二氧化碳减排措施和技术

二氧化碳减排措施和技术

二氧化碳减排措施和技术

摘要：本文主要阐述了关于二氧化碳减排的基本技术手段和基本原理。文章从提高能源利用效率和转化效率以及二氧化碳的捕集、分离和利用等方面介绍了中国二氧化碳减排的各种技术现状,并对二氧化碳减排技术的在国外的具体发展方向作了初步探讨,。许多国外的化工公司通过提供减排产品促进汽车应用绿色化。汽车的绿色化包括用生物基材料替代石油基材料、降低轮胎滚动阻力、发展塑料

汽车、开发更多汽车用绿色产品。另一些化工公司正在开发用二氧化碳作为低成本化工原材料的新技术，包括将CO2转化为燃料、利用合成生物学开发生物燃料。这些新技术均为中国二氧化碳减排及利用前景提供了一定的参考方向。

关键词：二氧化碳减排；捕获与分离；绿色化工；二氧化碳燃料

全球每年有250多亿吨二氧化碳排放,中国已达60多亿吨,位居世界第一。大量CO2的排放所带来的全球性的极端气候问题已经引起科学界、各国政府及公众的强烈关注。为此，如何减少CO2的排放问题已经被列入各国政府、联合国会议的首要议题，放在优先考虑的地位，成为全球诸多重大问题亟待解决的战略课题。

2009年12月7-18日召开的哥本哈根会议提出,面对气候变化的严峻挑战,我们必须采取更加强有力的政策措施与行动,努力控制温室气体排放,建设资源节约型和环境友好型社会。中国政府做出承诺,到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40% ~45%,非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。

当前，减排的主要路线首先是从源头上减排，即通过调整产业、经济、能源结构，鼓励低排放、低能耗企业的建设，对高能耗的企业实行技术改造；大力发展节能技术，提高能源利用率；寻找新能源；增强公民意识，改变生活方式等；其次，对迫不得已排放的CO2通过回收分离、捕获贮存、资源化利用等技术减少或消除其排放。

1. 二氧化碳减排的基本技术手段和原理

1.1捕获分离CO2技术

1.1.1吸收法

包括物理吸收和化学吸收。物理吸收是指利用那些对CO2具有较大溶解度的有机溶剂做

吸收剂，通过对CO2的加压让其溶解到该溶剂内，再通过减压让CO2释放出来，通过这样的交替方式完成CO2的捕获分离。当然溶剂的选择非常重要，一般要求其具有无腐蚀性、无毒性和良好的化学稳定性。常见吸收剂有丙烯酸酯、甲醇、乙醇、聚乙二醇等等。化学吸收是指利用碱性溶液如碳酸钾等对CO2进行溶解捕获，再通过脱析作用完成对CO2的分离和溶剂的再生。该方法适用于大流量低浓度CO2的分离回收。

1.1.2吸附法

通过吸附剂在一定条件下对CO2进行选择性吸附，再将CO2解析分离的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅胶、分子筛等。按照改变的条件，吸附法又可分为：变电吸附(ESA)、变压吸附(PSA)、变温吸附(TSA)等。其中以变压吸附法发展较为迅速，目前在化肥、化工工业中获得了广泛应用。

1.1.3富氧燃料

该技术是利用空分系统获得富氧甚至纯氧，再与纯的CO2以一定比例混合后送入炉膛与燃料混合燃烧。这样由于除去了氮，就可以在排放气体中产生高浓度的CO2，通过烟气再循环装置去稀释纯氧，重新回注燃烧炉。采用这种富氧燃烧方法，由于助燃气体中氧气浓度较高，燃烧比较完全，不但大大降低了烟气黑度，还因为氮气量的减少，而减少了热损失，节约了能源，故而被发达国家称之为“资源创造性技术”，有着良好的应用前景。目前的oxy-fuel技术又得到了进

一步的发展。在oxy-fuel技术中，由于烟道气中CO2的浓度很高，这样就有利于对CO2进行捕获和封存。

1.1.4膜分离法

又称分子筛法，利用不同的聚合材料对不同的气体具有不同的渗透率，将CO2从锅炉尾部烟气中分离出来的方法。其最大优点在于投资少，结构简单，操作方便。工业上常见的分离CO2的膜有醋酸纤维膜、乙基纤维素膜、聚苯醚等。这些膜对于CO2现出良好的渗透性。随着高分子材料科学的不断发展，膜分离技术将不断完善，成为CO2的捕获分离的又一重要手段。

1.2捕获封存技术(CCS)

将含有CO2的废气通过一个装有三维网筛的烟囱，废气在上升的过程中与从上方喷淋下来的化学溶剂相遇，CO2气体被溶剂吸收，随后再将其从溶剂中提取出来进行压缩，然后用泵注入地下储存。由于地球储存CO2的潜力十分巨大，因而地质封存被普遍认为是未来主流的封存方式。由于该方法减排效果较好(可捕集90%以上的CO2的排放)，加之地球储存CO2的潜力巨大且对环境友好，因而受到了越来越多的国家的广泛重视。但是，这种技术也有一定的局限性。首先，它存在一定的环境风险，比如，溶解的CO2会对地下水的化学性质产生影响，浅层地下和近表面环境处气态CO2高浓度产生的直接效应以及CO2泄漏和盐水取代对地下水的危害、对陆地和海洋生态系统的危害、诱发地震、引起地面沉降或升高等。其次，能耗大，成本高。从捕集到运输再到贮存，每一个环节都要耗能，如果将该技术用于电力生产，每kWh电的费用估计会增加约0.01~0.05美元，排放每t CO2的成本是30~70美元。由此可见，该技术能否获得广泛应用，还取决于环境、技术、资金以及政策等问题。但是，随着技术的不断成熟，CCS技术将成为未来CO2减排的重要手段。

1.3 CO2的资源化利用

CO2早期主要用来合成尿素、碳酸氢铵等化学肥料，以及用来生产纯碱、小苏打等基础化工原料。现在，CO2被广泛应用于化工、机械、食品、农业、医药、烟草等行业。利用现代科学技术，可以将其转化为有机燃料、化工原料、中间体或有机化工产品。“变废为宝”，对于缓解能源紧张、节能减排不失为一举两得。

2二氧化碳减排的具体手段和新型技术

2.1 电站二氧化碳减排应用

将电厂和其他高耗能装置排出的大量CO2打入油田井下,既隔离封存了CO2,又可以提高油田采收率,是处理大量排放的CO2的出路之一。欧盟委员会估计，到2030年可捕获的CO2大约相当于欧盟建议书要求该地区在2030年减排CO2数量的15%。欧盟已承诺在今后几年支持12项不同技术捕获CO2的示范项目。

富氧燃料(oxy-fuel)技术,即向燃煤电站进纯氧,而不是进空气。这样除去了氮,就可以在排放气体中产生高浓度的CO2。用富氧燃料,可以产生富CO2烟道气,为准备封存而分离和净化CO2的成本可以降低。空气产品公司现已开发了试验室规模的技术，准备在示范装置检验这项技术。罗地亚能源服务部也建立了一家负责能源供应管理和生产的集团。罗地亚认为用CO2排放气作原料不是一个可行的选择,因为排放的CO2要扩散,过程将是高耗能的,但公司正在研究CO2捕获的化学方法。

近几个月,CO2捕获技术可能更向前推进了一步。UCLA的化学家Omar Yanghi 领导的研究人员在《科学》杂志刊登了一篇文章,强调他们发现了一种新颖的多