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怎样收集汽车排放二氧化碳

发布时间: 2022-05-28 18:23:21

㈠ 汽车环境现在汽车排放的二氧化碳越来越多了,该怎样解

生活水平提高,居家车辆,汽车市场扩大,日益普遍,二氧化碳的排放量越来越多是必然的,但目前最有效的办法就是,技术的提高,在汽车尾气产生的源头就行处理,减少排放,达标排放,不合格车辆强制报废,加强市场管理

㈡ 汽车尾气污染的途径有哪些

路面上也会沾染一部分油污,芳香烃等污染物质,尤其是在雨天,这部分污染物会被冲刷,一般来说尾气催化净化后,而且这些污染与汽车尾气有直接关系,我们测试过,汽车过后扰动非常大,如果要净化这一部分,主要就是依靠LID技术,也可以考虑植物净化,但是由于中国地区地基不透水,而且路面面积紧张,主要就是消音板材+路障阻隔,很难推广,我不建议末端治理,因为北京每次下雨都要死鱼。你要有兴趣可以研究,但是推广估计很困难。至于噪声上面提到了主要就是尾气和噪声。一般来说尾气主要就是考尾气净化系统,但是这只是一部分,形成径流污染,这是最难控制的北京地区检测的雨季路面COD都上千。

㈢ 急啊~现在我国是通过什么方法减排二氧化碳的在线等,谢谢~

现在二氧化碳是否是污染物还无定论,由于其温室气体效应暂时被人们称为“影响大气组成部分”的气体...所以,自然排污费中暂无此项。
但在气候变化的背景下,将来我国是可能会出台相关法律,制定二氧化碳的排放标准,在这种情况下,征收碳税也是热点研究的问题之一。
因为二氧化碳的产生主要是传统化石能源的消耗造成的,所以减排二氧化碳自然是从节能开始,比如发展高端高效清洁产业、提高新能源的使用比重、技术改造提高传统工艺能效等等很多了;另外就是增加碳汇,植树造林,减少森林破坏;最后还有一个前沿的技术ccs,就是把生产出来的二氧化碳打包埋了,不过目前还未普及

㈣ 如何吸收汽车尾气中的CO2要一些具体的方法,吸收装置和吸收剂。

废气中含有 150~200种不同的化合物,其主要有害成分为:未燃烧或燃烧不完全的CH、NOx、CO、CO2、SO2、H2S以及微量的醛、酚、过氧化物、有机酸和含铅、磷汽油所形成的铅、磷污染等。其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅的化合物及颗粒物。有害气体扩散到空气中造成空气污染。
汽车尾气的危害
1,汽车尾气的颗粒物中含有强致癌物苯并(a)芘,在一般情况下,1克颗粒物含有约70微克苯并(a)芘,每燃烧1千克汽油可产生30毫克苯并(a)芘。当空气中的苯并(a)芘浓度达到0.012微克/立方米时,居民中得肺癌的人数就会明显增加。
2,汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO X)、 铅(Pb)等。 一氧化碳:一氧化碳和人体红血球中的血红蛋白有很强的亲合力,它的亲合力比氧强几十 倍,亲合后生成碳氧血红蛋白(COHb%),从而消弱血液向各组织输送氧的功能,造成感觉、反 应、理解、记忆力等机能障碍,重者危害血液循环系统,导致生命危险。 氮氧化物:氮氧化物 主要是指NO、NO2,都是对人体有害的气体,特别是对呼吸系统有危害。在NO2浓度为9.4mg/m2 (5PPm)的空气中暴露10分钟,即可造成呼吸系统失调。 碳氢化合物:目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但是HC和NOX在大气环境中受强烈太 阳光紫外线照射后,产生一种复杂的光化学反应,生成一种新的污染物------光化学烟雾。1952年 12月伦敦发生的光化学烟雾,4天中死亡人数较常年同期约多4000,45岁以上的死亡最多,约为 平时的3倍;1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中,因支气管炎、冠心病、肺结核和心 脏衰弱者死亡分别为事件前一周同类死亡人数的9.3倍、2.4倍、5.5倍和2.8倍。

3,汽车尾气的危害程度主要取决于汽油的成分。过去,车用汽油通常都用四乙基铅作为防爆剂,这样的汽油一1做含铅汽油。含铅汽油使汽车排放的尾气中含有较高浓度的铅,对人体健康危害严重。鉴于此,我国已于2000年开始使用无铅汽油,相应的四乙基铅被一系列新型汽油防爆剂所取代。在我国,无铅汽油是指含铅量在O.013g/L以下的汽油。所以说无铅汽油并非铅含量为零的汽油,因此,汽车尾气中仍然含有少量的铅。农村居民,一般从空气中吸入体内的铅量每天约为1微克;城市居民,尤其是街道两旁的居民每天吸入的铅量会大大超过这个数值。

目前,无铅汽油中取代四乙基铅的新型防爆剂主要有:芳香烃类、甲基叔丁基醚(MTBE)、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基锰(MMT)、醇类等,其中以MTBE用量最大。

4,汽车尾气不仅对人产生危害,对植物也有毒害作用,尾气中的二次污染物臭氧、过氧乙酯基硝酸脂,可使植物叶片出现坏死病斑和枯斑。乙烯可影响植物的开花结果。汽车尾气对甜菜、菠菜、西红柿、烟草的毒害更为严重。公路两侧的农作物减产与汽车尾气的污染明显相关。
汽车尾气处理方法
1,汽车尾气净化催化剂——三效催化剂TWC(Three-Way Catalyst)
汽车尾气的主要有害成分是碳氢化合物(CnHm)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)。这三种物质对人体都有毒害,其中CnHm及NOx在阳光及其他适宜条件下还会形成光化学烟雾,危害更大。消除汽车尾气中这些有害成分的方案主要有两种:一种是改进发动机的燃烧方式以减少有害气体的排放;另一种是采用催化转化器将尾气中的有害气体净化。首先,1975年美国在新型车上安装了催化转化器,接着日本、西欧等国家也先后采用催化转化器以满足自己国家汽车排放法规的要求。汽车催化转化器有两种类型,一种是氧化型催化反应器,使尾气中的CnHm和CO与尾气中的余氧反应,生成无害的H2O和CO2,从而达到净化目的。

由于对NOx等污染物排放标准的强制化和降低燃料消耗的要求,一方面应尽量控制空燃比在14.6附近运转,另一方面应采用控制点火时间和废气再循环等方法,以减少尾气中的NOx。然而这些方法的缺点是往往会增加尾气中的CnHm和CO。为了解决这个问题,出现了三效催化剂(英文名为Three-Way Catalyst),简称TWC。这种催化剂的特性是用一种催化剂能同时净化汽车尾气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CnHm)和氮氧化物(NOx),但为了发挥其催化性能,必须将空燃比经常控制在14.6±0.1附近,这种催化净化器具有较高的净化率,但需要有氧传感器、多点式燃料电子喷射、电子点火等闭路反馈系统相匹配。这种催化净化器是利用尾气中的O2、NOx为氧化剂,CO、CnHm(以CH2为代表)和H2为还原剂,在理论空燃比附近可发生如下反应:

2CO+O2=2CO2

2CO+2NO=N2+2CO2

CH2+3nNO=nN2+nCO2+nH2O

2NO+2H2=N2+2H2O

现在应用的三效催化剂大部分是以多孔陶瓷为载体,再附着上所谓的活化涂层(Washcoat),最后用浸渍的方法吸附活性成分。催化剂的活性成分主要采用贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等。由于贵金属资源少、价格贵,各国科学家都在致力于研究经济上和技术上都可行的稀土/钯三效催化剂。预计这种催化剂将有很好的应用前景。

三效催化净化器的优点是净化率与燃料经济性都比较好,主要问题是成本费用昂贵。由于柴油机排放的气体中残留的氧较多,使氧传感器的控制不灵敏,故三效催化净化器一般不用于柴油机,而只适用于汽油机。
2,开发新能源汽车
汽车用的燃料是汽油和柴油等,它们都是从石油中提炼出来的。然而,石油这种矿物燃料是不能再生的,用一点就少一点,总有一天要用完。据科学家们预计,目前世界上已探明的石油储量将于2020年左右被采尽。因此,汽车将会出现挨受“饥饿”的危险,人类将面临着能源的挑战。
另一方面来说,石油本身就是一种宝贵的化工原料,可以用来制造塑料、合成橡胶和合成纤维等。把石油作为燃料烧掉了,不但十分可惜,而且还污染了人类赖以生存的环境。

解决这个难题的唯一可行办法,就是加紧开发新能源。而太阳能就是这些新开发能源中的佼佼者。
① 太阳能汽车
将太阳光变成电能,是利用太阳能的一条重要途径。人们早在本世纪50年代就制成了第一个光电池。将光电池装在汽车上,用它将太阳光不断地变成电能,使汽车开动起来。这种汽车就是新兴起的太阳能汽车。

你看,在太阳能汽车上装有密密麻麻像蜂窝一样的装置,它就是太阳能电池板。平常我们看到的人造卫星上的铁翅膀,也是一种供卫星用电的太阳能电池板。

太阳能电池依据所用半导体材料不同,通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等,其中最常用的是硅太阳能电池。
硅太阳能电池有圆形的、半圆形的和长方形的等几种。在电电池上有像纸一样薄的小硅片。在硅片的一面均匀地掺进一些硼,另一面掺入一些磷,并在硅片的两面装上电极,它就能将光能变成电能。
在“利比特布利克二号太阳能汽车顶上,有一个圆弧形的太阳能电池板,板上整齐地排列着许多太阳能电池。这些太阳能电池在阳阳光的照射下,电极之间产生电动势,然后通过连接两个电极的导线,就会有电流输出。
通常,硅太阳能电池能把10%~15%的太阳能转变成电能。它既使用方便,经久耐用,又很干净,不污染环境,是比较理想的一种电源。只是光电转换的比率小了一些。近年来,美国已研制成光电转换率达35%的高性能太阳能电池。澳大利亚用激光技术制成的太阳能电池,其光电转换率达24.2%,而且成本与柴油发电相当。这些都为光电池在汽车上的应用开辟了广阔的前景。
太阳能汽车不仅节省能源,消除了燃料废气的污染,而且即使在高速行驶时噪音也很小。因此,太阳能汽车已引起人们的极大兴趣,并将在今后得到迅速的发展。

② 氢动汽车
据预测,按现有的开采速度,全球石油资源将在100年内枯竭!面对日益急迫的资源和环境的双重压力,“氢能源”取代“矿石能源”已成为一种趋势。氢是可储存能源,直接利用水制氢,氢燃烧后又与氧结合为水,取之不尽、用之不竭,是自然物质循环利用的典型过程。一批样车已上路测试,美国通用汽车公司甚至宣称,“要在2010年前让人们能买得起的燃料电池车行驶在大街小巷。”
0排放 无噪音
氢氧燃料电池是氢氧经电化学反应生成水并释放电能的发电装置,这种反应过程不涉及燃烧,能量转换率高达60%-80%,实际使用效率是普通内燃机的2-3倍,还具有噪音极低、真正零排放等优点。用这一装置取代目前的内燃机驱动的汽车,就是“燃料电池汽车”。
奔驰公司首次证明燃料电池可以驱动汽车——1994年,奔驰开发了世界第一辆氢离子发电燃料电池车,最高时速100公里,每次补充燃料可行驶130公里。而通用汽车公司的几款样车已经在展示未来汽车的美妙前景了。
“氢时代”何时到来
制氢和燃料电池应用成本过高是制约氢能源产业化的技术关键。目前科技攻关的目标一是制氢成本能与汽油相当;二是燃料电池成本与内燃机相当。专家介绍,燃料电池发动机的成本美国2002年宣布每千瓦1万美元,2003年降到5000美元至6000美元,今年可降到4000美元以下。而燃料电池发动机价格降到100美元,制氢成本降到2美元以下,“氢经济时代”才能真正到来。按全世界1.5亿辆车、1辆车1年耗汽油2吨计算,氢能利用1年可节约3亿吨汽油,相当于3个科威特的年产量。
中国急待“氢经济”
目前,美国、冰岛已制定了向“氢经济”过渡时间表,美、日、欧盟等开始实施氢能计划,印度制定了氢能发展路线图,巴西利用氢能成绩斐然;与发达国家相比,我国在发展“氢经济”的世界竞争中面临挑战的同时更有难得的机遇。
③电动汽车
电动汽车的基本特点是能自携电能,象普通内燃汽车一样沿一般道路行驶,动力性、经济性、安全性和可靠性等达到或接近普通内燃汽车,续驶里程满足一般运行要求。同时电动汽车具有无排放污染、低噪声、易维修、可利用低谷电以节能等优点,被认为是未来理想的交通运输工具。电动汽车的技术内容包括:
●驱动电池技术:镍氢电池,镍镉电池,铅酸电池,钠硫电池,锂离子电池、燃料电池等,应具有比功率和比能量高,能满足动力性和续驶里程的要求:充电时间短、充电动循环多,以方便使用和保证寿命。
●电机技术:主要有四种电机:直流电机、永磁电机、开关磁阻电机、交流感应电机。要求重量轻、效率高、可靠性好。
●驱动系统控制与集成技术:多采用单片机和功率器件配合作为控制系统,功率器件主要使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)。
●电池监视与管理系统技术
●充电系统技术
●电动汽车整车布置及匹配技术
二、现状及国内外发展趋势
二十世纪九十年代以来,国外将电动汽车技术的重点放在关键的电池技术研究上,美国三大汽车公司投资26亿美元,进行合作研究,美国电池制造商联合进行的USABC项目也把目标指向电动汽车用的电池。 目前电池技术的现状与电动汽车的实用要求还有相当距离,使电动汽车在动力性能、续驶里程、制造成本和可靠性等方面无法和常规汽车相比。电动汽车的前景基本上取决于电池技术的突破。近年来镍氢、锂、燃料等类电池被相对看好,投入大量资金进行研究,铅酸、镍镉等传统电池的改进工作也在进行。
国家科委、计委在"八五" 、"九五"期间组织了电动汽车的攻关课题,最近又把电动汽车项目列入"十五"规划,国内大型汽车企业、高等院校、研究单位对电动汽车的研究也持积极的态度,通过改装电动汽车,进行了多轮试制,力争在"十五"结束时达到电动汽车的产业化。

3,随着经济的日益发展.拥有私家车的家庭也随之增多.从而导致了日益严重的大气污染.为了解决这一问题.我想能否用我们自己所学过的知识来来解决这一日趋严重的问题!
解决方案(1)使用碱性物质(如氢氧化钠,氢氧化钾等)来吸收汽车排出的氮氧化合物
(2)使用氨水来吸收汽车排出的氮氧化合物
根据方程式的出结论
(1)2NaOH+NO2=NaNO3+H2O
(2)8NH3H2O+6NO2=7N2+20H2O
通过对汽车尾气的处理可以减少有害微粒物质的排放。汽车排放的氮氧化物和微粒物质可引起各种呼吸系统疾病,如哮喘、肺气肿等。
难点 不知道如何得知氨水用完

㈤ 城市二氧化碳排放都是从哪儿来的

城市中二氧化碳的排放,主要是燃料的燃烧使得空气中二氧化碳增加。

1、汽车尾气的排放是二氧化碳释放的主要源头。自改革开放以来,人们的生活水平也在不断地提高,基本上汽车已经成为了人们的主要代步工具。在城市中汽车多的更是数不胜数,无论是大街还是小巷,遍地都可以听得到马达的轰鸣声。汽车的动力主要依靠石油,而石油在燃烧的时候会释放大量的二氧化碳,所以说在城市中二氧化碳释放的主力军依然是汽车。

综上所述,在城市中二氧化碳的主要排放是工厂和汽车尾气,所以说为了营造一个更好的生存环境,我们应当积极的参与植树造林的活动中去,并且在日常生活中我们要节制开车出行。

㈥ 汽车尾气排放的检测流程

汽车尾气排放的检测流程如下:

1、电脑录入信息并缴纳相关检测费用。这一环节在登录亭进行,目的是根据车辆特性分配检车线路,由电脑自动完成。

(6)怎样收集汽车排放二氧化碳扩展阅读

汽车排放标准是指从汽车废气中排出的CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒,碳烟)等有害气体含量的规定。从2004年1月1日起,北京将对机动车的尾气排放标准由现在的欧洲I号改为欧洲II号,到2008年,则正式实施欧洲III号标准。

欧洲标准是由欧洲经济委员会(ECE)的排放法规和欧共体(EEC)的排放指令共同加以实现的,欧共体(EEC)即是欧盟(EU)。排放法规由ECE参与国自愿认可,排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。

汽车排放的欧洲法规(指令)标准1992年前巳实施若干阶段,欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ(欧Ⅰ型式认证排放限值)、1996年起开始实施欧Ⅱ(欧Ⅱ型式认证和生产一致性排放限值)、2000年起开始实施欧Ⅲ(欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值)、2005年起开始实施欧Ⅳ(欧Ⅳ型式认证和生产一致性排放限值)。

㈦ 二氧化碳的主要排放方式 该如何解决

只要含碳的物质与氧燃烧结合就产生二氧化碳,无论是烧煤、油、天然气、沼气、木材、秸秆等都会产生大量二氧化碳。
只有大力发展太阳能、核能、风能 潮汐能等才能不产生二氧化碳。

㈧ 城市二氧化碳排放从哪儿来

20世纪以来,随着工业的快速发展,人们的生活水平不断的提高,由曾经的不行渐渐地演变为如今的汽车出行。而人们的社会也在发生着剧烈的变化,特别是气候问题,如今最明显的就是温室效应特别的严重。而每天都有很多的化石燃料以及尾气的排放都会产生大量的二氧化碳,造成温室效应以及人们所呼出的二氧化碳都是非常多的,在城市中比较的居中,而城市二氧化碳的来源最主要的就是工厂尾气排放以及化石燃料的燃烧。
所以由于城市的人口比较集中,并且工业和交通业都比较发达,但是唯一少的是农田以及农作物等绿色植物比较少,才导致了二氧化碳相对于集中和密度过高。

㈨ 汽车排放的有害气体排放的途径采用的排气净化装置有哪些

排气管的三元催化器
三元催化器,是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。由于这种催化器可同时将废气中的工种主要有害物质转化为无害物质。随着环境保护要求的日益苛刻,越来越多的汽车安装了废气催化转化器以及氧传感器装置。它安装在发动机排气管中,通过氧化还原反应,二氧化碳和氮气,故又称之为三元(效)催化转化器
三元催化器的工作原理是:当高温的汽车尾气通过净化装置时,三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性,促使其进行一定的氧化-还原化学反应,其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体;HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳;NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体,使汽车尾气得以净化。
汽车三元催化转换器

㈩ 二氧化碳捕获与储存

CO2捕获与储存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术的雏形源于20世纪70年代美国用CO2进行驱油来提高石油采收率(Enhanced OilRecovery,EOR)的技术。经过近40年的研究和实践,逐步发展成为气候变化背景下减排温室气体的重要技术手段之一。近年来,欧洲成为CCS技术研发的先驱(中科院武汉文献情报中心,2011)。

根据《IPCC特别报告———二氧化碳捕获和封存》(政府间气候变化专门委员会(IPCC),2005,以下简称“IPCC特别报告”),CCS技术是指把CO2从工业或相关能源的源里分离出来,输送到一个储存场地,并长期与大气隔绝的过程。

IPCC特别报告认为,CCS技术是稳定大气温室气体浓度减缓行动组合中的一种选择方案(IPCC,2005)。尚包括提高能源效率、向低含碳量燃料转变、核能、可再生能源、增加生物汇以及非CO2温室气体的减排等。从应用层面上简单地说,CCS技术就是把化石燃料燃烧产生的CO2进行捕获并将其安全地储存于地下深部的地质构造中(陈文颖等,2007),从而减少CO2向大气环境的排放。

一、二氧化碳捕获和储存的主要组成部分

CCS技术主要包括CO2捕获、运输和储存三大主要环节(图1-1)。

1.碳源

联合国气候变化框架公约(UNFCCC,1992)将温室气体的“源”定义为任何向大气中释放产生温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动或机制。温室气体的“汇”为从大气中清除温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动或机制。“点源”是指局限在一个单点位置的排放源(ICPP,2005)。

CO2主要由化石燃料燃烧所排放,排放源既包括大型燃烧设备,如燃煤发电厂;也包括小型分散源,如汽车发动机、居民和商业用户使用的燃烧炉。还可从一些工业生产过程、石油天然气加工处理以及焚烧森林植物等过程中排放。CO2的捕获主要用于较大的CO2点源,包括大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放工业企业、天然气生产、合成燃料厂以及基于化石燃料的制氢工厂等(师春元等,2006)。

全球大于10×104t/a的CO2固定排放源情况见表1-1。这些排放源分布在全球各地,其中北美(美国中西部和东部)、欧洲(西北部地区)、东亚(中国东部沿海)和南亚(印度次大陆)是四个特殊的排放群。相比之下,大范围的生物质排放源数量则要少得多。同时,上述排放源并不都适合进行CO2的捕获。

目前,中国各区域CO2排放量差异显着,呈现由东南部沿海向中部和西部地区递减的趋势。高排放区域主要集中在东南部沿海经济发达地区和内蒙古、河南等少数内陆省份,总体形成内蒙古—河北—辽宁—山东—江苏—浙江的高排放带(以环渤海区和长三角区为主)和珠三角高排放区。

图1-1CO2捕获和储存(CCS)主要组成部分示意图(据CaptureReady.com新闻通讯双周刊,2011)

表1-1全球大于10×104t/a的CO2排放量固定排放源情况

2.捕获

CO2的捕获(Capture)是指将CO2从化石燃料燃烧产生的烟气中分离出来,并将其压缩的过程。对于大量分散型的CO2排放源尚难实现碳的捕获(ICPP,2005;巢清尘等,2006)。CO2的捕获主要用于大规模排放源,如大型化石燃料或生物能源设施、主要CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂等。

目前,燃煤电厂主要有燃烧前脱碳、燃烧后脱碳和富氧燃烧技术3种不同的捕获技术(许世森等,2009)。

燃烧前脱碳技术(PCDC):是指在碳基燃料燃烧前,首先将其化学能从碳中转移出来,然后再将碳和携带能量的其他物质进行分离,这样就可以实现碳在燃料利用前进行捕获。最典型的是整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)。IGCC是结合了煤气化技术与联合循环发电技术的新型发电技术。它对气化得到的煤气进行变换反应,使煤气转变为CO2和H2,最终将燃料化学能转移到H2上,然后再对CO2和H2进行分离。

基于IGCC的PCDC处理的气体具有高的气体压力和CO2浓度,从而使得物理吸附法比化学吸附法更能体现出优势。分离CO2的典型物理吸收法是聚乙二醇二甲醚法(Selexol法)和低温甲醇法(Rectisol法)。这两种方法都属于低温吸收过程,Selexol法的吸收温度一般为-10~15℃,低温甲醇法的吸收温度一般为-75~0℃。另外,这两种技术能够同时脱除CO2和H2S,且净化度较高,可在系统中省去脱硫单元,但相应需要采用耐硫变换技术。

目前国内外提出的多项降低CO2排放的洁净煤发电计划中,绝大部分是基于IGCC发电技术的,并集成了燃料电池、氢气轮机、碳捕获与储存等技术手段,最终实现包括CO2在内的温室气体近零排放。

燃烧后脱碳技术(PCC):是在燃烧设备(锅炉或燃机)后的烟气中捕获或者分离CO2。该技术几乎可用于任何现有的煤基电厂,并且对原有的电厂系统改动较小。现有的绝大多数火力发电技术,包括新建和改造,都只能采用PCC的方法进行CO2的分离。但另一方面,采用PCC方法需要处理的烟气量大、排放压力低、CO2的分压小,投资和运行成本较高。

富氧燃烧技术:是利用空分系统获得富氧或纯氧,然后将燃料与氧气一同进入专门的纯氧燃烧炉进行燃烧,一般需要对燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉。一方面降低了燃烧温度;另一方面进一步提高了CO2的体积分数。由于烟气中CO2的体积分数高,可显着降低CO2捕获的能耗,但必须采用专门的纯氧燃烧技术,需要专门材料的纯氧燃烧设备以及空分系统,这将大幅度提高系统的投资成本。目前,大型富氧燃烧技术仍处于研究阶段(黄斌等,2007)。

3.运输

所谓CO2运输(Transport),就是将CO2从捕获地运往地质储存场地的过程。CO2的运输方式主要有管道运输、公路槽车运输、铁路运输和船舶运输四种。这四种方式各有优缺点,都存在一定的适用范围。在技术上,公路槽车和铁路罐车也是切实可行的方案。然而,除小规模运输之外,这类运输与管道和船舶运输相比则不经济,不大可能用于大规模的CO2运输(ICPP,2005)。

公路槽车运输CO2时,可利用绝缘罐将液态CO2进行运输。一般而言,公路槽车运输成本最高,运输费用可达17美元/(100km·t),但相对灵活,适合于运量小的场地。

铁路运输的成本比汽车槽车低,运输量比汽车槽车大,但必须依托现有的火车铁路运输设施,否则初期投资相对较大。

在某些情况下,需要长途运输或需将CO2运至海外时,使用船舶运输CO2则更为经济,但因需求有限,加之存储CO2的设备必须要承受高压或低温条件,该类运输规模较小。

目前,最可行的办法是利用管道输送。管道是一种已成熟的市场技术,一般将气态的CO2进行压缩提高密度,以降低管道的运输成本。据APEC官方统计,管道运输成本最低。如果每年管道的运输量大于1000×104t,运输费用为2~6美元/(100km·t),但管道运输只适用于特定的条件,尤其是要解决运输过程中的CO2腐蚀和泄漏问题。

4.储存

CO2储存(Storage)是指把捕获、压缩后的CO2运输到指定的地点进行长期储存的过程(刘嘉等,2009)。目前,主要的储存方式有地质储存、海洋储存、矿物固化以及森林和陆地生态系统储存等。另外,一些工业流程也可在生产过程中利用和存储少量被捕获的CO2

二、二氧化碳主要储存技术

目前潜在的可用于储存CO2的技术有地质储存、海洋储存、矿物固化以及森林和陆地生态系统储存(师春元等,2006)。尽管用于工业生产中也是CO2储存的一种途径,但由于储存量少,对减少CO2排放的贡献率相对较小。图1-2给出了可能的CCS系统组成示意图。图中集中展示了CO2可能的来源、运输以及储存方案。

图1-2可能的CCS系统构成示意图(据IPCC,2005)

1.地质储存

CO2地质储存(CO2geological storage,CGS)就是把从集中排放源分离得到的CO2注入地下深处具有适当封闭条件的地质构造中储存起来。CO2地质储存场所多种多样,主要有沉积盆地内的深部咸水含水层、开采中或已废弃的油气藏和因技术或经济原因而弃采的煤层,以及开采过的大洞穴、盐岩溶腔和废弃的矿藏等(李小春等,2003;张洪涛等,2005;沈平平等,2009)。CO2地质储存的主要技术方案见图1-3。

CO2地质储存就是利用CO2具有的超临界特点,即当温度高于31.1℃、压力高于7.38MPa时,CO2进入超临界状态。在超临界状态,CO2是一种高密度气体,并不会液化,只是密度增大,具有类似液态的性质,同时还保留着气体的性能。超临界CO2的典型物理特性为密度近于液体,是气体的几百倍,使得储存空间大大减少;黏度近于气体,与液体相比,要小两个数量级;扩散系数介于气体和液体之间,约为气体的1/100,比液体大几百倍,因而具有较大的溶解能力(韩布兴,2005)。

碳封存领导人论坛(Carbon Sequestration Leadership Forum,CSLF)(2008)指出CO2地质储存机理可以分为两大类:物理贮存和化学贮存。其中,物理贮存包括构造地层贮存、束缚贮存和水动力贮存;化学贮存包括溶解贮存和矿化贮存。

欲实现CO2地质储存必须满足CO2以超临界流体态的形式储存于地下,埋藏深度必须≥800m,CO2-EOR(CO2-EOR即“二氧化碳提高石油回采率”技术,下同)和CO2-ECBMR(CO2-ECBMR即“二氧化碳提高煤层气采收率”技术,下同)除外。CO2地质储存相当于营造一个地下人工气藏,其选址条件主要考虑以下因素:位于地质构造稳定的地区,地震、火山、活动断裂不发育,所储存的CO2向大气泄漏的可能性微小;储层孔隙度和渗透率高,有一定厚度,能达到所需要的存储库容;上覆有不透气的封闭盖层。

图1-3CO2地质储存方案示意图(据IPCC,2005)

与天然气储气库储层条件不同的是还要考虑以下因素:储层压力超过CO2的临界值,在这种压力下CO2受到压缩,密度达到600~800kg/m3,浮力低于天然气而高于原油;较低的地热梯度和地热流值,使CO2在较小的深度下能达到较高的密度;对人类社会和自然环境、资源带来的负面影响小(沈平平等,2009)。

IPCC的研究表明,CO2性质稳定,可以在相当长的时间内被储存。若地质储存场地是经过谨慎选址和精心论证、设计、施工与管理的,注入其中的CO2的99%都可储存1000年以上。

2.海洋储存

海洋储存CO2有两种潜在的途径。一种是经固定的管道或船舶运输将CO2注入并溶解到海洋水体中(以1000m以下最为典型);另一种是经由固定的管道和安装在深度3000m以下海床上的海上钻井平台将其沉淀,在海底形成一个CO2“湖”,从而延缓CO2分解于周围环境中(图1-4)。

被溶解和分解在海洋里的CO2将成为全球碳循环的一部分,并最终与大气中的CO2达到平衡。在目前进行的一系列实验室和小规模试验中,已针对各种方案的技术可行性、相关的物理化学现象以及对海洋生态系统的影响进行了初步研究。现阶段,海洋储存CO2技术仍处于研究阶段,尚未得到应用。

3.矿物固化

CO2的矿物固化是模仿自然界中钙/镁硅酸盐矿石的侵蚀和风化过程来实现的,由瑞士学者W.Seifritz于1990年率先提出。该反应过程的通式为:

中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价

图1-4海洋储存CO2方法示意图(据IPCC,2005)A—溶解型;B—湖泊型

随后,Dunsmore(1992)研究了用钙/镁碳酸盐矿物固化CO2的方法。这个过程也被称作增强自然风化,Lackner等(1995)详细研究了该过程的细节问题。此后,矿物碳酸盐化研究开始加速,欧美许多国家纷纷设立专门研究机构开展CO2的矿物固化研究工作。

矿物固化主要是指利用含有碱性和碱土金属氧化物的矿石与CO2反应将其固化,生成永久的、更为稳定的诸如碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3)之类碳酸盐的一系列过程。

在自然界中,本来就存在着大量的钙/镁硅酸盐矿物,如硅灰石(CaSiO3)、橄榄石(Mg2SiO4)、蛇纹石[Mg3Si2O5(OH)4]和滑石[Mg3Si4O10(OH)2]等。这些钙/镁硅酸盐矿石与CO2之间的反应可以自发地进行,生成稳定的碳酸盐,但反应过程极其缓慢,不能直接用于工业过程。矿物固化应用于CO2固定时,需要通过过程强化,加速CO2与矿石之间的化学反应,从而达到工业上可行的反应速率并使工艺流程更加节能。除天然的硅酸盐矿石外,某些含有钙/镁的固体废物也可以作为矿物固化的原料。

CO2以及所有碳酸盐化合物中,碳元素都处于最高价态形式,相对最稳定。但由于碳酸盐的标准吉布斯自由能较CO2更低,因而碳酸盐化合物形式相比CO2更为稳定。矿物固化CO2具有以下优势(陈骏,2009)。

1)遵循了自然界中CO2的矿物吸收过程,即含碱金属或碱土金属的矿石与CO2反应,生成热力学上更为稳定的碳酸盐矿物,从而实现CO2的永久固化。由于没有泄漏的风险,因而不需要长期投资进行监测;

2)原料十分丰富,包括含钙/镁的天然矿石,如镁橄榄石、蛇纹石、滑石和水镁石等,以及超基性岩和基性岩(如玄武岩)等,均可实现大规模CO2地质处置;

3)天然矿石的副产品具有较高的经济价值,使得矿物固化具有商业化应用潜力;

4)可因地制宜实现排放源的就地固化或者矿石所处的原位固化。因此,研究CO2的矿物固化技术对未来CO2减排具有广阔的应用前景。

目前,国际上提出了两种CO2的矿物固化方式:一种为异地(ex-situ)固化。即将矿石等固化原料运送到CO2排放源附近,通过反应装置将CO2碳酸盐化,从而达到固化目的;另一种为原位(in-situ)固化。即将CO2直接注入地下多孔的基性—超基性岩岩体中,使CO2与岩石矿物直接反应,转变为碳酸盐(图1-5)。

图1-5矿物固化CO2流程示意图(据IPCC,2005)

4.森林和陆地生态系统储存

最近研究表明,全球生物生长可储存CO2约20×108t/a(光合作用吸收600×108t/aCO2,通过有机物质的分解又有580×108t/a被释放出来)。在一个典型森林的生命周期中,每万平方米森林每年的生物质增长量为3~10t(干基),约相当于固定等重的CO2。由于森林的成熟需要100年甚至更长的时间,部分储存的碳可通过树木的腐烂或燃烧重新释放回环境。一旦森林成熟,CO2的吸收就增加较少了(师春元等,2006)。

近20年来,中国森林吸收温室气体CO2的能力明显增加,每年工业排放出的CO2平均有5%~8%,约2600×104t被吸收,从而为缓解全球温室效应作出了积极贡献。研究发现,20世纪70年代中期以前,由于毁林开荒等因素,中国森林向大气净排放了大量的CO2。但在最近20年里情况发生了逆转,森林净吸收CO2的功能明显增强,近20年共净吸收约4.5×108t碳,相当于20世纪90年代中期中国工业CO2年均排放量的一半。在被“固定”的碳中,人工林占了80%。据悉,中国人工林累计面积目前已居世界第一位,森林覆盖率也上升到16.55%(师春元等,2006)。