天然气不是清洁能源(最终校对稿)

天然气不是清洁能源

白静

辽宁省工业烟气治理产业技术创新战略联盟110004

前言

在保护环境大的时代背景下，清洁能源的关注度与日俱增，我国的科普教材、政府部门的有关环保文件、专家学者的学术论文都在关注清洁能源，其中将天然气列为清洁能源说事的居多，那么天然气究竟是不是清洁能源，直接关系到环保举措的科学性，因此十分重要。

本文通过列举了解天然气，包括概念、成因、本质、主要成份、基本特点和用途与优点，从天然气的本质、主要成分、目前具体用途等阐明天然气不是清洁能源。

关键词：天然气清洁能源

一、了解天然气

1、概念

广义上的天然气，是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体（包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等）。

狭义上的天然气，即人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。

本文阐述围绕狭义定义上的天然气。

2、成因

天然气（Natural Gas）是埋藏在地下的古生物，经过亿万年的高温和高压等作用而形成的。

3、本质

天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。

4、主要成份

天然气主要成分烷烃，其中甲烷（CH4）占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。

5、基本特点

天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高

6、用途与优点

天然气主要用途是作燃料，可制造炭黑、化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。

采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，能大幅度减少二氧化硫、二氧化碳和粉尘排放量，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，有利于改善环境质量；天然气作为汽车燃料，具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低等优点；天然气与人工煤气相比，同比热值价格相当，并且天然气相对清洁，能延长灶具的使用寿命，也有利于用户减少维修费用的支出。

二、天然气不是清洁能源

清洁能源

经“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核的清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和“可再生能源”，如水力能、风力能、太阳能、生物能(沼气)、地热能(包括地源和水源)海潮能等。

1、从本质上看

如前述，天然气是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。化石燃料也称矿石燃料，是一种烃或烃的衍生物的混合物，其包括的天然资源为煤炭、石油和天然气等，是由死去的有机物和植物在地下分解而形成的，是不可再生能源。因此天然不是清洁能源。

2、从主要成分上看

如前述，天然气主要成分烷烃，一般含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气及少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。

2012 年9 月 1 日，《天然气》（GB17820-2012）强制性国家标准正式实施。该标准虽然对天然气品质要求有较大幅度提高，但，其中：每立方米天然气总硫含量由不大于100毫克提高到不大于60毫克；二氧化碳含量由小于或等于3%提高为小于或等于2%。

这说明天然气依然含硫和二氧化碳，足以说明天然气不是清洁能源。

3、从具体用途上看

目前天然气的主要用途有天然气发电、天然气化工、城市燃气、压缩天然气汽车，除天然气化工外，其它三种用途都是以天然气的燃烧方式来实现能源利用的。

首先，我们不妨列举一下甲烷燃烧方程式：

完全燃烧：CH4+2O2=CO2+2H2O（反应条件为点燃）

甲烷+氧气→二氧化碳+水蒸气

不完全燃烧：2CH4+3O2=2CO+4H2O

甲烷+氧气→一氧化碳+水蒸气

大家都知道二氧化碳是温室气体，而一氧化碳对人体的危害也是普遍认知的。

此外，从甲烷完全燃烧的方程式上可看到： 1立方米天然气完全燃烧，可生成1立方米二氧化碳，1mol的天然气完全燃烧产生2mol的液态水，西安交通大学车得福教授研究得出的结论：每立方米天然气燃烧能释放出1.55公斤的液态水。例如：2017年冬季的北京地区，平均每天燃烧1个亿立方米天然气，那么如此推算冬季的北京地区，每天就有人为地向空气中排放15.5万吨的液态水。

诚然，雾霾的生成是一个很复杂的物理和化学反应过程，需要对应的气候条件和诸多雾霾因子同时并存，但我们必须清楚一个关键点：雾霾是雾与霾的迭加。德国马克斯－普朗克研究所研究员苏杭博士说：“空气中含水量越多，就越容易产生化学反应。”天然气锅炉排放的大量液态水，在一定区域内静稳与湿度大的天气出现，且雾霾因子PM2.5并存时，会对雾霾的生成起到助推（帮凶）的作用。

其次，我们当前所称的工业烟气脱硝，即脱除工业烟气中的氮氧化物（NOx）。NOx主要指NO和NO2,其次是N2O3, N2O, N2O4和N2O5。燃料燃烧过程中，NOx 的形成途径主要有两条: 一是有机地结合在燃料中的氮化物在高温火焰中发生热分解，并进一步氧化而生成NOx;二是燃料燃烧用的空气中的氮在高温状态与

燃烧空气中的氧发生化合反应而生成NOx。NOx的生成量虽然与燃烧的容量、结构、燃烧设备、燃料品质、炉内温度水平和氧量、运行方式等有关，虽然天然气本身没有氮化物，但燃烧中氮氧化物的产生必定以一定量的形式客观存在，这一点不难从相关天然气锅炉烟气排放国家标准中找到答案。

但不可忽视的是：氮氧化物涉及到PM2.5生成，尤其采暖季能源消耗与冬季扩散条件不利的双重因素叠加，会直接涉及到雾霾的生成。

单以天然气锅炉为例：天然气在燃烧过程中需要空气，而空气中80%是氮气，约21%是氧气。常温下，氮气是一种很稳定的气体，但在高温条件下就会产生氮氧化物。

三、结论

通过以上列举与三点论述，不难看到天然气做为能源的一种，其优点很多，但它不是清洁能源，相信这一点于我们对能源的利用和环保事业有重要意义。

2018年12月26日