CO2泡沫混凝土碳封存潜力分析

CO₂捕集、利用与封存是碳中和技术体系的重要组成部分,混凝土在大规模吸收CO₂方面具有巨大的发展潜力.为了掌握CO₂泡沫混凝土的碳封存潜力,分析了CO₂泡沫混凝土的固碳机制,建立了CO₂泡沫混凝土固碳能力的数学模型,估算了CO₂泡沫混凝土的固碳和储碳能力.结果表明,CO₂泡沫混凝土碳封存能力的99%以上是由混凝土骨架的化学碳化方式完成的,而泡孔的储碳能力较弱;按照30%碳化率估算,我国每年生产的混凝土在全生命周期内的碳封存量平均为2.18亿t,超过大兴安岭林区森林1 a的碳汇;近5年,我国CO₂泡沫混凝土的碳封存潜力为5.80亿t ·a^-1,在煤电一体化矿区的固废和废气资源化利用方面具有很好的应用前景.CO₂泡沫混凝土在凝固前的稳定性是下一步要重点解决的技术难题.     

膜接触器分离混合气中二氧化碳的研究

研究了聚丙烯纤维微孔膜(HFPPM)膜接触器分离CO₂/N₂混合气中CO₂技术,考察了吸收剂的种类、HFPPM的透气率和流程等因素对CO₂分离效率的影响.结果表明,液相中传质在分离过程中占主导作用;3种吸收剂的性能依次为单乙醇胺(MEA)＞NaOH＞二乙醇胺(DEA)以浓度2.5 mol·L^-1、流速40～160 L·h^-1的MEA水溶液处理浓度20%、流速0.5～1.0 m³·h^-1的CO₂/N₂混合气时,CO₂的脱除率为95%～99.5%,CO₂的传质系数为4.5～6.8×10^-4m·s^-1;透气率大的膜组件传质系数大,腔流程中CO₂的脱除率比壳流程高30%以上.     

“碳中和”愿景下我国碳排放现状和减排路径

控制以CO₂为主的温室气体排放，“力争2030年前实现碳达峰，争取2060年前实现碳中和”是我国近年来面临的重大任务。碳排放研究是实现“双碳”目标的基础和前提，从碳排放测算、碳排放影响因素分析、行业碳排放研究三个方面对我国碳排放研究现状进行梳理，对近年来研究的重点方向、主要成果和目前存在的主要问题进行分析，并结合我国的“双碳”目标提出现阶段我国“以完善政策标准与加大政府扶持为基础，以产业结构调整与新兴产业发展、能源结构调整与新能源技术发展为核心，以探索CCUS（碳捕集、利用与封存）技术和增加碳汇及对居民低碳消费倾向的引导和培养为导向”的碳减排路径。     

大气14CO2的时空分异特征及其在化石源CO2示踪中的应用

大气CO₂中放射性碳同位素(¹⁴C)的水平可以反映化石源CO₂的影响程度,这对于评估我国目前化石源CO₂的排放状况和制定节能减排政策具有重要的指导意义。本文在概述大气¹⁴CO₂采样和分析方法的基础上,简要介绍了大气¹⁴CO₂观测的起源和主要的源汇过程,重点论述了大气¹⁴CO₂的时空分异特征及其驱动因素;阐述了化石源CO₂浓度的估算方法及¹⁴CO₂在国内外化石源CO₂示踪中的应用现状,并对大气¹⁴CO₂观测在我国化石源CO₂示踪中的应用前景进行了展望;旨在为我国正确地开展大气¹⁴CO₂的观测研究,深刻地理解特定区域大气¹⁴CO₂的时空分异特征和化石源CO₂的分布状况提供参考。     

青海湖东北岸天然草地CO2 通量变化特征

采用涡度相关法对青海湖东北岸地区草甸化草原生态系统的CO₂ 通量进行了观测,结果表明： 在生长季节(5~9 月),就日变化,08:00~19:00 为CO₂ 净吸收,20:00~07:00 为CO₂ 净排放,CO₂ 通量 净吸收峰值一般出现在12:00 时,7 月份12:00 时CO₂ 净吸收峰值为1.41 g·(m2·h)^-1;就月变化,7 月 是生长季CO₂ 净吸收最高月份,月CO₂ 净吸收量达到162.70 g·m^-2,整个生长季CO₂ 净吸收的总量达 468.07 g·m^-2。非生长季节(1~4 月及10~12 月),CO₂ 通量日变化振幅极小,最大CO₂ 净排放通量出现 在3 月,为0.29 g·(m2·h)^-1,除12 月和1 月各时段CO₂ 通量接近于零,其余月份各时段CO₂ 净排放在 0.02~0.29 g·(m2·h)^-1;3 月是全年CO₂ 净排放的最高月份,全月CO₂ 净排放量为72.33 g·m^-2,整个非生 长季CO₂ 净排放为319.78 g·m^-2。结果表明,无放牧条件下青海湖东北岸地区草甸化草原,全年CO₂ 净吸收量达148.30 g·m^-2,是显著的CO₂ 汇。     

氮输入对沼泽湿地碳平衡的影响

以小叶章沼泽化草甸为对象,利用静态箱-气相色谱法,在三江平原进行野外原位试验,研究氮输入对沼泽湿地碳平衡及其各分量的影响.氮素输入后,沼泽湿地生态系统总初级生产力提高,生物量增大,分别比对照处理增加了10%和26.8%.同时,CH₄和生态系统呼吸CO₂排放量提高,而生态系统CO₂净交换(NEE)和净碳(CO₂和CH₄都转化成对应的碳)交换降低,CO₂、CH₄和NEE的季节变化动态未改变.2004年整个生长季氮输入处理的CO₂和CH₄排放量分别比对照处理升高了34%和145%,NEE和净碳交换分别降低了70%和81.6%,但整个生长季2个处理仍然表现为碳的净吸收.氮输入没有改变沼泽湿地碳“汇”的功能,只是减弱了其作为碳“汇”的功能.     

亚热带稻田生态系统CO2通量的季节变化特征

为估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度及其对大气CO₂浓度变化的贡献,研究了稻田生态系统与大气间CO₂交换通量的季节变化特征及其影响因素.采用涡度相关技术对我国亚热带稻田生态系统CO₂交换通量进行了连续监测,在数据剔除、校正和差补的基础上,对瞬时CO₂通量值进行计算求得日CO₂通量值和年CO₂通量值,并对CO₂通量季节变化及其与主要气象因子的关系进行了探讨.结果表明,稻田生态系统光合吸收CO₂通量（GPP）、呼吸排放CO₂通量（R_eco）和净吸收CO₂通量（NEE）的季节变化均呈6～9月较高,1～5月和10～12月较低的对称分布.其中5～9月水稻生长时期的NEE总量占年总量的80%以上,对年NEE总量起决定性作用.光合有效辐射（PAR）和日平均气温（T_a）是GPP与NEE季节变化的最主要影响因子,二者与GPP和NEE分别存在显著的二元线性关系.年净吸收CO₂总量为2?475.6 g/(m²·a),这表明我国亚热带稻田生态系统是大气CO₂的汇.     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO₂交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO₂交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79mg/(m²·h)、-4.89 mg/(m²·h)、-4.06 mg/(m²·h)和-2.56 mg/(m²·h),太湖均是CO₂的汇.一般污染越重的区域,CO₂通量值越大.藻型湖区水-气界面CO₂交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO₂交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO₂通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.     

CO2收集封存战略及其对我国远期减缓CO2排放的潜在作用

碳收集封存(CCS)已被广泛地认为是一种潜在的、可供选择的CO₂减排方案,以稳定大气中CO₂浓度、减缓气候变化.本文介绍了CCS的3大环节：碳的捕获、运输与储存,对不同捕获技术及其技术经济参数进行分析评价,介绍了不同碳地质储存的机理、潜力与成本, 以及CCS的应用对全球减缓碳排放的作用.更新中国MARKAL模型,加入各种可能的CCS技术,特别是考虑CCS的煤间接液化以及多联产技术,以同时考虑石油安全与CO₂减排.通过设置不同的情景,应用中国MARKAL模型研究了CCS对我国远期（到2050年）减缓CO₂排放的潜在作用,结果表明,CCS技术的应用不仅可能减少我国的碳排放,降低边际碳减排成本（碳减排率50%时,下降率达45%）,减轻高减排率时对核电的高度依赖,还可能使我国更长时间地清洁利用煤炭资源（在C70情景下,2050年煤在一次能源消费中的比例可从10%增到30%）.我国应重视对CCS技术的研发以及示范项目的建设.     

膜吸收法脱除电厂模拟烟气中的CO2

以氨基乙酸钾、一乙醇胺和甲基二乙醇胺水溶液为吸收液,研究了聚丙烯膜接触器分离模拟烟气中CO₂的技术.分析了气液流速、吸收剂浓度、烟气CO₂浓度和吸收液CO₂负荷等对传质速率和脱除率的影响.结果表明:1mol·L^-1MEA在流速0.1m·s^-1,烟气流速0.211m·s^-1时,CO₂传质速率高达7.1mol·(m²·s)^-1;1mol·L^-1氨基乙酸钾在流速0.05m·s^-1,烟气流速0.211m·s^-1时,脱除率为93.2%;4mol·L^-1氨基乙酸钾在同样条件下脱除率达98%;而且在试验的较广烟气CO₂浓度范围内,氨基乙酸钾CO₂脱除率保持在90%以上.试验证明膜吸收法既适合目前最为普遍的PF和NGCC烟道气脱除CO₂,也是一种应用广泛、有良好发展前景的CO₂分离法.     

CCUS对中国粗钢生产的碳减排潜力评估

在评估2019年277个涉及粗钢生产的钢铁企业和17.6亿tCO₂排放量的基础上,采用针对钢铁行业的全流程CCUS系统评价模型（ITEAM-CCUS模型）研究了粗钢生产结合碳捕集利用与封存技术（CCUS）的CO₂减排潜力.评估设置了8种情景,初步回答了钢铁行业的粗钢生产通过规模化CCUS的减排规模、成本范围、封存场地、优先企业分布等关键问题.结果显示：粗钢企业开展全流程CCUS项目可以实现大规模的CO₂减排.在早期示范机会情景,企业全流程CO₂强化深部咸水开采（CO₂-EWR）和CO₂提高石油采收率技术（CO₂-EOR）结合项目增加67~467元/t粗钢的单位成本（60%捕集率的平准化成本低于300元/t）可以年累计减排8.7亿t规模CO₂,约占总捕集量的88%;单独EWR项目年累计驱替深部咸水10.5亿t.具有CCUS改造潜力的粗钢企业主要分布于渤海湾盆地、准噶尔盆地、江汉盆地与鄂尔多斯盆地.     

中国水泥工业CO2排放现状及减排对策

水泥工业是中国制造业中温室气体CO2的主要排放源,因此,根据水泥生产的基本原理和工艺特点,建立了CO2排放的数学模型并确定排放强度,计算了2001—2010年中国水泥工业CO2的排放量,分析了影响CO2排放量的主要因素及其发展趋势,并提出水泥工业CO2减排对策.结果表明,中国水泥工业CO2排放总量逐年增长,与水泥产量和单位产品原料、燃料消耗定额呈线性关系;在CO2排放总量中,原料煅烧和燃料燃烧阶段的排放量分别占49%和51%;"十一五"期间单位水泥产品CO2排放强度由0.69t.t-1下降到0.65t.t-1.万元GDPCO2排放量呈下降趋势,2008年达到最低值为0.3054t,平均每年万元GDPCO2排放量下降10.69%,说明水泥工业10年间实施节能降耗、资源循环利用、提高经济效益等措施对于减少CO2排放具有明显效果.     

2010~2015年我国水泥工业NOx排放清单及排放特征

基于我国2011~2015年水泥企业逐条生产线基础信息、活动水平及控制技术等数据,建立了水泥工业NO_x排放量计算方法和动态排放数据库.利用该方法,计算了2011~2015年逐条水泥生产线NO_x排放量,分析了2010~2015年我国水泥工业NO_x排放特征.结果表明,我国水泥工业NO_x排放量变化范围为168~199万t,自2010年的169万t增加到2012年的199万t,达到排放峰值,随后逐年下降,到2015年与2010年基本持平.水泥工业NO_x排放的地区分布不均衡,2015年安徽、四川、河南、湖南、云南、山东是排放量最大的省份,占全国排放总量的40%,上海、内蒙、山西、新疆、湖南、云南、四川是单位熟料NO_x排放强度最大的省份.从生产线规模来看,规模≥ 4000 t·d^-1的熟料生产线产量占比和NO_x排放量占比均最大,分别为68.5%和66.5%,单位熟料NO_x平均排放强度最低.水泥生产工艺结构的转变及水泥工业降氮脱硝工作的开展是影响水泥工业大气NO_x排放特征的主要因素.     

中国水泥工业CO2产生机理及减排途径研究

根据水泥生产的基本原理和工艺特点,推导出煤燃烧和石灰质原料煅烧时CO2排放因子分别为2.38 t·t-1和0.527 t·t-1;采用水泥工业CO2排放数学模型计算2001-2008年中国水泥工业CO2排放量,并分析了不同的生产技术水平和产品品种结构对CO2,排放量的影响.结果表明:中国水泥工业CO2排放量与单位产品的...     

污水处理厂不同工艺的污泥脱水效能分析及其影响因素研究

污泥脱水是污泥减量的主要手段,直接影响到后续污泥处理处置.本研究以北京某大型污水处理厂A2/O工艺和A2/O-MBR工艺污泥脱水为对象,基于2013年全年的运行数据,分析不同工艺的污泥脱水效果、絮凝剂投配率、污泥脱水电耗和污泥脱水成本,并通过冗余分析(RDA)研究了不同污水处理工艺污泥脱水性能的影响因素.结果表明,污泥脱水性能和絮凝剂投配率均呈现季节性变化特征,冬季污泥较难脱水,絮凝剂消耗大.A2/O-MBR工艺的脱水污泥含水率年均值为(81.92±1.64)%,A2/O工艺为(82.56±1.35)%,污泥脱水絮凝剂消耗(以DS计,下同)分别为(8.70±7.25)kg·t-1和(7.42±2.96)kg·t-1,电耗(以DS计,下同)分别为331.82 k W·h·t-1和121.57 k W·h·t-1.A2/O-MBR工艺的污泥脱水絮凝剂成本(以DS计,下同)为204.76元·t-1,用电成本为231.61元·t-1;A2/O工艺的污泥脱水絮凝剂成本为175.00元·t-1,用电成本为84.86元·t-1.RDA分析表明,水温等季节性因素引起污泥有机质变化是影响污泥脱水性能的关键因素之一,此外,污泥龄也与污泥脱水性能有一定相关性.     

中国水泥碳排放测算的影响因素分析与不确定度计算

作为水泥生产大国和CO_2排放大户,中国水泥行业的CO_2排放在国际上受到越来越广泛的重视,然而不同的研究结果之间存在不同程度的差异.为了定量研究中国水泥碳排放测算的影响因素,对碳排放因子的测算、运营边界的界定及水泥熟料或水泥成品的产量这3个影响因素做了详细分析,并对碳排放因子的不确定度做了定量计算.结果发现,影响中国水泥碳排放测算的最主要因素是碳排放因子,而该因素又与生产工艺、燃料和熟料水泥比等密切相关.本研究结果比IPCC、EDGAR、CDIAC和WBCSD/CSI等研究结果均低,并且差异逐年显著,以水泥碳排放来自碳酸盐分解的部分为例,2000年相差约65 Mt,而2012年差值接近450 Mt.计算表明,中国水泥碳排放不确定度为12%~22%.因此,水泥碳排放测算的影响因素较多,在计算中国水泥碳排放量时不可照搬国外研究的参数.     

韩江流域河水地球化学特征与硅酸盐岩风化——风化过程硫酸作用

流域岩石化学风化是全球碳循环的重要环节之一,硅酸盐岩风化过程消耗大气CO_2,是在地质时间尺度上调节大气CO_2浓度的重要机制。本工作在对我国东南花岗岩地区流经典型的硅酸盐岩地质背景河流——韩江流域河流水化学组成研究的基础上,分析和定量计算了河流水体主要物质来源,并对硫酸参与岩石风化和碳循环过程的作用进行了分析,进而对韩江流域岩石风化速率及其大气CO_2消耗通量进行了估算。结果表明,韩江流域河流主离子组成主要来源于硅酸盐岩和碳酸盐岩风化,并计算得出约41%的硫酸根离子来自于大气降水;流域碳酸盐岩的风化速率为21.7 t/(km~2·a),硅酸盐岩为18.9 t/(km~2·a)。硫酸参与岩石风化提供的离子贡献占流域岩石风化提供总离子量的65.9%;流域风化带来的CO_2消耗速率被高估了约61%。     

碳中和下水泥行业低碳发展技术路径及预测研究

为探究水泥行业的碳中和实现路径,从我国的国情出发,结合水泥行业生产特点,对水泥行业未来低碳发展进行了预测. 结果表明:①在碳中和背景下,水泥行业仍会存在约2×108~3×108 t的CO₂排放,产能减量是主要的CO₂减排手段,结合现阶段我国较低的水泥集约化程度和较短的熟料生产线服役年限,产能减量政策的推荐和实施应在合理的规划和政策下推进,低碳技术的发展仍是实现碳中和的关键. ②通过能效提升节能技术可实现CO₂减排约1.19×108 t/a. ③未来在替代原燃料来源、种类及替代率得到全面提升的情况下,原燃料替代技术可基本实现行业10%的CO₂减排量. ④目前,低碳水泥每年产量不足水泥总产量的5%,未来仍需通过产品技术创新,提高其生产及使用占比. ⑤CCUS (CO₂捕集、利用与封存)技术是水泥行业实现碳中和的必要路径,混凝土固碳、钙循环等在水泥行业具有典型行业优势的技术可与生产工艺紧密结合,成为未来水泥行业CCUS技术的重要发力点. 研究显示:结合水泥行业CO₂减排预测及技术路径分析,短期内我国水泥行业降碳主要思路为控制源头排放,包括流程智能化、余热利用、原燃料替代和产业结构调整等路径,实现碳达峰及CO₂减排;中期随着生产线服役年限临近及低碳水泥制备技术的发展,支撑行业碳的大幅削减;后期通过CCUS、富氧燃烧、可再生能源利用等技术来实现水泥行业碳中和的目标.      

增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响

CO2减排和土壤污染修复是我国实现经济和环境可持续发展必须解决的两大难题.基于生物固碳对根际微环境的影响,本研究提出通过增施CO2强化土壤有机污染的植物修复过程,为同时解决CO2减排和土壤污染植物修复面临的困境提供新思路.在模拟的CO2增施环境中,以C3植物菜豆和C4植物玉米为供试植物,以氯氰菊酯为目标污染物,研究增施CO2对C3和C4植物根际氯氰菊酯残留浓度的影响.结果表明,增施CO2可显著增加C3植物菜豆的地上和地下干重,在氯氰菊酯添加浓度为0、20、40 mg.kg-1时地下干重分别比自然CO2水平时增加了54.3%、31.9%和30.0%.增施CO2提高了未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量,但降低了添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际微生物数量.增施CO2对未添加氯氰菊酯土壤的菜豆根际氯氰菊酯残留浓度没有显著影响,但降低了菜豆根际氯氰菊酯的残留浓度,分别比自然CO2水平时下降24.0%（20mg.kg-1）和16.9%（40 mg.kg-1）.然而,对C4植物玉米而言,增施CO2对植物生物量、根际微生物、根际氯氰菊酯残留浓度下降没有明显促进作用,甚至有抑制作用.本实验表明,增施CO2降低了C3植物根际氯氰菊酯残留浓度,可以考虑将增施CO2作为C3植物修复土壤污染的强化措施,但对C4植物的影响还有待进一步研究.