怎樣高效儲(chǔ)存利用二氧化碳(正式版)

1、如何高效儲(chǔ)存利用二氧化碳摘要： 二氧化碳既是對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重影響的溫室氣體， 也是與人類 生存密切有關(guān)的基本碳資源。 在自然界中， 通過綠色植物的光合作用 固定二氧化碳是合成有機(jī)物質(zhì)的起始點(diǎn)， 也是迄今為止回收和凈化的 主要手段。當(dāng)前矛盾的基本點(diǎn)是人類對(duì)化石燃料的過度依賴而導(dǎo)致二 氧化碳的排放速度超過了其自然凈化能力。 因此，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅 速發(fā)展，各國尤其是發(fā)達(dá)國家均已投入大量的資金進(jìn)行二氧化碳回收 與利用技術(shù)的研發(fā)。關(guān)鍵字：二氧化碳，儲(chǔ)存，利用 二氧化碳回收和利用技術(shù)的研究與開發(fā)大致將經(jīng)歷 3 個(gè)階段。（ 1）在上世紀(jì) 80 年代前可以視為二氧化碳的一般性應(yīng)用技術(shù)階 段，其特點(diǎn)是主要集中在物

2、理應(yīng)用方面，化學(xué)轉(zhuǎn)化及應(yīng)用的量很少， 且僅局限于尿素、純堿、碳酸鹽等少數(shù)工業(yè)領(lǐng)域。（2）80 年代以后可視為以解決全球溫室效應(yīng)為核心的技術(shù)開發(fā) 階段。隨著溫室效應(yīng)對(duì)全球環(huán)境的影響日益嚴(yán)重， 二氧化碳的捕集與 儲(chǔ)存技術(shù)和提高能源利用效率技術(shù)的開發(fā)受到普遍重視。 雖然在應(yīng)用 反面仍以物理應(yīng)用為主， 但在應(yīng)用途徑上則大力開拓如超臨界態(tài)二氧 化碳、提高油氣回收率等全新的應(yīng)用技術(shù)。 尤其是二氧化碳應(yīng)用于驅(qū) 油的新技術(shù)業(yè)已經(jīng)受到油氣生產(chǎn)企業(yè)的充分重視， 由于每增產(chǎn)一噸原 油，二氧化碳的消耗量高達(dá) 2.2 至 6.7 噸，故也是目前唯一能大規(guī)模 回收和利用二氧化碳的途徑。本階段的另一個(gè)特點(diǎn)是將二氧化碳作為原

3、料利用的一碳化工技術(shù)開發(fā)取得了令人矚目的進(jìn)展， 如二氧化碳加氫制甲醇的工藝現(xiàn)已具 備了工業(yè)化條件。（3）盡管目前二氧化碳的回收和利用取得了可喜的成就，但相 對(duì)其排放總量而言，目前的利用量是微不足道的。因此，在本世紀(jì)的 戰(zhàn)略目標(biāo)是將二氧化碳作為新碳源來對(duì)待，即通過化學(xué)、電學(xué)、生物 學(xué)等全新的技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為種種有用物質(zhì)， 或者固定在其他物 質(zhì)上形成新的有用物質(zhì)或材料。 當(dāng)前各發(fā)達(dá)國家均已為實(shí)現(xiàn)此戰(zhàn)略目 標(biāo)指定了長(zhǎng)期規(guī)劃，并加強(qiáng)開發(fā)力度，而我國則起步較晚，目前尚處 于相對(duì)落后的狀態(tài)，必須引起充分注意。二氧化碳的捕集與儲(chǔ)存。由于無碳新能源的研發(fā)與推廣， 二氧化碳資源循環(huán)利用體系的建 立等皆為長(zhǎng)期

4、的戰(zhàn)略目標(biāo)， 因而就解決當(dāng)務(wù)之急而言， 大規(guī)模地捕集 和儲(chǔ)存二氧化碳扔不失為當(dāng)前最有效的減排途徑， 對(duì)從事能源生產(chǎn)的 企業(yè)則尤其如此。目前的收集途徑大致分以下幾類。（1）燃燒后脫碳：此技術(shù)路線是以氣體凈化工業(yè)上相當(dāng)成熟的 化學(xué)溶劑吸收法工藝為基礎(chǔ)， 也是當(dāng)前僅有的已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)規(guī)模試驗(yàn) 的技術(shù)路線。針對(duì)電站排放廢氣中二氧化碳分壓低、處理最大、且同 時(shí)含有少量氧的特點(diǎn)。（2）燃燒前脫碳：此技術(shù)路線的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)化制氫及高溫下氫氣 的膜分離系統(tǒng)， 開發(fā)的重點(diǎn)是膜式轉(zhuǎn)化裝置及高溫膜分離材料。 此項(xiàng) 技術(shù)預(yù)計(jì)在 2008-2010 年建成示范裝置，從現(xiàn)在來看已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)。（3）富氫燃燒技術(shù)：此技術(shù)路線的關(guān)鍵

5、是廉價(jià)的富氫空氣供應(yīng) 及與之相適應(yīng)的高技術(shù)渦輪機(jī)的開發(fā)，此技術(shù)預(yù)計(jì)將在 2007 年建立 工業(yè)示范裝置，估計(jì)可降低捕集成本 38%左右。從目前來看，還比較 成功。對(duì)于捕集下來的二氧化碳， 當(dāng)前可行的儲(chǔ)存方式有 3 種：即地下 儲(chǔ)存，海洋儲(chǔ)存，以及森林和陸地生態(tài)儲(chǔ)存。（1）森林和陸地生態(tài)儲(chǔ)存肯定是最理想的廉價(jià)儲(chǔ)存方式，但一 個(gè)功率為 500瓦的燃煤電站約需 2000 平方千米的森林來捕集其所排 放的二氧化碳，故此方式不可能作為主要儲(chǔ)存方式。（2）海洋儲(chǔ)存，尤其是深海儲(chǔ)存室可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模長(zhǎng)期儲(chǔ)存二 氧化碳的理想方式， 但涉及技術(shù)經(jīng)濟(jì)、 環(huán)境影響等一系列復(fù)雜的問題 有待解決，故目前尚處于探索階段。（

6、3）地下儲(chǔ)存包括不可采煤層儲(chǔ)存、采空的油氣層儲(chǔ)存、強(qiáng)化 采油回注儲(chǔ)存、深部鹽水層儲(chǔ)存等多種方式?？傮w而言，這些利用天 然儲(chǔ)存的儲(chǔ)存方式比較安全可靠， 不僅應(yīng)用上較靈活， 而且也有較充 裕的儲(chǔ)存能力，故這是當(dāng)前最重要的開發(fā)方向。因二氧化碳過度排放而造成的溫室效應(yīng)和因塑料的大量使用而 造成的“白色污染”，是當(dāng)今世界面臨的兩大環(huán)保難題。因此高效利用二氧化碳將變得格外重要。 美國勞倫斯一利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用離子液體作 為二氧化碳吸收劑， 開發(fā)出一種更清潔、 穩(wěn)定和高效的捕集二氧化碳 新方法。隨著全球氣候變暖的加劇， 各國都在致力于減少燃燒化石燃料的二氧化碳排放量 碳捕集技術(shù)成為研究的重點(diǎn)。

7、 目前的碳捕集技 術(shù)主要采用化學(xué)吸附法。 二氧化碳會(huì)和胺類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)， 二者在低 溫情況下結(jié)合， 在高溫中分離。 一般可以使含二氧化碳的廢氣通過胺 液，分離出其中的二氧化碳， 之后在適當(dāng)?shù)胤酵ㄟ^加熱胺液再將二氧 化碳釋放。目前科學(xué)家在激光合成納米結(jié)構(gòu)方面取得突破， 合成了多種納米 結(jié)構(gòu)，為開發(fā)新型催化劑奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)溫室效應(yīng)和能源消耗被越來越多人關(guān)注的時(shí)候， 科學(xué)家們正在 試圖尋找從源頭上解決問題的途徑， 其中利用太陽光把二氧化碳高效 率還原成甲醇、 甲烷等燃料在理論上是可行的， 但是還原過程需要的 催化劑成為制約因素。科學(xué)家研發(fā)的這項(xiàng)工藝的基本過程是激光打到金屬靶上后強(qiáng)能 量在短時(shí)間內(nèi)釋放

8、，得到等離子體、蒸汽或金屬液滴等產(chǎn)物，若采用 納秒脈沖激光，脈沖短，產(chǎn)物尺寸分布寬，結(jié)構(gòu)較為單一。他們?cè)谘?究中采用毫秒脈沖激光， 脈沖長(zhǎng)，獲得了多種結(jié)構(gòu)和尺寸可控的新型 納米材料，如納米空心球、三維自組裝納米結(jié)構(gòu)、納米異質(zhì)結(jié)等，并 建立了新型的工藝?yán)碚?。CO2 在化工合成上的應(yīng)用： CO2 除了成熟的化工利用（例如合 成尿素、生產(chǎn)碳酸鹽、阿司匹林、制取脂肪酸和水楊 酸及其衍生物 等）以外，現(xiàn)在又研究成功了許多新的工藝方法，例如合成甲酸及其 衍生物， 合成天然氣、乙烯、丙烯等低級(jí)烴類，合成甲醇、壬醇、 草酸及其衍生物、丙酯及芳烴的烷 基化，合成高分子單體及進(jìn)行二 元或三元共聚，制成了一系列高分

9、子材料等，另外，利用 CO2 代替 傳統(tǒng)的農(nóng)藥作殺蟲劑，也在研究之中。CO2 在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用： 作為一種廉價(jià)的原料， CO2 可用于蔬菜、 瓜果的保鮮貯藏。目前， CO2 氣調(diào)冷藏已在歐美、 日本、澳大利亞 等國家用于蘋果、梨、柑桔和一些熱帶水果的貯藏。 CO2 也能用于 糧食的貯 藏，它比通常所用的蒸蒸劑效果更好。 把C02引入蔬菜溫 室，能增加蔬菜的生長(zhǎng)速度， 縮短其生長(zhǎng)周期， 提高溫室的經(jīng)濟(jì)效益。 用飛機(jī)將于冰撒入云層施行人工降雨，能解決久旱無雨， 莊稼失收 的問題。CO2 在一般工業(yè)上的應(yīng)用： CO2 是很好的致冷劑。它不僅冷卻 速度快，操作性能好，不浸濕產(chǎn)品，不會(huì)造成二次污 染，而且投資 少，人力省。利用 CO2 保護(hù)電弧焊接，既可避免金屬表面氧化，又 可使焊接速 度提高 9 倍。最近美國制成了不受煙、 砂石和煙霧妨礙， 能夠正確測(cè)定距離的 CO2 激光測(cè)距 器。 CO2 在石油工業(yè)上的應(yīng)用 已較成熟。這首先體現(xiàn)在提高石油的采油率上。 CO2 作為油田注入 劑，可有效地驅(qū)油。另外， CO2 用作油田洗井用劑，效果也十分理 想。目前，