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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。
2013年5月9日,美国夏威夷的莫纳罗亚气象站公布,大气中二氧化碳的浓度为400.03ppm,已经超过了400这一阈值。同时,美国斯克里普斯海洋研究所的数据也达到了399.73ppm,仅比400ppm略低。在随后的几天里,世界气象组织全球大气监测网的多个监测站也都证实了这一数值。
夏威夷的莫纳罗亚气象站,是全世界历史最悠久的大气测量站,被广泛认为是全球大气监测网中的一个标杆性站点。该站自1958年就开始持续监测大气中的二氧化碳浓度,当时的二氧化碳浓度是315ppm。这就意味着,二氧化碳浓度在以每年约1.5ppm的速度上升。
实际上,这些数据并不能表明全球年平均二氧化碳的浓度。因为每年5月,二氧化碳排放会因为植质腐败而达到最大值。位于南半球的监测站测量出的数据就全部没有超过400ppm——大部分的植物都生长在北半球。
根据美国国家海洋和大气管理局的统计数据,这是二氧化碳浓度在人类历史上首次突破400ppm大关,上一次超过这一数值至少在300万年前——当时北极地区冰雪消融,撒哈拉大沙漠还是广袤的草原,海平面比今天高出40米。
二氧化碳浓度超过400ppm,这意味着什么?拉尔夫·基宁教授继承父亲1958年以来的工作,一直主持着夏威夷莫纳罗亚气象站的测量工作,他说:“400ppm是一个具有‘里程碑意义’的重要事件,我们需要考虑一下,现在是什么情况了,以后应该怎么样发展。这就像是人到中老年,必须时刻对自己的身体加以注意。”
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)早前的报告指出:到本世纪末,人类需要将大气温室气体的浓度水平控制在400ppm以内,才有三分之一的几率将增温控制在2℃以内。对于400ppm,委员会主席拉金德拉·帕乔里说:“越过这个界限是对我们的重大提示,告诉了我们大气中的温室气体浓度增加得有多快。我们只能期望这个数字可以让人们意识到气候可能会发生变化了,并一起来探讨应当怎样应对挑战。”
遗憾的是,世界上大多数国家对此并没产生足够的重视。各国达成的共识仅仅是把已经上升了1℃的全球变暖界限再次提升了2℃。2015年,将在巴黎召开联合国气象峰会,想要各国控制排放,这是达成一个有约束力的国际公约的最后期限。
英国能源和气候变化大臣爱德华·戴维称:“400ppm不仅仅是一个象征性的界限,还是人类活动对地球产生影响的又一个清晰的科学证据。我已经清楚地表示,我不会放松在2015年达成有约束力的协议,以避免最糟糕的气候变化后果的努力。”
对于二氧化碳浓度突破400 ppm大关的事实,长期从事大气变化研究的科学家虽然满怀忧虑,但并不感到特别惊讶。大多数的科学家最忧虑的还不是400这一数字,他们更为担心的是:现在二氧化碳不断快速累积,而且丝毫不见减速甚至稳定的趋势。美国国家海洋和大气管理局称:目前二氧化碳增加的速度,是地球上一次冰川时期结束时的100倍。照此速度发展下去,如果按照目前的增加速度继续,那么全球年平均二氧化碳浓度预计将在2015或2016年突破400,到了2050年,这个数值将会超过450。
美国地球科学与观测中心主任瓦利德·阿布德拉蒂的观点很具有代表性,他说,400ppm本身也许并不意味着什么,但二氧化碳浓度似乎永不停止地提高才最让人感到恐惧。。
关键词 初中化学 实验课程教学
中图分类号:G633.8 文献标识码:A
1树立新的化学实验教学理念
传统的实验教学中,过分重视实验技能的训练,忽视实验的探究功能和培养学生科学素质方面的作用,只是通过实验,论证某个规律,使实验沦为知识灌输的附庸或点缀,因此实验教学也只是“把实验同教学捆绑在一起”,非常呆板地把实验目的、原理、器材、操作步骤和结果一一交代给学生,然后学生按部就班地动手“实验”,体会不到自己动手后发现问题并总结出一些实验结论的乐趣,这是“应试教育”模式下实验教学的“悲哀”。它挫伤了大多数学生学习的积极性,培养出来的人只能适应社会继承,不能适应社会发展。
2关注化学实验的过程
化学实验的目的,不仅在于获得所谓的“正确”实验 结果,更重要的是使学生经历和体验获得实验结果的探索过程。只有亲身经历了这样的过程,学生才能对什么是科学,什么是科学实验有较为深刻的理解,才能在这样的过程中受到科学过程和科学方法的训练,形成科学的态度、情感和价值观。不重视过程的实验等于把生动活泼的化学现象变成了静止的某个预期的“结论”,何况这个“结论”学生从教师的演示实验和书本上早已知道,引不起学生的积极思维,没有发现的快乐,感受不到科学的魅力。同时由于结论和书本所述的或理论所推测所预期的完全一致,教师无须为解释或探讨学生在实验过程中所发现的或未曾预料的化学现象进行思考,因而失去了许多了解或理解化学的机会。
例如,二氧化碳的实验:(出示一瓶汽水)如果现在是炎热的夏天,你想喝这瓶汽水吗?(想)有的同学说现在也想喝,那么,今天哪位同学回答问题积极,下课后就会领到一瓶汽水。(哈哈哈!)好了,当我们打开汽水瓶盖时,你会看到什么现象呢?(有大量气泡冒出)那产生的气体是什么气体呢?(二氧化碳)你如何通过实验证明它是二氧化碳呢?
生:讲解并上台操作
引入:通过以上事实和实验,说明二氧化碳具有什么样的性质呢?二氧化碳还有那些性质呢?这节课我们就来研究二氧化碳的性质。
板书:课题3二氧化碳和一氧化碳
第一课时二氧化碳的性质。
师:(出示一瓶收集好的二氧化碳)这是一瓶已收集好的二氧化碳气体,请同学们观察瓶中的二氧化碳,并描述二氧化碳具有什么样的物理性质。
生:无色无味的气体。
师:根据二氧化碳在桌面上的放置情况,请同学们猜想二氧化碳还具有什么样的性质?
生:二氧化碳的密度比空气大。
师:如何证明二氧化碳的密度大于空气呢?
生:讨论
实验探究一:二氧化碳的密度大与空气。
演示实验:将二氧化碳倒入放有蜡烛的烧杯中,观察现象。
师:那还有哪些事实或实验能说明二氧化碳的密度大与空气?
生:(1)同体积气球充入二氧化碳比充入空气下沉的快。
(2)收集满的二氧化碳的集气瓶要正放在桌上。
(3)二氧化碳可用来灭火。
(4)一个两端(均有纸筒)平衡的天平,往一端纸筒中倾倒二氧化碳,天平向倒入二氧化碳的纸筒一端倾斜。
(5)倾倒二氧化碳。
3实验的设计意图
教师要组织营造出民主、宽松的化学实验教学氛围,在活动中让学生充分表达自己的观点、展现自己的方案,还可以相互讨论、辩论;教师也参与其中,适时给予鼓励和支持,及时指出和分析不足之处。这样的探究更能加深学生学习的深刻印象,激励他们的进取精神。
4实验与生活实际紧密联系
化学知识应用于实践,是化学实验教学的最终目的。知识的应用不仅是学习教材要求做的实验,而且更重要的是紧密联系实际,解决日常生活中的一些实际问 题 。上教版新教材精心编排了许多如帮助人类战胜疾病与营养保健、解决人类的粮食危机、治理日趋严重的环境污染、开发新能源等当今世界关注的热点问题的有关探究实验。
5加强实验教学改革
但是,却有人提出反主流的不同意见,他们认为,全球变暖并非人类的责任,而是地球气候变化自有的历史规律。
不同的声音
在联合国政府间气候变化专业委员会提出人类行为对地球变暖负有主要责任的观点之时,也有研究人员对全球变暖的因果关系以及全球变暖可能造成的后果提出了相反的看法。
他们认为,全球变暖是不可阻挡的,而且是一种每隔一定时期就会出现的周期现象。例如,美国麻省理工学院气候专家林森在演说中甚至批评全球变暖已经成为一种宗教,信仰者根本听不进不同意见。
加拿大的首位气候学博士蒂莫西也持有同样观点,认为地球变暖还得不到有力的科学数据的支撑。
英国研究人员詹姆斯・拉夫洛克则提出了盖亚理论,认为地球是一个生物学意义上的有机整体,并作为一个具有自我调节功能的系统而进化。最有力的证据之一是,自地球形成以来太阳光照增加了30%,可化学性质并不稳定的地球大气层仍然基本保持不变。
综合所有与主流学界不同意见的科学家的观点可以表示为:地球气候本身就存在周期性的变化。虽然自20世纪90年代以来北极冰盖持续缩小,但这可能是因为地球在向下一个冰期过渡所产生的自然现象。因为过去的研究发现,因太阳活动规律性变化导致过历史上4次冰期,而每一次的过渡期都存在升温现象,例如,17世纪地球经历了一次小冰期,19世纪末以来地球温度的上升不过是这次小冰期的结束。
而且,造成地球温度上升的因素很多,包括太阳的活动甚至宇宙射线的变化等,我们需要认清人类活动是否真的是全球变暖的罪魁祸首。有些科学家还认为,人类根本没有能力影响大自然的变化。2007年3月8日,英国广播公司还播出了纪录片《全球变暖大骗局》,通过对多名气象学家的采访,认为地球变暖并非人类活动所致,太阳活动才有可能是全球变暖的主要原因。
最近,美国S・弗雷德・辛格和丹尼斯・T・艾沃利的新著《全球变暖――毫无由来的恐慌》把上述研究人员否定全球变暖是人为因素的观点系统化、全面化,甚至理论化了。那么,这些非主流观点的证据何在?
1500年的周期和太阳活动
否定全球变暖以及全球变暖是人类造成的重要证据有很多,包括地球的气候变化规律和太阳活动。
有证据表明,人类排放的二氧化碳在全球变暖的过程中只不过是一个次要角色,如果追溯有100万年气候变化的历史进程就会发现,温和、适度的全球变暖只是1500年(加减500年)气候周期中自然变化的一部分。这个结论来自1984,年丹麦的威利・丹斯加德教授与瑞士的汉斯・奥斯切格教授的研究。
由于发现了地球气候变化的1500年周期,丹斯加德、奥斯切格和法国极地技术研究所负责人克劳德・洛里斯三人共同获得1996年的泰勒环境成就奖(国际环境科学的最高奖)。正是这三名科学家的发现为政府及公众科学认识现代气候变暖提供了证据支持,从而避免了不必要的恐慌。
根据这个发现,无论二氧化碳的浓度是偏高还是偏低,气候变化总是粗略地按着时间表周期性地出现。而根据1500年周期,在过去150年,地球进入了一个温和的气候温暖期,而且这一温暖期将持续几百年时间。所以,现在人类面临的地球变暖是一种正常的周期现象。正因如此,难道担忧地球变暖我们就得放弃使用化肥、汽车和空调吗?难道担心全球变暖,就得放弃在20世纪已经取得的先进科学技术吗?而这些科学技术曾使人类的寿命整整延长了30年。
当然,与1500年周期相关的证据是太阳活动影响气候,如太阳黑子的辐射。古海洋学家杰勒德・邦德在2001年11月16日的美国《科学》杂志发表的一份报告阐明,在过去的1.2万年里,北大西洋北部气候随着太阳活动的消长已经发生了9次冷暖更替。一些科学家认为,杰勒德・邦德等人的数据十分充分且令人信服地解释了这样的假说:从上一个冰河时代以来,包括17世纪的小冰期,太阳活动主导着地球大约1500年的气候波动周期。
反驳温室故应理论
按照非主流科研人员的观点,全球变暖不仅与人类无关,而且全球变暖与人类活动有关的温室效应理论也漏洞百出。
例如,根据温室效应理论,地球大气中二氧化碳浓度的升高将吸收更多的地球自身的热辐射,致使底层大气气温变暖,并最终导致地球表面气温上升。但是,自1940年以来,尽管人类活动排放了大量的温室气体,地球的气温也只是稍微地变暖。所以,这提示,人类活动产生的温室效应必定是非常小的,以至于它几乎威胁不到地球或人类。主要的事实还来自于下面一些研究。
地球卫星和高空气球气象数据证实,在低层大气并没有因为二氧化碳浓度的增加而获得额外的热量。人们很难知道高度易变的地球表面的变暖到底有多快,但它变暖确实比二氧化碳聚集区的低层大气要来得快。这是一个非常有力的证据,表明二氧化碳并非导致气候变化的首要气候变化因素。
同时,南极冰芯还告诉人们,地球的气温与二氧化碳水平的关系可追溯到过去的3个冰期和全球暖期。然而,二氧化碳一直是一个滞后的气候指示器。在其浓度上升了800年后,气温才会变暖。这个证据也有力证明,二氧化碳并不是最近气候变暖的驱动力。
的确,原苏联的南极东方站分析了分离出的百年冰芯材料,证明气温与二氧化碳浓度有很大关系,即二氧化碳浓度上升,气温也上升,反之亦然。因此,美国前副总统戈尔等人都据此预测到一个十分温和的未来,因为大多数科学家认为二氧化碳将持续上升一段时期。但是情况并非如此简单。
对苏联东方站数据进行更短时间(10而非数百年)的分析却发现了另一种情况。来自克里普斯海洋学研究所的体伯图斯・费舍尔和他的研究小组在1999年第283期的美国《科学》杂志上报道说,二氧化碳浓度的增加滞后于气温变化的时间为400~1000年。换句话说,二氧化碳变化与气温升高之间的因果关系应该颠倒过来,是由于气温变化引起了二氧化碳升高,而非二氧化碳升高引起气候变暖。
费舍尔的研究小组还证明,当海洋和大气变暖时,海洋便释放出更多的二氧化碳,这会促使陆地上更多的树木和植物生长。树木和植物吸收了二氧化碳,便将它纳入更多和更大的根系和树干,以及在茂密的草原下吸收更多的土壤碳。
关键词:低碳 持续发展 气候变化
人类改造和利用自然的能力不断增强,破坏自然,干扰气候的行为也如影随形,造成大气,水,生物等各要素的不协调,推动着气候向既不利于自然,又不利于人类,甚至威胁到人类自身的生存和安全的方向变化。
1.气候变暖情况概述
1.1温度的不断升高
关于气候变化的数据是由仪器观测得到的,因此,从数据中去了解气候变化的事实是最为直观而且准确的。根据2001年IPCC(政府间气候变化专门委员会)在第三次气候评估报告中指出,自从1901—2000年之间全球气候上升0.6度左右,而IPCC在2007年度的第四次气候评估报告中指出,在近100年的全球气候变化中,它指出从1906—2005年全球气候温度上升0.74度左右。相比较第三次评估报告要高出很多,这说明全球气候变化不仅仅是升高,而且是趋势在加快。
1.2冰川在消融,海平面不断上升
全球温度的不断升高,不可避免的造成了冰川的不断消融和海平面的上升。有观测表明,南北半球的山地冰川和积雪总体上都已经或正在退缩。
冻土地深受气候变暖之害。从20世纪80年代以后,北极地区多年冻土层的顶部,温度普遍上升了3摄氏度左右。
1.3各种极端天气
各种极端天气不断变化,例如,热带风暴,飓风的不断出现,旱涝并存的情况不断发生。
1.4大气成分的不断变化
全球变暖的事实已经毋庸置疑,在全球各地以各种形式呈现出来,而造成这种现象的重要原因之一是因为大气中温室气体浓度的上升。温室气体与温室效应是全球气候变暖的原因。“温室气体”它是指大气中由自然或认为产生的能够吸收和释放地球表面、大气和云射出的热红外线辐射谱段特定波长辐射的气体成分,其特性导致的温室效应,即将热量捕获在地面—对流层系统内,从而保持地面温度。如果大气中温室气体含量过多,则会使温室效应增强,地表温度升高。水(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。
2.发展一些低碳,环保的新技术
对今后全球气候变化的多种可能性,科学家们投入了许多的精力进行研究。虽然还是存在很大程度的不确定性,但有一点是可以肯定的,就是人类的生活将因巨大的气候变化受到不利影响。而面对未来,人类应该从哪些方面努力,才能积极地应对全球气候变化呢?
2.1更为高效的燃料利于技术
高效的燃料利于技术贯穿了化石燃料从开采、加工、炼制、运输、配送到最终使用全过程中的各个环节。比如说:化石燃料加工炼制工艺的改进,生产过程中的热能回收,使用过程中的最清洁化燃烧,废渣废气的2次利用等等。都可以提高燃料的利用率。在短期内人类生产、生活还不能离开化石燃料的情况下,这样做能够将温室气体的排放维持在最低的水平,延缓全球变暖的速度。
2.2更为广泛的新能源技术
在未来全球气候行动中,新能源技术是最具发展前途的。我们现在所说的新能源一般都是指清洁的可利用的能源,它们既可以代替化石燃料为人类提供能量,又不会排放或少排放温室气体,而且很多能源都拥有成本低廉,取之不尽的优点,经济效益与环保效益并收,完全符合未来能源的发展趋势。
2.3更具潜力的碳汇技术
虽然通过植树造林来吸收二氧化碳,已经不是新方法了,但是在未来,森林碳汇极具发展潜力,比如说:改进树种和植被分布以增强固碳,改进对林地和耕地的管理,结合其他遥感技术监测植被、土壤的固碳能力等等。
2.4更为科学的碳捕获和封存技术
所谓就是指以捕获并安全存储二氧化碳的方式来取代直接向大气中排放二氧化碳的技术。早在20世纪80年代开始,到进入21世纪以后因气候变暖形势的日益严峻而备受关注。
目前,已经在研发的一些碳捕获和封存技术包括:将化学工厂,火力发电厂等排放的二氧化碳进行捕获和分离,然后将其注入到海洋或是深地质结构层中去,向海洋投放微量营养素(如铁),和常量营养素(如氮和磷)增加海洋对二氧化碳的吸收和存储,此举还能帮助海洋增肥,提高渔业产量,带来额外的效益。另外,利用化学和生物技术也能够将二氧化碳有效的保存,比如:可以利用二氧化碳来生产硫酸镁或二氧化碳包合物。
3.企业可利用节能减排来改善生产
随着科学技术的不断进步,企业在执行节能减排措施时,前期投入大幅度减少,由此看来,企业还能从节能,减排中获得更多的资源和环境容量,降低经营成本,形成经济发展的与环境保护的良性循环,创造更好的经济收益。
总之, 全球气候变化会导致全球能源和资源消耗需求的大幅增加,气候变暖会增加人类对避暑降温设施设备的需求,变暖会增加对防寒设备的需求。而满足这些需求必须有充足的能源,资源供应作为强有力的支撑。
随着世界工业经济的发展、人口的剧增、人类欲望的无限上升和生产生活方式的无节制,世界气候面临越来越严重的问题,二氧化碳排放量愈来愈大,地球臭氧层正遭受前所未有的危机,全球灾难性气候变化屡屡出现,已经严重危害到人类的生存环境和健康安全,即使人类曾经引以为豪的高速增长或膨胀的GDP也因为环境污染、气候变化而“大打折扣”(也因此,各国曾呼唤“绿色GDP”的发展模式和统计方式)。
二氧化碳会使温室效应加剧,因此算作大气污染物之一。但在通常条件下空气质量预报中不报二氧化碳的浓度。此外,当空气中二氧化碳的浓度超过50%的时候会引起窒息,所以应当避免到二氧化碳浓度过高的地方去(例如储藏蔬菜的地窖),在去这些地方前要先通风。
我国政府对全世界公开承诺量化减排指标,决定到2020年温室气体排放比2005年下降40%-45%。在应对全球气候变暖和能源危机的跋涉中,以低能耗、低污染、低排放为标志的低碳经济时代已如约而至,正在深刻地改变着我们的生活。
参考文献:
从享用贝类海鲜话说“海洋碳汇”
“如果你酷爱食用贝类海鲜,那么在享受美食的同时,你可能正在为低碳事业做出贡献。”2011年在沪举行的“低碳之道”环保沙龙上,有专家告诉公众:在海洋生物大家族中,贝类、藻类看来不起眼,其实它们是拥有强大“捕碳、固碳”能力的“高手”。
覆盖地球表面71%面积的海洋,是大量吸收人类活动排放的二氧化碳、减缓气候变暖的头等“功臣”。人类燃烧矿物燃料向大气每年排放百亿吨的碳,其中约三分之一被海洋吸收,陆地生态系统仅吸收约五分之一。海洋中浮游生物、海藻、贝类、海草、盐沼植物和红树林等生物碳捕获、碳汇集的数量超过陆地生物。有数据显示,地球上生物约55%的碳捕获是由海洋生物完成的。单位面积海域中生物固碳量是森林的10倍,是草原的290倍。
人工大规模养殖贝类、藻类,明显有利于浅海区域的碳捕获。尤其是贝类,其吸收的碳有相当一部分被固化在贝壳里,很长时间内不会重新回到大气中。收获一批贝类后,还可以继续养殖新一批贝类,继续“吸碳”,从而减少大气中的碳总量。1999年到2008年间,通过收获养殖贝类,我国每年从近海移出的碳量为70万到99万吨,其中67万吨碳以贝壳的形式长期封存。 据此,有专家认为海洋能够成为一个巨大的固碳容器,通过发展水产养殖和渔业生产促进海洋生物吸收海水中的二氧化碳,发展“碳汇渔业”。
“蓝碳”美景面临碳排放带来的双重困境
“海洋碳汇”,其实就是国际科学界所称的“蓝色碳汇”或“蓝碳”——蓝色大海中的碳捕获和碳储存。然而,人们向往的“蓝碳”美景近年来遭遇碳排放过度带来海洋生态退化的双重困境。
第一重困境是海洋酸化日趋严重,海洋生物深受威胁。
最近,国际海洋现状计划和国际自然保护联合会的报告令人震惊:由人类燃烧矿物燃料每年释放的二氧化碳约达300亿吨,这至少是大约5500万年前地球上一次大规模物种灭绝之前的碳排放速度的10倍。海洋作为天然的二氧化碳储存库,其容量是有限的,而且吸收的二氧化碳与海水反应后会形成碳酸,使本来偏碱性的海水不断酸化。科学家测算,至2012年海水的酸度已经比工业化初期的1800年提高了30%,并且现在仍以每小时约100万吨的速度吸收着。如果过量碳排放趋势延续下去,预计到本世纪末海水酸度将比1800年高150%。该报告警示,目前海洋酸化程度至少是3亿年以来绝无仅有的。海洋酸化使海水中碳酸钙含量不断降低,而碳酸钙则是贝类、甲壳类海洋生物吸收用以生长外壳、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以钙元素为主的贝壳面临着巨大威胁。五年多前,英国南极考察队就发现南冰洋部分海域中贝类生物出现贝壳溶解现象。珊瑚在酸化海水中不但难以生长,而且易遭溶解。目前世界20%的珊瑚礁已被严重破坏。海水酸化已干扰了海洋甲壳类磷虾卵孵化的能力。
近期国外海洋生物学家测试高浓度二氧化碳海水中珊瑚礁鱼类行为,发现它们的中枢神经系统出现严重混乱,听觉和嗅觉变差,躲避天敌的能力变弱。诸如小丑鱼和少女鱼的幼鱼嗅觉下降,很难找到珊瑚礁或闻到天敌的气味。听觉变弱的鱼极易成为天敌的口中美餐。科学家还发现在酸度高的海洋环境中,乌贼的孵化速度变慢。尚未完成孵化的小乌贼没有任何防御能力,易被天敌吃掉。即使它们完成孵化后,体型比在正常海水中生活的乌贼小,易受捕食者伤害。
第二重困境是海水含氧量下降,“海域死区”猛增。
海洋作为减缓全球气候变暖步伐的头等“功臣”,还在于它吸收了90%以上因温室气体排放而困于地表的热量。但这一功劳的代价却是随着海洋上层水温升高,海水溶氧量降低。鱼类在升温的海洋中代谢率会加快,需求更多的氧。而升温的海水中含氧减少,影响鱼类生长。加拿大海洋研究团队考察了世界各海域600多种鱼类生长和分布状况,发现不少鱼类体型缩小与海水温度上升存在密切关系。他们用计算机模型预测,如温度持续上升,到2050年鱼类体型将缩小14%~24%。英国科学家发现,由于水比空气的含氧量低,在同等升温状况下,相比陆地动物,海洋动物更难获得充足的氧气。科学家比较了不同温度条件下百余种陆地动物和海洋动物成年体,发现每升高1摄氏度,海洋动物体型缩小5%,而陆地动物体型仅缩小0.5%,两者缩小比率相差10倍。
近年来,海藻成为人们心目中“海洋碳汇”的理想主角之一。不错,海藻在生长过程中会通过光合作用吸收二氧化碳放出氧气,将太阳能转化为化学能,以碳水化合物和油脂形态储存起来,成为可供开发的生物质能。如海藻纤维素可制成乙醇燃料,海藻油可以提炼成生物柴油。然而,凡事都有个限度。二氧化碳排放增量过度,海温升高过快,促使海藻大量疯狂生长和繁殖,尔后又不断死亡,沉入海底并腐败,成为海底泥潭中细菌丰富的食物来源。细菌在分解这些海藻时会大量消耗水中的氧气。而海藻生长中产生的氧气比细菌消耗的氧气少得多。再因气候变暖加剧暴雨洪涝灾害,更多的农田肥料被冲刷入海中,促使浮游生物大量生长,进而引发海底细菌分解浮游生物腐败物,大量消耗水中氧气。海水含氧量减少使鱼类等海洋生物无法生存,形成“海洋死区”。据联合国环境规划署的海洋调查报告,最近十年全球海洋中这样的“死区”面积翻了一番,死区数量超过400个。
“蓝碳”之外,碳汇出路何在
“蓝碳”困境逼促我们加快减碳、低碳的行动步伐。加紧改变我国能源消费结构的“高碳”状况是当务之急。目前我国使用矿物燃料占能源消费总量的90.9%,其中碳排放量最大的燃煤占68.5%(年耗煤36亿吨,远超过北美、欧洲和前苏联地区年耗煤总量的19.8亿吨),而同等热值比煤减排一半二氧化碳的天然气仅占4.7%。非矿物能源只占9.1%,其中核电为0.8%,水力发电为7.1%,太阳能、风能、生物质能等可再生清洁能源只有1.2%。我国政府承诺到2020年比2005年二氧化碳排放量下降40%~50%,非矿物能源上升到15%。然而,应看到非矿物能源中核电发展受核燃料供应、核安全等不确定因素制约,水电建设受干旱天气、流域生态破坏和移民困难的制约,积极开发太阳能、风能、生物质能等可再生清洁能源是大势所趋。令人忧虑的是,我国到2020年矿物能源比重仍占85%,如此比重的碳基燃料所排放的巨量二氧化碳如何处置?
你也许会说,扩大植树造林,发展“绿色碳汇”是解决“蓝碳”困境的好出路。不错,我国早已规划到2020年完成造林4000万公顷,而且鼓励生产矿物能源的大企业捐资数亿元营造“碳汇林”。然而,你别忽略除了海洋、森林两大“碳库”之外,还有第三大“碳库”——湿地。全球湿地面积有514万平方公里,虽然仅占地球表面的6%,却生存着地球上20%的物种。我国有记载的湿地植物达2760余种。湿地吸收碳的能力超过森林,碳储量约为770亿吨,占陆地生物圈碳元素的35%。保护和恢复湿地就是低成本实现“绿色碳汇”的途径。
“绿色碳汇”的更深意义在于让碳汇植物成为开发绿色新能源的原料库。上海张江高科技园区众伟生化科技公司在外省不宜种粮食的盐碱地、荒地种植纤维素含量高的麻类植物,既扩大了“绿色碳汇”,又可将麻类植物纤维素炼制成清洁的“生物汽油”——乙醇燃料。
无疑,火电厂和钢铁、水泥等制造业燃煤大量集中排放的二氧化碳,仅靠林地、湿地植物吸收是远远不够的。目前国内外正开展“碳捕获和储存”工程建设,将收集的二氧化碳输入采空的油气田、废弃的煤田地下封存。有趣的是,碳封存与油田二三次开采可以一举两得。当二氧化碳被200个大气压注入油田千米深处,原本黏稠厚重的石油迅速稀释、膨胀,纷纷从岩石孔隙中溢出,变得更易开采。美国共有70多座油田注入二氧化碳驱油,年封存二氧化碳达3000万吨,增产石油10%。我国先后有六七座油田尝试了这一技术,二氧化碳一次性最大封存量达11万吨。
碳汇出路不仅是碳捕集和和封存,更在于碳利用。藻类确实是生长最快、碳汇效率较高的植物,是炼制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前国外利用海藻捕碳、固碳的方法是,将工厂集中排出的二氧化碳废气与含养分的水混合,在透明的人造闭合水渠中,或在封闭的池塘等水体中养殖海藻。这比完全自然放养效率高,也避免了造成海水缺氧后果。
目前全球回收的二氧化碳约有40%用于生产化工产品,如作为能源的甲烷、甲醇,以及具有永久固碳性质的碳纤维、工程塑料、沥青、建材等。回收二氧化碳还可用于制冷和碳酸饮料生产。
过去的20年不仅是近百年来最热的时期,也是最近1000年最温暖的时期,而在21世纪结束前,地球平均气温还要上升5.8℃。气候变暖趋势使人们赖以生存的地球发生变化,从而引发严重的自然灾害,直接威胁到人类的生存。因此,地球变暖的原因一直是科学家争论的话题。
地热:另有惊天起因
2009年12月7日~L2月18日召开的哥本哈根会议上,发达国家和发展中国家争执不下,但是会场上却传出另外一种声音:所有的争执都没有意义,因为全球变暖的罪魁祸首根本不是二氧化碳。这种声音随着黑客窃取并公布英国权威气候专家的重要邮件内容,而更加使人关注起来。澳大利亚有些学者表示:“冰川不是从顶部融化的,而是从底部融化的,是因为来自地球内部的地热。这和气温和二氧化碳没有关系,整个模型都是错误的!”
那什么是地热呢?地球上火山喷出的熔岩温度高达1200℃~1300℃,天然温泉的温度大多在60℃以上,有的甚至高达100℃~140℃。这说明地球是一个庞大的热库,蕴藏着巨大的热能。那么地热是从何而来的呢?一般认为,是由于地球物质中所含的放射性元素衰变产生的热量。有人估计,在地球的历史上,地球内部由于放射性元素衰变而产生的热量,平均为每年21万亿亿焦耳。这是一种储量巨大又清洁的能源。1981年8月,在肯尼亚首都内罗毕召开了联合国新能源会议,据会议技术报告介绍,潜在资源总量为每年493亿吨标准煤,相当于现在全球能源消耗总量的45万倍。地下热能的总量约为地球所有煤矿的煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。
火山:热量加速冰层融化
专门负责英国政府南极考察事务的英国南极考察处在日前出版的新一期《地球科学》杂志上公布了一个惊人发现:2000多年前,南极冰层下曾有一次火山大爆发。这是人们首次在南极冰层下发现火山爆发的证据。
空中俯瞰白色的南极大陆,这里贮存着全球90%以上的淡水,但南极大陆下其实是“冰火两重天”,大陆西部大冰原靠近地壳裂缝,有迹象显示近年岩浆活动有上升趋势。
2004年~2005年间,英国南极考察处成员在空中使用雷达探测南极大陆,以了解冰层以下的地形。结果,他们在西部大冰原哈得逊山冰层下得到意外发现――块在雷达上呈现不规则反应的区域,面积约为2.3万平方千米。区域中心的冰层下,矗立着一座海拔约1000米的岩石山。研究人员认为,这就是那次喷发的“主角”。从冰层厚度判断,那一幕发生在距今大约2200年前,误差范围约为240年。
英国南极考察处成员、报告的主要作者哈格说:“南极冰层下的火山爆发本身就独一无二……我们认为这是南极过去1万年间最大的一次火山喷发。”此番冰下火山现身,让人们重新审视冰层融化的原因。英国南极考察处成员戴维说:“或许火山的热量也是冰层融化加速的原因之一。”但他强调,最主要的原因仍是全球变暖。
太阳:地球变暖的“元凶”
一些科学家认为地球变暖与太阳黑子的增加有关。科学研究发现,太阳黑子的增多或减少与地球冷暖有密切关系。在过去100年间,太阳黑子的数目增加,与此同时,全球气温持续上升。此外,科学家比较在格陵兰岛搜集的冰芯样本数据,发现新近样本含有超过1000年来最低的铍-10水平。铍-10是一种由宇宙射线产生的微粒,当来自太阳的磁能增加,地球大气层的铍10便会减少。有科学家认为,阳光较前猛烈,是引致最近全球气候改变的原因。
但另一些科学家认为:在地球形成的40多亿年来,太阳没有发生过明显的忽冷忽热变化,在未来的50亿年中,太阳也不会发生这种变化。太阳只存在着11年为一个周期的黑子变化,这种变化是强磁场产生的粒子辐射现象,虽然对地球的气候有周期性小波动影响,但决不会构成地球长期的大规模冷热变化。
人类:导致地球变暖的因素?
大多数科学家认为人为因素导致了地球变热。理由是近一个世纪以来,随着现代工业和运输业的迅猛发展,大量的煤炭、石油等化石燃料被燃烧,数以万吨的二氧化碳被释放到大气中去,严重干扰了大气中二氧化碳循环的动态平衡;另一方面,近年来乱砍滥伐森林现象日益加剧,使森林面积逐年减少,光合作用固定的二氧化碳的数量大幅度下降,结果使大气中的二氧化碳连年增加。由此地球产生温室效应而导致全球变热。
但持有不同意见的人认为:人为因素对整个地球来说微不足道,在没有任何人为因素的上万年前,大气中二氧化碳含量也具有与今天相同的量级,地球变热的原因不完全在人,也有自然因素存在。为提供有力依据,科学家们查找几十年、几百年甚至上千年的气候史,想找出规律性的东西,结果发现,近几十年地球温度虽有升高,但不是均衡有规律地持续上升,而是暖中有冷。大气中二氧化碳的确有所增加(主要表现在城市上空),但不是按所烧掉的煤、石油、天然气、甲烷等所产生的二氧化碳数量增加,大量的二氧化碳却不知哪里去了。美国气象卫星对大气测定的结果表明:高空大气并没有变暖,高空中二氧化碳含量也没增加。
牛屁:温室效应的最大元凶?
随着全球温室效应日益严重,世界各国的科学家们都在呼吁降低二氧化碳排放量。一份最新联合国报告显示,其实全球10.5亿头的牛才是温室效应的最大元凶,其排放出的二氧化碳占了全球温室气体总量的18%。
在这份题为《牲畜的巨大阴影:环境问题与选择》的报告中,粮农组织研究了其他牲畜,如羊、鸡、猪等造成的环境污染程度,并指出全球10.5亿头牛排放的废气,是导致全球变暖的最大元凶。这是因为牛群的屁等排泄物会产出100多种污染气体,其中氨的排放量就占全球总量的2/3,而氨正是导致酸雨的原因。此外,牛群在消化或反刍过程中产生大量的甲烷,甲烷的排放量占全球总量1/3,这种气体暖化地球的速度比二氧化碳快20倍。
全球10.5亿头牛排放的二氧化碳占全球温室气体总排放量的18%。这不但比其他家畜动物高出许多,甚至超越了人类交通工具,如汽车、飞机等的二氧化碳排放量。而饲养牛群时需要燃烧燃料制造肥料,在此过程中也会释放出二氧化碳。
这份报告的结论说,除非人类的畜牧过程有大幅改善,否则随着人类对肉品需求量的增加,这些牲畜造成的全球暖化效应到2050年时将加倍。
地球:本身有自动调温功能?
调查时间:2008年3月28日中午。地点:家庭网络。调查对象:大气恶化情况。
调查结果:
造成大气污染的途径主要是工业生产与交通工具排放的废气和尘埃,工业生产排放出的尘埃颗粒物还吸附了许多有毒有害的物质。这些污染物在大气中还会发生各种化学反应,生成更多的污染物,形成二次污染。二氧化硫是大气污染物中最普遍的一种,它在大气中通过反应可形成硫酸烟雾,甚至形成酸雨。氮氧化合物、一氧化碳和碳氢化合物也是大气中常见的污染物,它们在阳光下,发生光化学反应,可形成光化学烟雾。
在干静的大气中,痕量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中,出现了原来没有的微量物质,可能对人、动物、植物及物品、材料产生危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度,以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件,对人或物造成危害的现象叫做大气污染。造成大气污染的原因,既有自然因素又有人为因素,尤其是人为因素,如工业废气、燃烧、汽车尾气和核爆炸等。随着人类经济活动和生产的迅速发展,在大量消耗能源的同时,也将大量的废气、烟尘物质排入大气,严重影响了大气环境的质量,特别是在人口稠密的城市和工业区域。大气污染的来源很多,如:日益增多的汽车是城市大气污染的主要来源;北京的冬日由于燃煤取暖造成大气污染;化工厂往往会散发出很浓的刺激性气味对人体危害严重;灰色烟尘主要来自水泥厂、石灰生产厂;黑色烟尘里含有大量焦油、碳黑,主要来自燃煤、燃石油工业;采矿爆破是大气中粉尘的一个人为来源。中国的北京和美国芝加哥市的城市污染状况都很严重。
燃料中含有各种复杂的成分,在燃烧后产生各种有害物质,即使不含杂质的燃料达到完全燃烧,也要产生水和二氧化碳,正因为燃料燃烧使大气中的二氧化碳浓度不断增加,破坏了自然界二氧化碳的平衡,从而引发“温室效应”,使地球气温上升。
大气中的二氧化碳浓度增加,阻止地球热量的散失,使地球发生可感觉到的气温升高,这就是有名的“温室效应”。促使地球气温升高的气体称为“温室气体”,它们可以破坏大气层与地面间红外线辐射的正常关系,吸收地球释放出来的红外线辐射,就像“温室”一样。二氧化碳是数量最多的温室气体,约占大气总容量的0.03%,许多其它痕量气体也会产生温室效应,其中有的温室效应比二氧化碳还强。
1 腹腔镜手术的优势与缺点
1.1 腹腔镜手术就是利用腹腔镜及其相关器械进行的手术:使用冷光源提供照明,将腹腔镜镜头(直径为3~10mm)插入腹腔内,运用数字摄像技术使腹腔镜镜头拍摄到的图像通过光导纤维传导至后级信号处理系统,并且实时显示在专用监视器上。然后医生通过监视器屏幕上所显示患者器官不同角度的图像,对病人的病情进行分析判断,并且运用特殊的腹腔镜器械进行手术。因其有“三小一快(创伤小、痛苦小、出血少、恢复快)的优点,逐步取代了传统的开腹手术,被越来越多的医生和患者认可,也更广泛地应用于临床。但腹腔镜手术也存在一定的缺点,如术后普遍存在的腹胀及肩背痛。
1.2 腹腔镜手术后和传统的开腹手术后存在最大的差别是:因手术中需灌入二氧化碳以造成气腹而方便操作,术后容易残存二氧化碳在腹腔内,二氧化碳经腹膜吸收后在腹膜局部形成碳酸酸性环境,碳酸对横隔是一种刺激物,会对隔神经产生损伤,造成术后隔神经牵涉性疼痛,如肩膀及肋骨的疼痛。疼痛及腹胀的程度还和手术方式、手术及手术时间有关。
2 术后并发症的预防
2.1 术前一日嘱患者应以清淡饮食为主,禁食易胀气食物及高蛋白的食物。
2.2 术前晚22:00灌肠,以后禁食,可以减轻术后腹胀。
2.3 手术中充气速度适中,不要太快,气腹压力不可过高,手术时间不宜太长,使用加温加湿的二氧化碳气体,术后尽量排出剩余二氧化碳气体。
3 术后处理
3.1 心理护理 耐心听从患者的倾诉,向患者及家属作好解释工作,让患者了解引起腹胀、肩背痛的原因,作好医患沟通,消除病人的疑虑,以良好的心态积极配合治疗和护理。
3.2 鼓励患者尽早活动,勤翻身,也可让患者取半卧位,次日可协助患者下床活动,以促进排气,减轻腹胀。
3.3 鼓励患者尽早排小便,减少因尿潴留引起的腹胀。
3.4 指导患者合理进食,术后6小时可少量饮水,术后多吃高纤维食物,如蔬菜,水果,增加肠蠕动,不吃产气食物,如豆制品,奶制品,含高淀粉的食物和甜食等。
3.5 嘱患者口服行气的药物,减轻腹胀,对肩背部腹胀明显的患者,可以协助进行按摩。