㈠ 汽車環境現在汽車排放的二氧化碳越來越多了,該怎樣解
生活水平提高,居家車輛,汽車市場擴大,日益普遍,二氧化碳的排放量越來越多是必然的,但目前最有效的辦法就是,技術的提高,在汽車尾氣產生的源頭就行處理,減少排放,達標排放,不合格車輛強制報廢,加強市場管理
㈡ 汽車尾氣污染的途徑有哪些
路面上也會沾染一部分油污,芳香烴等污染物質,尤其是在雨天,這部分污染物會被沖刷,一般來說尾氣催化凈化後,而且這些污染與汽車尾氣有直接關系,我們測試過,汽車過後擾動非常大,如果要凈化這一部分,主要就是依靠LID技術,也可以考慮植物凈化,但是由於中國地區地基不透水,而且路面面積緊張,主要就是消音板材+路障阻隔,很難推廣,我不建議末端治理,因為北京每次下雨都要死魚。你要有興趣可以研究,但是推廣估計很困難。至於雜訊上面提到了主要就是尾氣和雜訊。一般來說尾氣主要就是考尾氣凈化系統,但是這只是一部分,形成徑流污染,這是最難控制的北京地區檢測的雨季路面COD都上千。
㈢ 急啊~現在我國是通過什麼方法減排二氧化碳的在線等,謝謝~
現在二氧化碳是否是污染物還無定論,由於其溫室氣體效應暫時被人們稱為「影響大氣組成部分」的氣體...所以,自然排污費中暫無此項。
但在氣候變化的背景下,將來我國是可能會出台相關法律,制定二氧化碳的排放標准,在這種情況下,徵收碳稅也是熱點研究的問題之一。
因為二氧化碳的產生主要是傳統化石能源的消耗造成的,所以減排二氧化碳自然是從節能開始,比如發展高端高效清潔產業、提高新能源的使用比重、技術改造提高傳統工藝能效等等很多了;另外就是增加碳匯,植樹造林,減少森林破壞;最後還有一個前沿的技術ccs,就是把生產出來的二氧化碳打包埋了,不過目前還未普及
㈣ 如何吸收汽車尾氣中的CO2要一些具體的方法,吸收裝置和吸收劑。
廢氣中含有 150~200種不同的化合物,其主要有害成分為:未燃燒或燃燒不完全的CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S以及微量的醛、酚、過氧化物、有機酸和含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染等。其中對人危害最大的有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、鉛的化合物及顆粒物。有害氣體擴散到空氣中造成空氣污染。
汽車尾氣的危害
1,汽車尾氣的顆粒物中含有強致癌物苯並(a)芘,在一般情況下,1克顆粒物含有約70微克苯並(a)芘,每燃燒1千克汽油可產生30毫克苯並(a)芘。當空氣中的苯並(a)芘濃度達到0.012微克/立方米時,居民中得肺癌的人數就會明顯增加。
2,汽車尾氣排放的主要污染物為一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NO X)、 鉛(Pb)等。 一氧化碳:一氧化碳和人體紅血球中的血紅蛋白有很強的親合力,它的親合力比氧強幾十 倍,親合後生成碳氧血紅蛋白(COHb%),從而消弱血液向各組織輸送氧的功能,造成感覺、反 應、理解、記憶力等機能障礙,重者危害血液循環系統,導致生命危險。 氮氧化物:氮氧化物 主要是指NO、NO2,都是對人體有害的氣體,特別是對呼吸系統有危害。在NO2濃度為9.4mg/m2 (5PPm)的空氣中暴露10分鍾,即可造成呼吸系統失調。 碳氫化合物:目前還不清楚它對人體健康的直接危害。但是HC和NOX在大氣環境中受強烈太 陽光紫外線照射後,產生一種復雜的光化學反應,生成一種新的污染物------光化學煙霧。1952年 12月倫敦發生的光化學煙霧,4天中死亡人數較常年同期約多4000,45歲以上的死亡最多,約為 平時的3倍;1歲以下的約為平時的2倍。事件發生的一周中,因支氣管炎、冠心病、肺結核和心 臟衰弱者死亡分別為事件前一周同類死亡人數的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。
3,汽車尾氣的危害程度主要取決於汽油的成分。過去,車用汽油通常都用四乙基鉛作為防爆劑,這樣的汽油一1做含鉛汽油。含鉛汽油使汽車排放的尾氣中含有較高濃度的鉛,對人體健康危害嚴重。鑒於此,我國已於2000年開始使用無鉛汽油,相應的四乙基鉛被一系列新型汽油防爆劑所取代。在我國,無鉛汽油是指含鉛量在O.013g/L以下的汽油。所以說無鉛汽油並非鉛含量為零的汽油,因此,汽車尾氣中仍然含有少量的鉛。農村居民,一般從空氣中吸入體內的鉛量每天約為1微克;城市居民,尤其是街道兩旁的居民每天吸入的鉛量會大大超過這個數值。
目前,無鉛汽油中取代四乙基鉛的新型防爆劑主要有:芳香烴類、甲基叔丁基醚(MTBE)、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基錳(MMT)、醇類等,其中以MTBE用量最大。
4,汽車尾氣不僅對人產生危害,對植物也有毒害作用,尾氣中的二次污染物臭氧、過氧乙酯基硝酸脂,可使植物葉片出現壞死病斑和枯斑。乙烯可影響植物的開花結果。汽車尾氣對甜菜、菠菜、西紅柿、煙草的毒害更為嚴重。公路兩側的農作物減產與汽車尾氣的污染明顯相關。
汽車尾氣處理方法
1,汽車尾氣凈化催化劑——三效催化劑TWC(Three-Way Catalyst)
汽車尾氣的主要有害成分是碳氫化合物(CnHm)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)。這三種物質對人體都有毒害,其中CnHm及NOx在陽光及其他適宜條件下還會形成光化學煙霧,危害更大。消除汽車尾氣中這些有害成分的方案主要有兩種:一種是改進發動機的燃燒方式以減少有害氣體的排放;另一種是採用催化轉化器將尾氣中的有害氣體凈化。首先,1975年美國在新型車上安裝了催化轉化器,接著日本、西歐等國家也先後採用催化轉化器以滿足自己國家汽車排放法規的要求。汽車催化轉化器有兩種類型,一種是氧化型催化反應器,使尾氣中的CnHm和CO與尾氣中的余氧反應,生成無害的H2O和CO2,從而達到凈化目的。
由於對NOx等污染物排放標準的強制化和降低燃料消耗的要求,一方面應盡量控制空燃比在14.6附近運轉,另一方面應採用控制點火時間和廢氣再循環等方法,以減少尾氣中的NOx。然而這些方法的缺點是往往會增加尾氣中的CnHm和CO。為了解決這個問題,出現了三效催化劑(英文名為Three-Way Catalyst),簡稱TWC。這種催化劑的特性是用一種催化劑能同時凈化汽車尾氣中的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(CnHm)和氮氧化物(NOx),但為了發揮其催化性能,必須將空燃比經常控制在14.6±0.1附近,這種催化凈化器具有較高的凈化率,但需要有氧感測器、多點式燃料電子噴射、電子點火等閉路反饋系統相匹配。這種催化凈化器是利用尾氣中的O2、NOx為氧化劑,CO、CnHm(以CH2為代表)和H2為還原劑,在理論空燃比附近可發生如下反應:
2CO+O2=2CO2
2CO+2NO=N2+2CO2
CH2+3nNO=nN2+nCO2+nH2O
2NO+2H2=N2+2H2O
現在應用的三效催化劑大部分是以多孔陶瓷為載體,再附著上所謂的活化塗層(Washcoat),最後用浸漬的方法吸附活性成分。催化劑的活性成分主要採用貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等。由於貴金屬資源少、價格貴,各國科學家都在致力於研究經濟上和技術上都可行的稀土/鈀三效催化劑。預計這種催化劑將有很好的應用前景。
三效催化凈化器的優點是凈化率與燃料經濟性都比較好,主要問題是成本費用昂貴。由於柴油機排放的氣體中殘留的氧較多,使氧感測器的控制不靈敏,故三效催化凈化器一般不用於柴油機,而只適用於汽油機。
2,開發新能源汽車
汽車用的燃料是汽油和柴油等,它們都是從石油中提煉出來的。然而,石油這種礦物燃料是不能再生的,用一點就少一點,總有一天要用完。據科學家們預計,目前世界上已探明的石油儲量將於2020年左右被采盡。因此,汽車將會出現挨受「飢餓」的危險,人類將面臨著能源的挑戰。
另一方面來說,石油本身就是一種寶貴的化工原料,可以用來製造塑料、合成橡膠和合成纖維等。把石油作為燃料燒掉了,不但十分可惜,而且還污染了人類賴以生存的環境。
解決這個難題的唯一可行辦法,就是加緊開發新能源。而太陽能就是這些新開發能源中的佼佼者。
① 太陽能汽車
將太陽光變成電能,是利用太陽能的一條重要途徑。人們早在本世紀50年代就製成了第一個光電池。將光電池裝在汽車上,用它將太陽光不斷地變成電能,使汽車開動起來。這種汽車就是新興起的太陽能汽車。
你看,在太陽能汽車上裝有密密麻麻像蜂窩一樣的裝置,它就是太陽能電池板。平常我們看到的人造衛星上的鐵翅膀,也是一種供衛星用電的太陽能電池板。
太陽能電池依據所用半導體材料不同,通常分為硅電池、硫化鎘電池、砷化鎵電池等,其中最常用的是硅太陽能電池。
硅太陽能電池有圓形的、半圓形的和長方形的等幾種。在電電池上有像紙一樣薄的小矽片。在矽片的一面均勻地摻進一些硼,另一面摻入一些磷,並在矽片的兩面裝上電極,它就能將光能變成電能。
在「利比特布利克二號太陽能汽車頂上,有一個圓弧形的太陽能電池板,板上整齊地排列著許多太陽能電池。這些太陽能電池在陽陽光的照射下,電極之間產生電動勢,然後通過連接兩個電極的導線,就會有電流輸出。
通常,硅太陽能電池能把10%~15%的太陽能轉變成電能。它既使用方便,經久耐用,又很乾凈,不污染環境,是比較理想的一種電源。只是光電轉換的比率小了一些。近年來,美國已研製成光電轉換率達35%的高性能太陽能電池。澳大利亞用激光技術製成的太陽能電池,其光電轉換率達24.2%,而且成本與柴油發電相當。這些都為光電池在汽車上的應用開辟了廣闊的前景。
太陽能汽車不僅節省能源,消除了燃料廢氣的污染,而且即使在高速行駛時噪音也很小。因此,太陽能汽車已引起人們的極大興趣,並將在今後得到迅速的發展。
② 氫動汽車
據預測,按現有的開采速度,全球石油資源將在100年內枯竭!面對日益急迫的資源和環境的雙重壓力,「氫能源」取代「礦石能源」已成為一種趨勢。氫是可儲存能源,直接利用水制氫,氫燃燒後又與氧結合為水,取之不盡、用之不竭,是自然物質循環利用的典型過程。一批樣車已上路測試,美國通用汽車公司甚至宣稱,「要在2010年前讓人們能買得起的燃料電池車行駛在大街小巷。」
0排放 無噪音
氫氧燃料電池是氫氧經電化學反應生成水並釋放電能的發電裝置,這種反應過程不涉及燃燒,能量轉換率高達60%-80%,實際使用效率是普通內燃機的2-3倍,還具有噪音極低、真正零排放等優點。用這一裝置取代目前的內燃機驅動的汽車,就是「燃料電池汽車」。
賓士公司首次證明燃料電池可以驅動汽車——1994年,賓士開發了世界第一輛氫離子發電燃料電池車,最高時速100公里,每次補充燃料可行駛130公里。而通用汽車公司的幾款樣車已經在展示未來汽車的美妙前景了。
「氫時代」何時到來
制氫和燃料電池應用成本過高是制約氫能源產業化的技術關鍵。目前科技攻關的目標一是制氫成本能與汽油相當;二是燃料電池成本與內燃機相當。專家介紹,燃料電池發動機的成本美國2002年宣布每千瓦1萬美元,2003年降到5000美元至6000美元,今年可降到4000美元以下。而燃料電池發動機價格降到100美元,制氫成本降到2美元以下,「氫經濟時代」才能真正到來。按全世界1.5億輛車、1輛車1年耗汽油2噸計算,氫能利用1年可節約3億噸汽油,相當於3個科威特的年產量。
中國急待「氫經濟」
目前,美國、冰島已制定了向「氫經濟」過渡時間表,美、日、歐盟等開始實施氫能計劃,印度制定了氫能發展路線圖,巴西利用氫能成績斐然;與發達國家相比,我國在發展「氫經濟」的世界競爭中面臨挑戰的同時更有難得的機遇。
③電動汽車
電動汽車的基本特點是能自攜電能,象普通內燃汽車一樣沿一般道路行駛,動力性、經濟性、安全性和可靠性等達到或接近普通內燃汽車,續駛里程滿足一般運行要求。同時電動汽車具有無排放污染、低雜訊、易維修、可利用低谷電以節能等優點,被認為是未來理想的交通運輸工具。電動汽車的技術內容包括:
●驅動電池技術:鎳氫電池,鎳鎘電池,鉛酸電池,鈉硫電池,鋰離子電池、燃料電池等,應具有比功率和比能量高,能滿足動力性和續駛里程的要求:充電時間短、充電動循環多,以方便使用和保證壽命。
●電機技術:主要有四種電機:直流電機、永磁電機、開關磁阻電機、交流感應電機。要求重量輕、效率高、可靠性好。
●驅動系統控制與集成技術:多採用單片機和功率器件配合作為控制系統,功率器件主要使用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。
●電池監視與管理系統技術
●充電系統技術
●電動汽車整車布置及匹配技術
二、現狀及國內外發展趨勢
二十世紀九十年代以來,國外將電動汽車技術的重點放在關鍵的電池技術研究上,美國三大汽車公司投資26億美元,進行合作研究,美國電池製造商聯合進行的USABC項目也把目標指向電動汽車用的電池。 目前電池技術的現狀與電動汽車的實用要求還有相當距離,使電動汽車在動力性能、續駛里程、製造成本和可靠性等方面無法和常規汽車相比。電動汽車的前景基本上取決於電池技術的突破。近年來鎳氫、鋰、燃料等類電池被相對看好,投入大量資金進行研究,鉛酸、鎳鎘等傳統電池的改進工作也在進行。
國家科委、計委在"八五" 、"九五"期間組織了電動汽車的攻關課題,最近又把電動汽車項目列入"十五"規劃,國內大型汽車企業、高等院校、研究單位對電動汽車的研究也持積極的態度,通過改裝電動汽車,進行了多輪試制,力爭在"十五"結束時達到電動汽車的產業化。
3,隨著經濟的日益發展.擁有私家車的家庭也隨之增多.從而導致了日益嚴重的大氣污染.為了解決這一問題.我想能否用我們自己所學過的知識來來解決這一日趨嚴重的問題!
解決方案(1)使用鹼性物質(如氫氧化鈉,氫氧化鉀等)來吸收汽車排出的氮氧化合物
(2)使用氨水來吸收汽車排出的氮氧化合物
根據方程式的出結論
(1)2NaOH+NO2=NaNO3+H2O
(2)8NH3H2O+6NO2=7N2+20H2O
通過對汽車尾氣的處理可以減少有害微粒物質的排放。汽車排放的氮氧化物和微粒物質可引起各種呼吸系統疾病,如哮喘、肺氣腫等。
難點 不知道如何得知氨水用完
㈤ 城市二氧化碳排放都是從哪兒來的
城市中二氧化碳的排放,主要是燃料的燃燒使得空氣中二氧化碳增加。
1、汽車尾氣的排放是二氧化碳釋放的主要源頭。自改革開放以來,人們的生活水平也在不斷地提高,基本上汽車已經成為了人們的主要代步工具。在城市中汽車多的更是數不勝數,無論是大街還是小巷,遍地都可以聽得到馬達的轟鳴聲。汽車的動力主要依靠石油,而石油在燃燒的時候會釋放大量的二氧化碳,所以說在城市中二氧化碳釋放的主力軍依然是汽車。
綜上所述,在城市中二氧化碳的主要排放是工廠和汽車尾氣,所以說為了營造一個更好的生存環境,我們應當積極的參與植樹造林的活動中去,並且在日常生活中我們要節制開車出行。
㈥ 汽車尾氣排放的檢測流程
汽車尾氣排放的檢測流程如下:
1、電腦錄入信息並繳納相關檢測費用。這一環節在登錄亭進行,目的是根據車輛特性分配檢車線路,由電腦自動完成。
(6)怎樣收集汽車排放二氧化碳擴展閱讀
汽車排放標準是指從汽車廢氣中排出的CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氫化合物和氮氧化物)、PM(微粒,碳煙)等有害氣體含量的規定。從2004年1月1日起,北京將對機動車的尾氣排放標准由現在的歐洲I號改為歐洲II號,到2008年,則正式實施歐洲III號標准。
歐洲標準是由歐洲經濟委員會(ECE)的排放法規和歐共體(EEC)的排放指令共同加以實現的,歐共體(EEC)即是歐盟(EU)。排放法規由ECE參與國自願認可,排放指令是EEC或EU參與國強制實施的。
汽車排放的歐洲法規(指令)標准1992年前巳實施若干階段,歐洲從1992年起開始實施歐Ⅰ(歐Ⅰ型式認證排放限值)、1996年起開始實施歐Ⅱ(歐Ⅱ型式認證和生產一致性排放限值)、2000年起開始實施歐Ⅲ(歐Ⅲ型式認證和生產一致性排放限值)、2005年起開始實施歐Ⅳ(歐Ⅳ型式認證和生產一致性排放限值)。
㈦ 二氧化碳的主要排放方式 該如何解決
只要含碳的物質與氧燃燒結合就產生二氧化碳,無論是燒煤、油、天然氣、沼氣、木材、秸稈等都會產生大量二氧化碳。
只有大力發展太陽能、核能、風能 潮汐能等才能不產生二氧化碳。
㈧ 城市二氧化碳排放從哪兒來
20世紀以來,隨著工業的快速發展,人們的生活水平不斷的提高,由曾經的不行漸漸地演變為如今的汽車出行。而人們的社會也在發生著劇烈的變化,特別是氣候問題,如今最明顯的就是溫室效應特別的嚴重。而每天都有很多的化石燃料以及尾氣的排放都會產生大量的二氧化碳,造成溫室效應以及人們所呼出的二氧化碳都是非常多的,在城市中比較的居中,而城市二氧化碳的來源最主要的就是工廠尾氣排放以及化石燃料的燃燒。
所以由於城市的人口比較集中,並且工業和交通業都比較發達,但是唯一少的是農田以及農作物等綠色植物比較少,才導致了二氧化碳相對於集中和密度過高。
㈨ 汽車排放的有害氣體排放的途徑採用的排氣凈化裝置有哪些
排氣管的三元催化器
三元催化器,是安裝在汽車排氣系統中最重要的機外凈化裝置,它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉變為無害的二氧化碳、水和氮氣。由於這種催化器可同時將廢氣中的工種主要有害物質轉化為無害物質。隨著環境保護要求的日益苛刻,越來越多的汽車安裝了廢氣催化轉化器以及氧感測器裝置。它安裝在發動機排氣管中,通過氧化還原反應,二氧化碳和氮氣,故又稱之為三元(效)催化轉化器
三元催化器的工作原理是:當高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時,三元催化器中的凈化劑將增強CO、HC和NOx三種氣體的活性,促使其進行一定的氧化-還原化學反應,其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體;HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體,使汽車尾氣得以凈化。
汽車三元催化轉換器
㈩ 二氧化碳捕獲與儲存
CO2捕獲與儲存(Carbon Capture and Storage,CCS)技術的雛形源於20世紀70年代美國用CO2進行驅油來提高石油採收率(Enhanced OilRecovery,EOR)的技術。經過近40年的研究和實踐,逐步發展成為氣候變化背景下減排溫室氣體的重要技術手段之一。近年來,歐洲成為CCS技術研發的先驅(中科院武漢文獻情報中心,2011)。
根據《IPCC特別報告———二氧化碳捕獲和封存》(政府間氣候變化專門委員會(IPCC),2005,以下簡稱「IPCC特別報告」),CCS技術是指把CO2從工業或相關能源的源里分離出來,輸送到一個儲存場地,並長期與大氣隔絕的過程。
IPCC特別報告認為,CCS技術是穩定大氣溫室氣體濃度減緩行動組合中的一種選擇方案(IPCC,2005)。尚包括提高能源效率、向低含碳量燃料轉變、核能、可再生能源、增加生物匯以及非CO2溫室氣體的減排等。從應用層面上簡單地說,CCS技術就是把化石燃料燃燒產生的CO2進行捕獲並將其安全地儲存於地下深部的地質構造中(陳文穎等,2007),從而減少CO2向大氣環境的排放。
一、二氧化碳捕獲和儲存的主要組成部分
CCS技術主要包括CO2捕獲、運輸和儲存三大主要環節(圖1-1)。
1.碳源
聯合國氣候變化框架公約(UNFCCC,1992)將溫室氣體的「源」定義為任何向大氣中釋放產生溫室氣體、氣溶膠或其前體的過程、活動或機制。溫室氣體的「匯」為從大氣中清除溫室氣體、氣溶膠或其前體的過程、活動或機制。「點源」是指局限在一個單點位置的排放源(ICPP,2005)。
CO2主要由化石燃料燃燒所排放,排放源既包括大型燃燒設備,如燃煤發電廠;也包括小型分散源,如汽車發動機、居民和商業用戶使用的燃燒爐。還可從一些工業生產過程、石油天然氣加工處理以及焚燒森林植物等過程中排放。CO2的捕獲主要用於較大的CO2點源,包括大型化石燃料或生物能源設施、主要CO2排放工業企業、天然氣生產、合成燃料廠以及基於化石燃料的制氫工廠等(師春元等,2006)。
全球大於10×104t/a的CO2固定排放源情況見表1-1。這些排放源分布在全球各地,其中北美(美國中西部和東部)、歐洲(西北部地區)、東亞(中國東部沿海)和南亞(印度次大陸)是四個特殊的排放群。相比之下,大范圍的生物質排放源數量則要少得多。同時,上述排放源並不都適合進行CO2的捕獲。
目前,中國各區域CO2排放量差異顯著,呈現由東南部沿海向中部和西部地區遞減的趨勢。高排放區域主要集中在東南部沿海經濟發達地區和內蒙古、河南等少數內陸省份,總體形成內蒙古—河北—遼寧—山東—江蘇—浙江的高排放帶(以環渤海區和長三角區為主)和珠三角高排放區。
圖1-1CO2捕獲和儲存(CCS)主要組成部分示意圖(據CaptureReady.com新聞通訊雙周刊,2011)
表1-1全球大於10×104t/a的CO2排放量固定排放源情況
2.捕獲
CO2的捕獲(Capture)是指將CO2從化石燃料燃燒產生的煙氣中分離出來,並將其壓縮的過程。對於大量分散型的CO2排放源尚難實現碳的捕獲(ICPP,2005;巢清塵等,2006)。CO2的捕獲主要用於大規模排放源,如大型化石燃料或生物能源設施、主要CO2排放型工業、天然氣生產、合成燃料工廠以及基於化石燃料的制氫工廠等。
目前,燃煤電廠主要有燃燒前脫碳、燃燒後脫碳和富氧燃燒技術3種不同的捕獲技術(許世森等,2009)。
燃燒前脫碳技術(PCDC):是指在碳基燃料燃燒前,首先將其化學能從碳中轉移出來,然後再將碳和攜帶能量的其他物質進行分離,這樣就可以實現碳在燃料利用前進行捕獲。最典型的是整體煤氣化聯合循環發電技術(IGCC)。IGCC是結合了煤氣化技術與聯合循環發電技術的新型發電技術。它對氣化得到的煤氣進行變換反應,使煤氣轉變為CO2和H2,最終將燃料化學能轉移到H2上,然後再對CO2和H2進行分離。
基於IGCC的PCDC處理的氣體具有高的氣體壓力和CO2濃度,從而使得物理吸附法比化學吸附法更能體現出優勢。分離CO2的典型物理吸收法是聚乙二醇二甲醚法(Selexol法)和低溫甲醇法(Rectisol法)。這兩種方法都屬於低溫吸收過程,Selexol法的吸收溫度一般為-10~15℃,低溫甲醇法的吸收溫度一般為-75~0℃。另外,這兩種技術能夠同時脫除CO2和H2S,且凈化度較高,可在系統中省去脫硫單元,但相應需要採用耐硫變換技術。
目前國內外提出的多項降低CO2排放的潔凈煤發電計劃中,絕大部分是基於IGCC發電技術的,並集成了燃料電池、氫氣輪機、碳捕獲與儲存等技術手段,最終實現包括CO2在內的溫室氣體近零排放。
燃燒後脫碳技術(PCC):是在燃燒設備(鍋爐或燃機)後的煙氣中捕獲或者分離CO2。該技術幾乎可用於任何現有的煤基電廠,並且對原有的電廠系統改動較小。現有的絕大多數火力發電技術,包括新建和改造,都只能採用PCC的方法進行CO2的分離。但另一方面,採用PCC方法需要處理的煙氣量大、排放壓力低、CO2的分壓小,投資和運行成本較高。
富氧燃燒技術:是利用空分系統獲得富氧或純氧,然後將燃料與氧氣一同進入專門的純氧燃燒爐進行燃燒,一般需要對燃燒後的煙氣進行重新回注燃燒爐。一方面降低了燃燒溫度;另一方面進一步提高了CO2的體積分數。由於煙氣中CO2的體積分數高,可顯著降低CO2捕獲的能耗,但必須採用專門的純氧燃燒技術,需要專門材料的純氧燃燒設備以及空分系統,這將大幅度提高系統的投資成本。目前,大型富氧燃燒技術仍處於研究階段(黃斌等,2007)。
3.運輸
所謂CO2運輸(Transport),就是將CO2從捕獲地運往地質儲存場地的過程。CO2的運輸方式主要有管道運輸、公路槽車運輸、鐵路運輸和船舶運輸四種。這四種方式各有優缺點,都存在一定的適用范圍。在技術上,公路槽車和鐵路罐車也是切實可行的方案。然而,除小規模運輸之外,這類運輸與管道和船舶運輸相比則不經濟,不大可能用於大規模的CO2運輸(ICPP,2005)。
公路槽車運輸CO2時,可利用絕緣罐將液態CO2進行運輸。一般而言,公路槽車運輸成本最高,運輸費用可達17美元/(100km·t),但相對靈活,適合於運量小的場地。
鐵路運輸的成本比汽車槽車低,運輸量比汽車槽車大,但必須依託現有的火車鐵路運輸設施,否則初期投資相對較大。
在某些情況下,需要長途運輸或需將CO2運至海外時,使用船舶運輸CO2則更為經濟,但因需求有限,加之存儲CO2的設備必須要承受高壓或低溫條件,該類運輸規模較小。
目前,最可行的辦法是利用管道輸送。管道是一種已成熟的市場技術,一般將氣態的CO2進行壓縮提高密度,以降低管道的運輸成本。據APEC官方統計,管道運輸成本最低。如果每年管道的運輸量大於1000×104t,運輸費用為2~6美元/(100km·t),但管道運輸只適用於特定的條件,尤其是要解決運輸過程中的CO2腐蝕和泄漏問題。
4.儲存
CO2儲存(Storage)是指把捕獲、壓縮後的CO2運輸到指定的地點進行長期儲存的過程(劉嘉等,2009)。目前,主要的儲存方式有地質儲存、海洋儲存、礦物固化以及森林和陸地生態系統儲存等。另外,一些工業流程也可在生產過程中利用和存儲少量被捕獲的CO2。
二、二氧化碳主要儲存技術
目前潛在的可用於儲存CO2的技術有地質儲存、海洋儲存、礦物固化以及森林和陸地生態系統儲存(師春元等,2006)。盡管用於工業生產中也是CO2儲存的一種途徑,但由於儲存量少,對減少CO2排放的貢獻率相對較小。圖1-2給出了可能的CCS系統組成示意圖。圖中集中展示了CO2可能的來源、運輸以及儲存方案。
圖1-2可能的CCS系統構成示意圖(據IPCC,2005)
1.地質儲存
CO2地質儲存(CO2geological storage,CGS)就是把從集中排放源分離得到的CO2注入地下深處具有適當封閉條件的地質構造中儲存起來。CO2地質儲存場所多種多樣,主要有沉積盆地內的深部鹹水含水層、開采中或已廢棄的油氣藏和因技術或經濟原因而棄採的煤層,以及開采過的大洞穴、鹽岩溶腔和廢棄的礦藏等(李小春等,2003;張洪濤等,2005;沈平平等,2009)。CO2地質儲存的主要技術方案見圖1-3。
CO2地質儲存就是利用CO2具有的超臨界特點,即當溫度高於31.1℃、壓力高於7.38MPa時,CO2進入超臨界狀態。在超臨界狀態,CO2是一種高密度氣體,並不會液化,只是密度增大,具有類似液態的性質,同時還保留著氣體的性能。超臨界CO2的典型物理特性為密度近於液體,是氣體的幾百倍,使得儲存空間大大減少;黏度近於氣體,與液體相比,要小兩個數量級;擴散系數介於氣體和液體之間,約為氣體的1/100,比液體大幾百倍,因而具有較大的溶解能力(韓布興,2005)。
碳封存領導人論壇(Carbon Sequestration Leadership Forum,CSLF)(2008)指出CO2地質儲存機理可以分為兩大類:物理貯存和化學貯存。其中,物理貯存包括構造地層貯存、束縛貯存和水動力貯存;化學貯存包括溶解貯存和礦化貯存。
欲實現CO2地質儲存必須滿足CO2以超臨界流體態的形式儲存於地下,埋藏深度必須≥800m,CO2-EOR(CO2-EOR即「二氧化碳提高石油回採率」技術,下同)和CO2-ECBMR(CO2-ECBMR即「二氧化碳提高煤層氣採收率」技術,下同)除外。CO2地質儲存相當於營造一個地下人工氣藏,其選址條件主要考慮以下因素:位於地質構造穩定的地區,地震、火山、活動斷裂不發育,所儲存的CO2向大氣泄漏的可能性微小;儲層孔隙度和滲透率高,有一定厚度,能達到所需要的存儲庫容;上覆有不透氣的封閉蓋層。
圖1-3CO2地質儲存方案示意圖(據IPCC,2005)
與天然氣儲氣庫儲層條件不同的是還要考慮以下因素:儲層壓力超過CO2的臨界值,在這種壓力下CO2受到壓縮,密度達到600~800kg/m3,浮力低於天然氣而高於原油;較低的地熱梯度和地熱流值,使CO2在較小的深度下能達到較高的密度;對人類社會和自然環境、資源帶來的負面影響小(沈平平等,2009)。
IPCC的研究表明,CO2性質穩定,可以在相當長的時間內被儲存。若地質儲存場地是經過謹慎選址和精心論證、設計、施工與管理的,注入其中的CO2的99%都可儲存1000年以上。
2.海洋儲存
海洋儲存CO2有兩種潛在的途徑。一種是經固定的管道或船舶運輸將CO2注入並溶解到海洋水體中(以1000m以下最為典型);另一種是經由固定的管道和安裝在深度3000m以下海床上的海上鑽井平台將其沉澱,在海底形成一個CO2「湖」,從而延緩CO2分解於周圍環境中(圖1-4)。
被溶解和分解在海洋里的CO2將成為全球碳循環的一部分,並最終與大氣中的CO2達到平衡。在目前進行的一系列實驗室和小規模試驗中,已針對各種方案的技術可行性、相關的物理化學現象以及對海洋生態系統的影響進行了初步研究。現階段,海洋儲存CO2技術仍處於研究階段,尚未得到應用。
3.礦物固化
CO2的礦物固化是模仿自然界中鈣/鎂硅酸鹽礦石的侵蝕和風化過程來實現的,由瑞士學者W.Seifritz於1990年率先提出。該反應過程的通式為:
中國二氧化碳地質儲存地質基礎及場地地質評價
圖1-4海洋儲存CO2方法示意圖(據IPCC,2005)A—溶解型;B—湖泊型
隨後,Dunsmore(1992)研究了用鈣/鎂碳酸鹽礦物固化CO2的方法。這個過程也被稱作增強自然風化,Lackner等(1995)詳細研究了該過程的細節問題。此後,礦物碳酸鹽化研究開始加速,歐美許多國家紛紛設立專門研究機構開展CO2的礦物固化研究工作。
礦物固化主要是指利用含有鹼性和鹼土金屬氧化物的礦石與CO2反應將其固化,生成永久的、更為穩定的諸如碳酸鎂(MgCO3)和碳酸鈣(CaCO3)之類碳酸鹽的一系列過程。
在自然界中,本來就存在著大量的鈣/鎂硅酸鹽礦物,如硅灰石(CaSiO3)、橄欖石(Mg2SiO4)、蛇紋石[Mg3Si2O5(OH)4]和滑石[Mg3Si4O10(OH)2]等。這些鈣/鎂硅酸鹽礦石與CO2之間的反應可以自發地進行,生成穩定的碳酸鹽,但反應過程極其緩慢,不能直接用於工業過程。礦物固化應用於CO2固定時,需要通過過程強化,加速CO2與礦石之間的化學反應,從而達到工業上可行的反應速率並使工藝流程更加節能。除天然的硅酸鹽礦石外,某些含有鈣/鎂的固體廢物也可以作為礦物固化的原料。
CO2以及所有碳酸鹽化合物中,碳元素都處於最高價態形式,相對最穩定。但由於碳酸鹽的標准吉布斯自由能較CO2更低,因而碳酸鹽化合物形式相比CO2更為穩定。礦物固化CO2具有以下優勢(陳駿,2009)。
1)遵循了自然界中CO2的礦物吸收過程,即含鹼金屬或鹼土金屬的礦石與CO2反應,生成熱力學上更為穩定的碳酸鹽礦物,從而實現CO2的永久固化。由於沒有泄漏的風險,因而不需要長期投資進行監測;
2)原料十分豐富,包括含鈣/鎂的天然礦石,如鎂橄欖石、蛇紋石、滑石和水鎂石等,以及超基性岩和基性岩(如玄武岩)等,均可實現大規模CO2地質處置;
3)天然礦石的副產品具有較高的經濟價值,使得礦物固化具有商業化應用潛力;
4)可因地制宜實現排放源的就地固化或者礦石所處的原位固化。因此,研究CO2的礦物固化技術對未來CO2減排具有廣闊的應用前景。
目前,國際上提出了兩種CO2的礦物固化方式:一種為異地(ex-situ)固化。即將礦石等固化原料運送到CO2排放源附近,通過反應裝置將CO2碳酸鹽化,從而達到固化目的;另一種為原位(in-situ)固化。即將CO2直接注入地下多孔的基性—超基性岩岩體中,使CO2與岩石礦物直接反應,轉變為碳酸鹽(圖1-5)。
圖1-5礦物固化CO2流程示意圖(據IPCC,2005)
4.森林和陸地生態系統儲存
最近研究表明,全球生物生長可儲存CO2約20×108t/a(光合作用吸收600×108t/aCO2,通過有機物質的分解又有580×108t/a被釋放出來)。在一個典型森林的生命周期中,每萬平方米森林每年的生物質增長量為3~10t(干基),約相當於固定等重的CO2。由於森林的成熟需要100年甚至更長的時間,部分儲存的碳可通過樹木的腐爛或燃燒重新釋放回環境。一旦森林成熟,CO2的吸收就增加較少了(師春元等,2006)。
近20年來,中國森林吸收溫室氣體CO2的能力明顯增加,每年工業排放出的CO2平均有5%~8%,約2600×104t被吸收,從而為緩解全球溫室效應作出了積極貢獻。研究發現,20世紀70年代中期以前,由於毀林開荒等因素,中國森林向大氣凈排放了大量的CO2。但在最近20年裡情況發生了逆轉,森林凈吸收CO2的功能明顯增強,近20年共凈吸收約4.5×108t碳,相當於20世紀90年代中期中國工業CO2年均排放量的一半。在被「固定」的碳中,人工林佔了80%。據悉,中國人工林累計面積目前已居世界第一位,森林覆蓋率也上升到16.55%(師春元等,2006)。