彻底解决碳排放的思路和方法V1

彻底解决碳排放的思路和方法

摘要：随着现代工业产业逐步形成，人类也养成一些习惯行为和做法。比如烧锅炉排烟、汽车尾气排放，好像是必然发生和天经地义的行为。今天，是时候通过理念的更新，打破惯性思维的牢笼，让我们的工业生产过程来一次变革，从根本上解决碳排放及其他污染气体排放问题，让污染物质资源化，同时实现热量、能量的充分利用，达到减排、节能、增效的综合目的。

一、碳排放现状和危害

自工业革命以来,人类活动大量排放的二氧化碳使全球出现变暖趋势,北极冰雪也加速融化，引起极端性气候灾害频发，严重危害人类生存和发展。对于全球变暖,科学家已经基本达成共识:最近50年来气温的上升主要是由于二氧化碳等温室气体增加造成的。因为二氧化碳是一种可长期存留的温室气体，它的排放量最终必须降到接近零的水平，

中国目前是世界最大的碳排放国。随着经济的发展，今后仍将持续增加。尽管中国的碳排放总量仍在增长，但排放增速自2005年以来已“稳步下降”了大约30%，2014年增速甚至放缓至接近于零，并且中国的发电厂平均能源使用效率也处在世界领先水平。中国承诺其二氧化碳排放量将在2030年左右达到峰值，有推算认为最高将达到150亿吨。作为全球最大的二氧化碳排放国，为达成这一目标中国将投入超过41万亿元人民币。

二、碳排放来源及控制

人类活动造成的碳排放是温室气体剧增的主要因素！人类碳排放主要来自于化石燃料的使用以及其他工业生产。煤炭、天然气、石油、水泥在1960～2012年间的累计排放量占总排放量的比例依次为39.2%、17.2%、40.5%、3.1%。2012年的比例依次为42.8%、19.0%、33.0%、5.2%。近十多年来，由于煤炭使用量快速增长，来自于煤炭的排放也快速增长。

从上述数据可以看出，化石燃料能源生产和利用的排放占温室气体排放2/3，减少碳排放的根本出路是减少石化燃料消耗！而能源又是经济增长基础。既要确保世界经济增长和能源安全，解决70多亿人的衣食住行，又要顾及各国不同国情逐步减少对化石燃料的依赖。

所有的发展中国家目前也都面临两难境地，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%。

三、碳排放吸收固定

地球空气中含有约不到0.03%的二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。在自然生态系统中,陆地植物和海洋生物通过光合作用从大气、水中摄取并固定碳的速率,与自然环境生物、火山、温泉等排放源释放到大气中的速率基本是相同的, 二氧化碳始终处于“边增长、边消耗” 的动态平衡状态。

大气中的二氧化碳有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5％的二氧化碳通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。而现在,随着工业的迅速的发展,使积存在地层中千百万年的碳元素,在很短时间内释放出来,而破坏了原有的碳循环的平衡，积累的二氧化碳估计需要50~100年才能自然消耗、固定。

对于空气中微量的二氧化碳等温室气体，除了依赖环境自然消耗以外，人类目前没有更好的办法。我们所能做的，就是设法增加、强化海洋、陆地吸收、固定、储存碳的能力。

四、减排理论创新

除了保护海洋环境，保护陆地植被来帮助环境增加吸收二氧化碳的能力以外，人类能做的主要在于减少碳排放。目前，减少碳排放主要有以下几种技术方向和选择。

1、采取清洁能源

首先一个方法就是使用含碳量低的清洁化石能源。但是采用天然气、页岩气等替代煤炭，同样存在很多问题，首先还是使用化石能源，存在枯竭的问题；其次含碳比例虽然下降，但仍有一半的排放；再次，有专家认为，这类石化燃料排放的水蒸气，是城市雾霾的成因之一，因为有雾才有霾的物理条件，局部空气含水量增加，容易随着气候变化快速形成污染物的“气溶胶”，这就是霾！

再有就是发展非化石能源，如核能、水电、风电、太阳能。但是就电力供应总量而言，可再生能源所占的比例仍很小。全球来看，新型可再生能源，也就是风能和太阳能，在全球主要能源供应量中所占的比重仍不足5%。1990年，化石燃料在全球电力供应中所占的比重为88%，2012年这个比例是87%。学术界也对于风能造成环境生态变化、草原沙化，太阳能光伏在产业链过程的污染、效率问题提出很多疑问，这些能源供应方式到底是不是人类的最终出路，还没有得出定论。

使用低碳能源和可再生能源显然是出路，但一国的能源结构涉及的因素太多，并非一朝一夕所能解决。

2、提高能源的利用率

现在全社会倡导节能减排，呼吁每个人通过改变用能习惯，实现低碳生活，参与到拯救环境、拯救人类自己的行动中来。但是个人的能力有限，并且少数发达国家的人均耗能长期居高不下，从某种角度来讲，这条路显然不是好的出路！

传统的能源利用观念是习惯于消耗能源来满足能源需求，节能减排手段也习惯于追求能源消耗过程中尽可能百分之百的利用。这样的思路和方法已经无法实现高耗能环节的大比例节能降耗。社会能耗水平随着经济社会的发展只能不断增加。

人们熟知的能量守恒定律，让我们许多人忽略了使用一种叫“热泵”技术的热能搬运“杠杆”作用。即消耗一份能量，带动其它介质中已有热量的再利用，目标得到同样热能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大减少，通过能量的流动，替代能量简单消耗，实现大幅度节能减排。

热泵技术有很多种，空调、制冷系统采用的是一种压缩式热泵系统，空调可以高效率地将室内外的热量来回搬运，能效比普遍在3倍以上，换句话说，比直接消耗能源物质获得热量的方法，节约能源三分之二以上！而人们使用空调、冰箱已超百年，这些年逐步推广开的水源热泵、地源热泵，也都是该原理的典型应用。

热泵有太多种类，驱动热泵工作的能量来源也包括电能、热能、势能等。现有的热泵系统输出可以很容易地达到100℃以上，介入“水-汽”沸腾高耗能环节，并且长时间高效率运行，如果我们的锅炉能从现在努力追求100%的效率，变成起步就是200%～300%的效率或更高，节能50%以上，从原来需要热量就消耗能源物质转换获得，变为从其他环节高效率回收、搬运获得，系统新增的能量消耗、环境热排放仅是原有直接能耗模式的几分之一、几十分之一，大大提高了能源的利用效率。

事实上要想实现人类能源资源的成倍增加几乎不可能，采用技术创新将社会能耗降低三分之一、三分之二甚至更多则完全可能！只要设法“让能量动起来”，能量守恒定律就能保证人类有了用不完的能源，地球也就没有日益变暖的危险了。

3、发展能源利用基础理论

现在理论界都在研究新的理论、新的能源，对于传统能源和能源应用基础理论则没有人反思和研究。目前中国电力能源的约70%靠火电提供，但是火力发电的工作原理还是基于100多年前诞生的郎肯循环，几乎没有发展！汽车、飞机还用的是“卡诺循环”，也没有突破进展。即便到了今天，郎肯循环仍产生世界上90％的电力，包括几乎所有的太阳能热能、生物质能、煤炭与核能的电站。

从哲学意义上讲，郎肯循环诞生的年代有必然的历史局限性，那个时代研究热力学的机械条件、流体力学理论和现在差距很大，难免存在一些理论限制和认识不足。即便是能量守恒定律都已经发展到了质能守恒，且还在发展，“卡诺循环”、“郎肯循环”就无懈可击、十全十美了？

其实人类一百多年的技术进步已经有理由对郎肯循环进行发展、创新。射流技术能实现利用非机械动力的方式实现对完成做功后的乏蒸汽进行再利用，可压缩流体热力学理论也能让我们设法直接回收再利用未能直接利用的乏汽凝结释放的冷凝热，让未能通过汽轮机一次转化为功的热量有机会参与下一次做功循环，经过多次转化做功，在理论上实现蒸汽动力循环整体热效率的大幅度提高。

我们提出了一种“新的蒸汽动力循环”设法实现“能量动起来”，也对卡诺循环进行再认识和应用