Lessons learned from natural and industrial analogues for storage of carbon dioxide

The deployment of CCS (carbon capture and storage) at industrial scale implies the development of effective monitoring tools. Noble gases are tracers usually proposed to track CO₂. This methodology, combined with the geochemistry of carbon isotopes, has been tested on available analogues.At first, gases from natural analogues were sampled in the Colorado Plateau and in the French carbogaseous provinces, in both well-confined and leaking-sites. Second, we performed a 2-years tracing experience on an underground natural gas storage, sampling gas each month during injection and withdrawal periods.In natural analogues, the geochemical fingerprints are dependent on the containment criterion and on the geological context, giving tools to detect a leakage of deep-CO₂ toward surface. This study also provides information on the origin of CO₂, as well as residence time of fluids within the crust and clues on the physico-chemical processes occurring during the geological story.The study on the industrial analogue demonstrates the feasibility of using noble gases as tracers of CO₂. Withdrawn gases follow geochemical trends coherent with mixing processes between injected gas end-members. Physico-chemical processes revealed by the tracing occur at transient state.These two complementary studies proved the interest of geochemical monitoring to survey the CO₂ behaviour, and gave information on its use.     

有机复合填料生物滤床对甲苯气体的净化

利用一种新型有机复合填料作为生物滤床中微生物的附着载体,接种经过驯化筛选的专性甲苯降解菌,填装于生物过滤塔中净化低浓度甲苯气体。研究了新型有机复合填料在长期运行时的情况,考察了进气流量、入口浓度、床层温度和填料湿度对生物滤床的影响,最终经过优化得出,此种填料的生物滤床能够为微生物提供良好的附着生长环境,并能保持滤床的高效稳定运行,当进气流量为0.4 m3/h,入口浓度为400 mg/m3,床层温度为30℃,填料湿度为50%时,生化去除量达到30.6 g/(m3.h),并且在此条件下滤床具有良好的耐冲击性能。     

农田温室气体净排放研究进展

农业是温室气体排放的主要排放源之一,农业温室气体减排对全球温室气体排放具有重要贡献,研究农田温室气体净排放潜力亦具有重要现实意义.本文阐述了农田温室气体净排放的涵义,并归纳总结了耕作方式、施肥、水分管理、间套作等农业措施对农田土壤有机碳(SOC)含量、农田土壤N2O和CH4、农田生产物资的使用所造成的温室气体(主要为CO2、N2O和CH4)排放的影响,结果表明:保护性耕作总体能提高表层SOC含量,减少CH4排放,但减少农田土壤N2O排放的研究尚存在一定的争议,耕作方式亦影响投入,从而影响温室气体的排放;施肥(特别是配施)能提高SOC含量.施氮肥越多,N2O排放量越大,而CH4主要受有机物料的影响较大;水分对减少N2O和CH4排放有相反作用,需综合进行平衡管理;不同的作物品种、间套作模式或促进或减少温室气体排放.此外,本文指出了国外在该领域的研究注重从系统角度考虑农田温室气体排放,而国内的研究则非常少,提出我国农田温室气体净排放可作为未来研究的一个重点,并对未来研究内容进行了初步归纳总结.     

Developments in greenhouse gas emissions and net energy use in Danish agriculture - how to achieve substantial CO(2) reductions?

Greenhouse gas (GHG) emissions from agriculture are a significant contributor to total Danish emissions. Consequently, much effort is currently given to the exploration of potential strategies to reduce agricultural emissions. This paper presents results from a study estimating agricultural GHG emissions in the form of methane, nitrous oxide and carbon dioxide (including carbon sources and sinks, and the impact of energy consumption/bioenergy production) from Danish agriculture in the years 1990–2010. An analysis of possible measures to reduce the GHG emissions indicated that a 50–70% reduction of agricultural emissions by 2050 relative to 1990 is achievable, including mitigation measures in relation to the handling of manure and fertilisers, optimization of animal feeding, cropping practices, and land use changes with more organic farming, afforestation and energy crops. In addition, the bioenergy production may be increased significantly without reducing the food production, whereby Danish agriculture could achieve a positive energy balance.     

中国畜禽温室气体排放时空变化及影响因素研究

畜禽业是关系国计民生的重要产业,在满足居民生活物质需求的同时,其生产过程中所伴随的温室气体排放问题已成为不容忽视的环境问题。本文基于LMDI模型系统分析了1991-2013年中国畜禽温室气体排放时空变化及其因素贡献。结果表明:1从时间维度来看,1991-2013年,中国畜禽温室气体排放经历了先快速上升后稳定上升再波动下降的变化特征,总体呈上升趋势。经济效应对畜禽温室气体排放促进作用最大,而强度效应的抑制作用最大,其次是劳动力效应和结构效应。2期间,经济效应促进作用的累计贡献呈指数增长,而强度效应抑制作用的累计贡献呈倒"U",劳动力效应和结构效应抑制作用也不断加强。3从空间维度来看,中国畜禽温室气体排放的区域集中度较高,四川、河南、山东、云南和内蒙古等省(区、市)畜禽温室气体排放一直位居全国前列。4省域各效应作用方向和程度差异显著,四川、青海和云南强度效应抑制作用较大,辽宁、吉林和黑龙江抑制作用较小;山东、四川和黑龙江结构效应抑制作用显著,新疆和青海促进作用明显;四川、河南、内蒙古、山东、云南、湖南和河北经济效应促进作用较大,天津、上海、海南和北京促进作用较小;四川、湖北、江苏和山东劳动力效应抑制作用显著,新疆、黑龙江和内蒙古促进作用明显。最后,基于研究结论,为未来中国畜禽温室气体减排空间发展策略提出了几点建议。     

重庆市温室气体排放系统动力学研究

在全球气候变暖和快速城市化的背景下,开展城市温室气体减排研究十分迫切。重庆作为中国五大中心城市之一和西部唯一的直辖市,其协调经济发展和节能减排的实现模式对广大西部地区具有重要示范意义。本研究从社会经济发展的内部结构出发,以经济和人口增长导致的能源消费为核心,构建重庆市温室气体排放的系统动力学模型。研究中考虑不同投资率下的高、中、低三种经济发展模式,并在此基础上设置节能和低碳情景,探求节能水平提高、能源结构改善和碳汇能力增强对未来重庆温室气体排放的影响。模拟结果表明,产业能耗水平降低即节能情景,是重庆市温室气体减排的主要途径,对保证2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%目标的实现具有一定借鉴意义。最后本文在产业结构、能源消费、碳汇增加等方面针对重庆未来低碳经济发展提出对策建议。     

农田固碳措施对温室气体减排影响的研究进展

农田是CO2,CH4和N2O三种温室气体的重要排放源,在全球范围内农业生产活动贡献了约14%的人为温室气体排放量,以及58%的人为非CO2排放,不合理的农田管理措施强化了农田温室气体排放源特征,弱化了农田固碳作用。土壤碳库作为地球生态系统中最活跃的碳库之一,同时也是温室气体的重要源/汇。研究表明通过采取合理的农田管理措施,既可起到增加土壤碳库、减少温室气体排放的目的,又能提高土壤质量。农田土壤碳库除受温度、降水和植被类型的影响外,还在很大程度上受施肥量、肥料类型、秸秆还田量、耕作措施和灌溉等农田管理措施的影响。本文通过总结保护性耕作/免耕,秸秆还田,氮肥管理,水分管理,农学及土地利用变化等农田管理措施,探寻增强农田土壤固碳作用,减少农田温室气体排放的合理途径。农田碳库的稳定/增加,对于保证全球粮食安全与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义。在我国许多有关土壤固碳与温室气体排放的研究尚不系统或仅限于短期研究,这也为正确评价各种固碳措施对温室气体排放的影响增加了不确定性。     

冬水田转稻麦轮作对小麦生长季温室气体排放的影响

用静态暗箱-气相色谱法测定了川中丘陵地区典型冬水田(RF)及冬水田转稻麦轮作处理(RW)在小麦生长季的温室气体排放通量,并同步测定了土壤温度、水分和可溶态碳氮含量.结果表明,RW在小麦生长季的CH4、生态系统呼吸CO2和N2O平均排放通量分别为0.05、117.01 mg·m-2·h-1(以C计)和77.19μg·m-2·h-1(以N计),而RF相应通量分别为1.43、7.85 mg·m-2·h-1和-0.61μg·m-2·h-1.RW施氮肥后出现N2O的排放峰,其N2O直接排放系数为1.28%.土壤可溶态有机碳含量与CO2通量之间呈显著正相关关系(r=0.342,p0.01),与CH4、N2O的相关关系不显著;硝态氮、可溶态总氮含量与N2O通量的关系为显著正相关,但与CH4通量呈显著负相关.RF的综合增温潜势(以CO2-eq计,下同)为3.03 Mg·hm-2,大于RW(-1.66 Mg·hm-2),暗示冬水田转稻麦轮作会降低生态系统的综合增温效应.     

不同灌溉方式对华北平原冬小麦田土壤CO2和N2O排放通量的影响

节水灌溉是现代农业的发展趋势,为研究节水灌溉措施对农田土壤温室气体排放的影响,采用静态箱暗箱法研究了微喷水肥一体化(微喷)与传统漫灌方式下华北平原西部2013~2014年冬小麦田土壤CO_2及N_2O排放通量的变化特征及微喷方式下垂直微喷管不同距离的3个空间位置土壤CO_2、N_2O排放通量的空间变化.利用根排除法分析土壤呼吸组分,并估算不同灌溉方式下农田碳收支状况.结果表明:1微喷与漫灌方式下小麦田土壤CO_2排放通量平均值分别为418.19mg·(m~2·h)~(-1)和372.14 mg·(m~2·h)~(-1),两种灌溉方式间CO_2排放通量无显著差异,累积排放量分别为2 150.6 g·m~(-2)及1 904.6 g·m~(-2).2返青期-成熟期微喷方式下距离微喷管不同距离的3个位置土壤CO_2累积排放量表现为距离微喷管近的土壤CO_2排放量最大,但无明显差异.3微喷和漫灌方式下,小麦生长季土壤异养呼吸排放量(以C计)分别为468.49 g·m~(-2)和427.31 g·m~(-2),净初级生产力(以C计)分别为1 988.21 g·m~(-2)和1 770.54 g·m~(-2),生长生育期小麦田碳汇(以C计)分别为1 519.72 g·m~(-2)和1 343.24 g·m~(-2).4微喷与漫灌处理小麦生长季土壤N_2O排放通量的平均值分别为50.77μg·(m~2·h)~(-1)和28.81μg·(m~2·h)~(-1),两种灌溉方式间N_2O排放通量无显著差异,累积排放量分别为272.67 mg·m~(-2)及154.08 mg·m~(-2).5小麦返青期-成熟期微喷方式下3个空间位置土壤N_2O排放通量表现为距离微喷管越远,N_2O累积排放量越小,但处理间无显著性差异.可见,小麦田由传统漫灌转变为微喷节水灌溉后,农田土壤CO_2和N_2O排放通量均有增加,但农田碳汇强度也增加了.     

北京斋堂黄土剖面主要温室气体组分初步研究

全球碳循环研究表明．在北半球中纬度地带可能存在一个陆地生志汇（植被和土壤）。中国黄土分布在北半球中纬度，在CO2未知汇的研究中很可能具有重要作用。通过自制钻机对北京斋堂黄土剖面（L2上部～L1）进行了不同层位（深度）的垂直或水平打钻，利用毛细管负压原理采集到游离气体并进行了主要温室气体CP2、CH4、N2O的浓度和CO2的碳、氧同位素组成分析。此外，还分析了土样的碳酸盐含量及其碳、氧同位素组成。初步研究结果表明，黄土剖面中主要温室气体浓度远比大气中高：CO2浓度为1434．4×10－6～2458．6×10－6，是大气中的3．8～6．5倍；N2O浓度为472．2×10－9～763．9×10－9，是大气中的1．3～2．1倍；CH4浓度在剖面上部与大气中相似，但在下部为13．1×10－6～24．8×10-6，为大气中的5．4～10．2倍。斋堂黄土剖面中的破酸盐含量为1．55％～9．75％，CO2浓度与碳酸盐含量成正比关系。尽管黄土－古土壤序列富含碳酸盐，但需进一步开展黄土中的CO2浓度及碳同位素工作，以便了解黄土中CO2在全球碳循环中的地位和作用。