延、生存环境日益恶化,严重威胁着全人类的健康与生命。 面临全球气候系统崩溃的危险,我们必须行动起来,不想当气候难民,就要当气候公民。作为一名普通的地球气候公民,只要我们从身边小事做起,实践‘低碳生活’,注意节电、节油、节气,满足基本需要,限制奢侈浪费,就能产生巨大的节碳效果。为此我们希望你和你的家人、朋友能够参与进来,共同关心环保,降低碳排放。让我们一起从节约“一滴水、一度电、一张纸”做起,共同做到:
衣:根据天气变化,选择适宜的衣服,尽量减少空调的使用频次。同时选择环保面料并减少洗涤,尽量选择手洗。
食:尽量购买本地食品,减少食物加工及流通过程,可以减少二氧化碳的排放。使用少油、少盐、少加工的烹饪方法,健康的不仅是自己,还有我们赖以生存的地球。
住:住房面积不必一味求大,理智选择适合自己的户型。因为住房面积的减少可以降低水、电的用量,这在无形之中减少了二氧化碳的排放量。
用:洗菜水、洗澡水循环利用、房间照明选择节能灯、购物使用环保袋、纸张双面打英不使用一次性餐具、尽量购买包装简单的产品等等,既减少生产中消耗的能量,也减少了垃圾。
行:提倡多步行、多骑自行车、多乘坐公共交通工具。汽车是二氧化碳的排放大户,有需要购买汽车的话,应尽量选择低油耗、更环保的汽车。
不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。希望通过我们的努力,把“低碳生活”的概念传递给每一个家庭。
2.
什么是“低碳”呢? 低碳就是想尽一切办法在原来的基础上尽量少排放温室气体(主要是指二氧化碳)。一切能降低温室气体排放的行为方式都可以认为是低碳。低碳生活是指生活作息时所耗用能量要减少,从而减低碳,特别是二氧化碳的排放。
你知道吗?每个月添置一件新衣服,一年排放的二氧化碳约为76.8千克;一周吃一千克肉,一年大约产生67.2千克的二氧化碳,一天用电2度,一年产生的二氧化碳约为700千克……一举一动都会排放出温室气体。而要想抵消这些碳排放却非常难。
比如说一个普通的三口之家一年的碳排放约11.59吨。而要抵消1吨的二氧化碳,需要在中国西南山地种植9株冷杉,并让其保持生长期30年。如果用植树木来抵减的话,至少需要种植110棵树,才能在未来30年逐渐将这一家一年中的碳排放归零。
保护环境=保护自己。老师们,同学们,崇尚低碳生活吧!
比如:少买不必要的衣服、内衣坚持手洗、洗澡用水及时关闭、减少粮食浪费、少喝一瓶饮料、少乘一次电梯、用布袋取代塑料袋、减少使用一次性筷子、饭盒、夏天空调开27度、冬天空调开18度、出门随手关灯、切断所有电器电源、选用节能电器、少开车、少打车、多坐公交车或地铁、选购小排量汽车、不用电脑时以待机代替屏幕保护、调低屏幕亮度、纸张双面打英复印,用手帕代替纸巾等等这些小小的举动都是在节能减排。
瑞士是世界上最富裕的国家之一,汽车普及率极广。20多年前,瑞士政府就鼓励民众使用公共交通工具,以减少汽车尾气所造成的空气污染。如今,被誉为“绿色交通工具”的有轨电车已经成为瑞士街头一道独特的风景线。此外,瑞士还拥有9条总长3300公里的自行车道。平时即使遇上红灯或是短暂的堵车,驾驶者一般也会熄火以减少汽车尾气排放。
二氧化碳(CO2)是大气中的主要温室气体,现在通常被认为是导致全球气候变暖、洪水、严重的热带风暴、沙漠化和热带地区扩大等生态问题的重要因素之一。
大气中的二氧化碳主要是由燃烧煤和化石燃料产生的,这让石油化工的生产运营不得不面临严峻的生态环保考验。
封存二氧化碳
目前降低二氧化碳的方法包括能源的合理使用,使用煤和石化燃料的替代品,通过热带雨林或农场等陆地封存,以及海洋处置、矿物封存、地质封存等。其中,减少二氧化碳排放最有效的方式是节能,其次是使用新能源,如天然气、风能、太阳能和核能等,减少化石能源的使用,此外还应发展二氧化碳收集、封存及再利用等技术。
二氧化碳地质封存是将二氧化碳注入地下并长期封存于1000~3000米深的地层中,用地层的孔隙空间储存二氧化碳,还可分为咸水层封存、枯竭油田和气田封存。全球都可能存在适合二氧化碳封存的沉积盆地,包括沿海地区。
二氧化碳从封存的地点泄漏到大气中,有可能引发显著的气候变化。因此要求封存用的地层之上必须有透水层作为盖层,以封存注入的二氧化碳,防止泄漏。但二氧化碳同样不可以泄漏到地层深处,否则也会给人类、生态系统和地下水造成灾害。此外,对地质封存二氧化碳效果进行的测试发现,注入地层深处的二氧化碳对贮藏带的矿物质有一定影响。
利用二氧化碳
对全球变暖而言,二氧化碳是场灾难;但对石油开采而言,二氧化碳或许就是一个利器。
在油田开采最初,一部分石油在巨大的压力下,可以自己喷射出来,但是慢慢的,有些岩层孔隙中的石油就失去了自喷能力。后来科学家们相继发明了注水驱油、化学驱油、蒸汽驱油等采油技术。而在这其中,利用二氧化碳开采石油,不仅能把孔隙中的石油开采出来,同时还能把二氧化碳埋存在地下,可以说是一举两得。
这归结于二氧化碳的化学特性。二氧化碳是一种在油和水中溶解度都很高的气体,当它大量溶解于原油中时,可以使原油体积膨胀、黏度下降(黏度降低30%~ 80%),还可以降低油水间的界面张力、改变原油密度,有助于在储层形成较有利的原油流动条件,有利于原油中轻质馏分的汽化和抽取。
纯度在90%以上的二氧化碳即可用于提高采油率。在石油采钻业中,通常的做法是用钻孔机将二氧化碳注入地层,二氧化碳在地层内溶于石油。一般可提高原油采收率7%~ 15%,延长油井生产寿命15~20年。所用二氧化碳可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收,既可实现温室气体的减排,又可达到增产油气的目的。
与其他驱油技术相比,二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。据国际能源机构评估,全世界适合二氧化碳驱油开发的资源约为3000一6000亿桶。
目前,世界上大部分油田仍采用注水开发,面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。近年来,国内外大力开展的二氧化碳驱油提高采收率(EOR)技术的研发和应用,不仅能满足油田开发的需求,还可以解决二氧化碳的封存问题,保护大气环境。
挑剔的二氧化碳
开采和封存石油时,用的二氧化碳并不是气体,而是一种介于气体和液体之间的状态,这样可以封存尽可能多的二氧化碳。但因为有的油田因条件所限,可能会使用二氧化碳和水交替注入的方式采油。
二氧化碳驱提高石油采收率方法适用于油田开发晚期,通过co,一EOR技术(混相驱),原油采收率比注水方法约提高30%-40%;对于重质油藏,非混相驱技术一次开采采收率可达原始地质储量的20%以上。根据油田地质和沉积类型的不同以及认识程度的差异,其增产幅度可以提高到25%一100%。我国低渗透和稠油资源非常丰富,在这些油藏中利用二氧化碳提高采收率的潜力巨大
由于经济和技术原因,不是所有的储层都适合于co。-EOR混相驱油,具体油田进行二氧化碳驱提高石油采收率需要与当地条件进行紧密结合。
二氧化碳驱提高石油采收率实施的储层地质条件为:储层的深度范围在1000-3000米范围内;致密和高渗透率储层;原油黏度为低或中等级别;储层为砂岩或碳酸盐岩。目前,较成功的CO2-EOR技术是在距地面800米或更深的地方,地热梯度为25一35℃/km,压力梯度为10.5MPa/km,分离的二氧化碳将处于超临界状态,它的深度变化范围为440-740kg/m3。
前景广阔的ccus
近年来,我国在ccs(CarbonCapture and Storage,碳捕获与封存)的研究上做了很多的工作,包括“973计划”、“863计划”在内的国家重大课题都对ccs的研究进行了立项,并取得了重大进展。一些企业还在实践上进行了尝试。2008年7月16日中国首个燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程——华能北京热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产,并成功捕集出纯度为9999%的二氧化碳。
ccus(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕获、利用与封存)技术是ccs技术新的发展趋势,即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯,继而投入到新的生产过程中,可以循环再利用,而不是简单地封存。与ccs相比,ccus将二氧化碳资源化,能产生经济效益,更具有现实操作性。
二氧化碳的资源化利用技术有合成高纯一氧化碳、烟丝膨化、超临界二氧化碳萃取、食品保鲜和储存、焊接保护气、灭火器、合成可降解塑料、培养海藻、油田驱油等。其中合成可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。胜利油田电厂已启动ccus的示范项目。
胜利油田胜利发电厂是燃煤电厂,每年排放二氧化碳415万吨。从1998年底开始,胜利油田便展开二氧化碳捕集研究。2010年,“胜利燃煤电厂烟气二氧化碳捕集纯化工程”正式开工建设。2012年,大规模燃煤电厂烟气二氧化碳捕集、驱油及封存技术开发及应用示范项目启动。在实际应用中,二氧化碳被注入地下后,约有50%-60%被永久封存于地下,剩余的40%-50%则随着油田伴生气返回地面,通过原油伴生气二氧化碳捕集纯化,可将伴生气中的二氧化碳回收,就地回注驱油,进一步降低了二氧化碳驱油成本。而电厂烟气捕集所得的二氧化碳在注入地下后,可有效实现碳封存。
沉积盆地是可以封存二氧化碳的地质构造,国内适宜进行石油勘探的沉积盆地总面积约为550 x 10-4平方公里。东部火力发电厂较为集中,油气田为数甚多,是国内实施二氧化碳地质封存的有利条件。可以预测,随着技术的发展和应用范围的扩大,二氧化碳将成为中国改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。
2014年l2月,美国《油气杂志》最新的炼油厂调查报告。报告指出,2014年全球炼油产能低于2013年,这是自2012年达到历史新高以来全球产能的连续第二年的下降。
《油气杂志》的调查数据显示,2014年全球炼油总产能稍低于8800万桶/天,炼油厂数减少七座,能力减少7万桶/天,主要集中存西欧美和北美。
在2014年的调查中,只有一座新炼油厂在2014年投产。它就是印度石油股份有限公司(IOC)在印度东北部海岸帕拉迪布(Paradip)其拖延已久的30万桶/天全转化型炼油厂,该厂2014年8月投入调试,12月投入开工准备,将于2015年3月下旬或4月初正式投产,配置处理重质和高含硫原油,生产欧S标准的燃料。
Abstract: The climate system is an important part of the ecosystem, and it is also human survival environment. However, with the economic development, particularly the unrestricted emissions of greenhouse gases caused by the extensive use of ore energy, resulted in global warming.
关键词: 气候变化;温室气体;二氧化碳
Key words: climate change;greenhouse gas;carbon dioxide
中图分类号:P467文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)15-0007-0
0引言
气候变化是指气候平均状态和离差(距平)两者中任意一者或者同时出现了统计意义上的显著变化。离差值增大意味着气候状态越来越不稳定,气候变化的敏感性也在增大。由大气圈、冰雪圈、生物圈、水圈、岩石圈(陆地)组成的气候系统的变化会造成气候的变化。影响气候系统变化的因素,大体上来讲可以分为两类,一类是自然的气候波动,另一类是人类活动的影响。包括太阳辐射、火山爆发、地球运转轨道和固体地球的变化等等在内的变化属于前者的范畴,而后者包括人类燃烧化石燃料、毁林以及其它工农业活动引起的大气中温室气体浓度的增加、硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化等等。大气中的一些气体如水汽、臭氧、二氧化碳等,它们可以通过太阳的短波辐射,使地表温度升高,同时,它们会阻止地表向宇宙空间发射长波辐射,造成大气温度的上升。它们(以二氧化碳为代表)产生的效应与“温室”的作用相似,因此被称为温室相应,这些气体即是温室气体。
1全球气候变化的证据
2005年和1998年是1850年器测全球地表温度记录以来最暖的两年。近50年来,地表温度以每十年0.13[0.10至0.16℃]的趋势变暖,这几乎是近100年的两倍。。从1850至1899年到2001至2005年,气温升高总量为0.76[0.57至0.95]℃。对流层中下层温度的升高速率与地表温度记录类似,并在其各自的不确定性范围内相一致,这在很大程度上弥合了TAR中所指出的差异。
在陆、区域和洋盆尺度上,已经从北极的温度和冰、大范围的降水量、海水盐度、风场等方面发现气候的长期变化较为明显,目前已观测到的极端天气方面的变化,包括干旱、强降水、热浪和热带气旋强度等。近100年来,北极平均温度的增高速率几乎是全球的两倍。
有数据显示,在南北半球,近20年来陆地的增温速率0.27°C/10年和0.13°C/10年,可见陆地温度增温明显快于海洋。近30年来,全球出现大范围的增温,而出现在北半球高纬地区的增温幅度最大,北半球的冬季和春季是最大增温期。
北极年平均海冰面积以每十年2.7%[2.1至3.3%]的速率退缩(可通过1978年以来的卫星资料发现),而到了夏季会以每十年7.4%[5.0至9.8%]的速率大幅度退缩。北方冻土层顶部温度自上世纪80年代以来出现普遍上升的现象(高达3℃),而北半球季节冻土的最大面积自自1900年以来减少了了约7%,春季减少高达15%,南北半球的中纬度西风带西风自上世纪60年代以后,也在加强。
高强度、持续时间长的干旱自上世纪70年代以来出现在更大范围的地区,特别是在热带和副热带。干旱的变化与变干增加有关(温度升高和降水减少等),而海表温度(SST)、风场的变化、积雪减少等都会引起干旱的发生。自20世纪下半叶以来,热浪一直在持续增长。极为典型的就是发生在2003年夏季的欧洲中西部创记录的热浪,当时的温度水是自1780年开始拥有器测记录以来最暖的(比先前最暖的1807年高1.4°C)[1-2]。
2气候变化的机理
观测到的20世纪中叶以来大部分的全球平均温度的升高,很可能是由于观测到人为温室气体浓度增加所导致的。这是一个进步,因为TAR的结论是:最近50年观测到的大部分变暖可能是由于温室气体浓度的增加。当前大气CO2和CH4的浓度远超过根据追溯到65万年前极地冰芯大气成分记录得到的工业化前数值。有多种证据证实这些气体在工业化后的增加不能归结为自然机制。
工业化时期以来大气二氧化碳浓度的增加,主要源于化石燃料的使用,土地利用变化是另一个显著的贡献,但相对要小。化石燃料燃烧所导致的二氧化碳年排放量,从20世纪90年代的平均每年64[60至68]亿吨碳(235[220至250]亿吨二氧化碳),增加到2000至2005年间的每年72[69至75]亿吨碳(264[253至275]亿吨二氧化碳)。与土地利用变化相关的二氧化碳排放量,在20世纪90年代估算值为每年16[5至27]亿吨碳(59[18至99]亿吨二氧化碳),尽管这些估算值具有很大的不确定性。许多模式结果表明,要使二氧化碳稳定在450ppm的水平,需要将21世纪的累积排放从6700[6300至7100]亿吨碳(合24600[23100至26000]亿吨二氧化碳),减少到约4900[3750至6000]亿吨碳(合18000[13700至22000]亿吨二氧化碳)。类似地,要使二氧化碳稳定在1000ppm的水平,这种反馈需要将累积排放从14150[13400至14900]亿吨碳(合51900[49100至54600]亿吨二氧化碳)减少到约11000[9800至12500]亿吨碳(合40300[35900至45800]亿吨二氧化碳)。
2005年大气甲烷浓度值已远远超出了根据冰芯记录得到的65万年以来浓度的自然变化范围(320至790ppb)。自20世纪90年代以来,其增长速率已下降,这与此期间内甲烷总排放量(人为与自然排放源的总和)几乎趋于稳定相一致。观测到的甲烷浓度的增加很可能源于人类活动,主要是农业和化石燃料的使用,二氧化碳、甲烷和氧化亚氮增加所产生的辐射强迫总和为+2.30[+2.07至+2.53]瓦/平方米,工业化时代的辐射强迫增长率很可能在过去一万多年里是空前的,二氧化碳的辐射强迫在1995至2005年间增长了20%,至少在近200年中,它是其间任何一个十年的最大变化。
3未来气候变化预估
通过模式实验可以发现,因为海洋响应缓慢,即使所有辐射强迫因子都控制在2000年水平,未来的20年仍会有变暖趋势(以每十年约0.1℃的速率)。如果排放处于SRES(the IPCC Special Report on Emission Scenarios (2000))各情景范围之内,则会以每十年0.2℃的速率变暖。对降水分布预估结果的认识自TAR以来,正在逐渐提高。高纬地区的降水量很可能增多,而多数副热带大陆地区的降水量可能减少基于目前模式的模拟,21世纪大西洋经向翻转环流(MOC)将很可能减缓。热事件、热浪和强降水事件的发生频率很可能将会持续上升。预估结果还显示温带地区的风暴路径会向极地方向移动,引起风、降水和温度场的相应变化,延续了近半个世纪以来所观测到的总体分布型的变化趋势。
参考文献:
[1]何其多.西南旱灾的原因分析[J].价值工程,2011,2:304-306.