碳中和视域下四川省能源消费CO_(2)与大气污染物协同减排研究

化石燃料的使用是CO_(2)和大气污染物的主要来源,两者具有同源性。在中国提出碳中和目标背景下,各省份均面临较严峻的减排形势。四川省是中国优质能源供应基地和西部经济高质量发展的重要增长极,减排责任尤为重大。基于2011—2020年的四川统计年鉴和中国能源统计年鉴相关数据,设计基准、低碳和强化低碳3个情景,通过Leap模型对四川省2022—2050年的能源消费量和CO_(2)、大气污染物排放量进行预测,并分析不同情景下CO_(2)和大气污染物的减排效果,最后基于分析结果提出相应建议。

CO_(2)捕捉技术在船舶减碳中的应用分析及展望

船舶碳捕集技术成为当前减少船舶碳排放的重要解决方案之一。针对短期内减少船舶尾气CO_(2)排放的问题,本文系统梳理了CO_(2)捕捉技术及其在船岸的应用和发展;通过对比分析法得出不同方式的CO_(2)捕捉技术的成熟度及优缺点,并在此基础上深入分析了目前CO_(2)捕捉技术在船舶应用中存在的捕捉效率不高、运行成本较高、政策标准不完善等方面的问题;提出了未来船舶尾气碳捕捉技术发展方向及建议,为商船碳捕集技术的更深入研究和推广应用提供更多思路和参考依据。

中国钢铁行业CO_(2)排放特征和减排路径研究——基于ARIMA-LEAP模型

为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性,基于时间序列中的ARIMA模型,对未来相关产量进行客观预测,构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型,并以2020年为基准年,每5a为时间节点,研究了2020~2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及各工序的CO_(2)排放情况.在技术进步中考虑了氢还原炼铁技术,在能源结构调整中考虑了发电方式调整,在此基础上分别设置了4种单一情景和4种组合情景来研究其减排潜力.结果表明,4种组合情景下的含有规模减排的3种组合情景CO_(2)减排潜力均高于单一情景.其中SUR+TER､SUR+STR和综合减排情景可以在2030年实现达峰,达峰年均为2021年,达峰时CO_(2)排放量分别为13.225亿t､13.359亿t和13.289亿t.单一情景中相较于基准情景CO_(2)减排量由高到低依次为:规模减排情景(SUR)、结构减排情景(STR)、技术减排情景(TAR),在2030年相对于基准情景的减排量分别为493.1Mt、247.8Mt以及105.1Mt.借助LEAP模型的能源核算以及CO_(2)排放核算功能,研究了综合减排情景下2020~2030年不同工序,不同能源的CO_(2)排量,其中CO_(2)排放较多的3个工序为炼铁､轧钢以及烧结工序,产生CO_(2)较多的4种能源为洗精煤、喷煤粉、电力以及焦炭,其中洗精煤CO_(2)排放量更是达到10Bt级,而其余3种能源也达到Bt级.确定了中国钢铁行业CO_(2)排放特征.对技术减排以及结构减排成本进行简单比较,制定中国钢铁行业CO_(2)减排路径.

CO_(2)转化技术的环境和经济效益评价及未来发展趋势

2022年全球CO_(2)排放量约为360.7亿t,仅2.3亿t CO_(2)被捕获并利用,占比仅为0.64%。为了实现2060年的碳中和目标,CO_(2)排放量需降至50亿t,CO_(2)利用总量需达到12亿t,其利用占比将增至24%,提高CO_(2)利用水平迫在眉睫。碳捕集、利用与封存(CCUS)技术已经成为减少CO_(2)排放、应对全球气候问题最具潜力的技术选择之一,通过不同的技术路径将捕集的CO_(2)转化为具有高附加值的工业产品一直是学术界和工程界的研究重点和热点,但不同的转化技术对于CO_(2)减排的潜在贡献仍存在不确定性。对近年来CO_(2)转化技术的发展现状进行了系统的综述,聚焦于3种具有代表性的CO_(2)转化路径和产品,并结合工业应用案例,对不同技术路径和不同产品的环境影响和技术经济性进行了比较分析。CO_(2)的碳酸化、利用CO_(2)生产聚合物产品等路径具有较高的碳负排放潜力,对于减少总体CO_(2)排放具有重要意义。

大气CO_(2)浓度升高背景下优化施氮对淹水稻田CH4排放的影响

为探讨未来气候变化条件下,合理管理氮肥以充分协调水稻产量与温室气体排放量之间的矛盾,实现低碳排放并保持水稻产量,本研究探讨了大气CO_(2)浓度升高120μmol·mol^(-1)与氮肥减施40%对淹水稻田水稻生产及CH4排放的影响及机理。利用开顶式气室(OTC)组成的CO_(2)浓度自动调控平台设置4个处理,即环境CO_(2)浓度+施氮250 kg·hm^(-2)(CK)、大气CO_(2)浓度升高120μmol·mol^(-1)+施氮250 kg·hm^(-2)(C+)、环境CO_(2)浓度+施氮150 kg·hm^(-2)(N-)、大气CO_(2)浓度升高120μmol·mol^(-1)+施氮150 kg·hm^(-2)(C+N-),分析了稻田CH4累积排放量(CAC)、水稻生物量及产量、土壤理化性质及酶活性等指标。结果表明:与CK处理相比,C+处理使CAC/产量显著提高了16.93%,N-处理使CAC/产量显著降低了13.33%,C+N-处理使CAC/产量降低了7.89%,但不显著;N-处理在一定程度上削弱了C+处理对CAC、CAC/产量、水稻生物量、土壤可溶性有机碳含量的促进作用;逐步回归分析表明,基于可溶性有机碳和硝态氮含量及土壤脲酶活性的线性模型,可解释稻田CH4累积排放64%的变异。综上,在大气CO_(2)浓度升高条件下,氮肥减施可通过影响土壤碳、氮基质及土壤脲酶活性来调节稻田CH4排放。

菌藻共生系统污水处理及CO_(2)固定作用机制的研究进展

目前水生态环境污染严重,现有水处理工艺存在能耗高、温室气体排放等问题。菌藻共生技术是一种能同步处理污水和固定CO_(2)的绿色处理技术。文章综述了菌藻共生体系提高减污固碳效率的作用效能及作用机制,详细阐述了菌藻共生体系降解氮磷污染物及固定CO_(2)的作用机理:微藻通过同化作用实现对氮磷的吸收,并通过光合自养、异养、兼养3种固碳过程实现CO_(2)的固定;细菌通过硝化作用和反硝化作用脱氮,利用聚磷菌强化除磷,通过促进碳酸酐酶的产生来提高藻细胞的固碳效率。总结了菌藻共生体系实际应用中的现存问题,并对未来的研究方向进行了展望,为今后菌藻共生体系的进一步应用提供了理论支持。

徐州市不同行业CO_(2)排放量测算及减排措施

在城市发展过程中,准确计算城市碳排放量对优化和指导CO_(2)减排路径至关重要。通过收集26年的徐州统计年鉴,运用碳排放因子法计算了徐州市化石能源、家庭燃气、水泥、钢铁、化工、电力和交通运输的CO_(2)排放量。结果发现徐州市1995—2020年各行业CO_(2)排放量情况为:化石能源消费CO_(2)排放量为2.765 18×10^(7)~1.335 63×108t,家庭燃气CO_(2)排放量为0.931×10^(5)~5.275×10^(5)t,水泥行业CO_(2)排放量为1.050 185×10^(7)~3.894 500×10^(7)t,钢铁行业CO_(2)排放量为0.565 9×10^(6)~8.195 7×10^(6)t,化工行业CO_(2)排放量为0.722 8×10^(6)~4.411 4×10^(6)t,电力行业CO_(2)排放量为0.690 87×10^(7)~3.339 01×10^(7)t,交通运输CO_(2)排放量为0.658 0×10^(6)~7.340 3×10^(6)t。徐州市政府应根据各行业CO_(2)排放特点,从加大政策扶持、加强碳汇利用、倡导低碳发展和研发清洁能源等角度合理制定减碳措施。

微藻生物固定CO_(2)耦合污染物减排技术应用及展望

“碳达峰”与“碳中和”(“双碳”)是传统工业面临的巨大挑战,如何实现减污降碳协同增效愈加重要。微藻光合作用能固定CO_(2),还可利用废气及废水等作为营养源生长,减排污染物的同时实现生物质增值,是有望助力“双碳”战略目标的新型生物技术路线。基于微藻固碳减排技术的发展现状,探讨了微藻光合作用固定CO_(2)的机理;综述了影响微藻固碳效率的无机碳源、传质、光源、温度及pH值等关键因素及强化策略;深入分析NO_(x)、SO_(x)等在微藻培养体系中的溶解、传输、吸收利用及转化机理;系统探讨了微藻减排烟气污染物的方法和技术路线;进一步归纳了在污水处理以及重金属处理方面的作用机理和潜力;围绕微藻生物质的高价值转化以及产业化应用等方面开展了相关综述。最后讨论了微藻生物技术当前实践面临的挑战和未来前景,为“碳中和”探索协同减污降碳的技术方法、开发应用及工程实践提供参考。

耦合绿电煤气化生产化学品过程CO_(2)减排潜力

耦合可再生能源生产的绿电为煤气化反应供热以消除燃烧供热实现自热平衡的影响,不仅可有效降低气化过程CO_(2)排放量,还能提高合成气氢碳比(H/C),从而降低以煤气化为源头生产化学品的水煤气变换工段中CO_(2)排放。对不同类型的常规气化反应器和相应的耦合绿电反应器进行建模与模拟,判明合成气组分的主要影响因素,分析了温度对合成气组分的影响,探讨合成气H/C随温度变化规律,并计算不同化学品生产过程的CO_(2)减排潜力。结果表明,耦合绿电的气化反应器合成气中CO_(2)排放较常规气化反应器分别减少了12.63%(固定床)、11.01%(气流床)、9.23%(输运床)和5.12%(流化床),且H/C呈上升趋势;温度对合成气组分影响较大,热解解耦和气化反应的反应器一定程度上影响合成气组分;温度低于1500 K时,H/C随温度升高而降低;温度高于1500 K时,H/C随温度升高而缓慢升高;耦合绿电煤基化学品生产过程CO_(2)排放大幅减少,操作在更低温度和压力的气化反应器具有更高的合成气H/C和CO_(2)减排潜力;耦合绿电的固定床系统效率优势明显;考虑到耦合绿电的高温反应器存在的技术困难,耦合绿电的固定床、流化床和输运床反应器更具可行性。

燃煤电厂CO_(2)捕集的减排效率研究与展望

为了客观评价不同CO_(2)捕集技术的能耗水平,判别CO_(2)捕集技术的有效性和经济性,提出减排效率概念和计算模型。CO_(2)减排效率表示某种CO_(2)捕集技术的有效减排能力,即捕集单位CO_(2)所发生的CO_(2)有效减排量,减排效率模型对CO_(2)捕集技术的能耗进行归集和平准化计算,其值越大表明减排效果越佳。利用减排效率模型测算,目前我国燃煤电厂CO_(2)捕集技术的减排效率理论极值为98%,燃烧前、燃烧中和燃烧后捕集技术的减排效率分别达到80%、70%和58%~68%。经工程应用实践验证,减排效率模型能满足评价要求。最后对CO_(2)捕集技术的发展进行了展望,认为未来随着捕集技术的不断进步和创新,CO_(2)减排效率将超过90%。

工业烟气CO_(2)的排放特征、测试及捕集技术研究

CO_(2)是主要的温室气体,减排CO_(2)应对气候变化已成为国际共识,工业烟气是重要的人为CO_(2)排放源。对工业烟气CO_(2)的排放特征、主要测试及治理技术进行了系统的分析和研究:电力、钢铁、水泥等工业行业排放烟气中CO_(2)浓度分别在9.7%~15%、2%~28%、11%~29%;CO_(2)测试技术主要有非分散红外吸收法、气相色谱法、光谱法、化学吸收法等,其中,非分散红外吸收法在国内外应用最为成熟,是目前主流的固定源CO_(2)测试技术;CO_(2)捕集技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法、深冷法等,其中,化学吸收法广泛用于低浓度CO_(2)烟气(体积浓度≤30%)捕集。研究结果可为后续工业大幅降碳提供借鉴。

优化HPPO装置工艺技术降低CO_(2)排放

采用中国石化的全套过氧化氢直接氧化制环氧丙烷(HPPO)专利技术以及中国石化长岭分公司的工业HTS催化剂,以400 kt/a的HPPO装置为例,在反应温度25~90℃、反应压力0.2~3.4 MPa、丙烯质量空速0.4~8.0 h^(-1)、甲醇/过氧化氢摩尔比4~20、丙烯/过氧化氢摩尔比1.2~10.0、pH=8.7~9.7的范围内,采用Aspen Plus软件对HPPO装置的环氧化反应单元的CO_(2)排放量进行计算。计算结果表明,改变反应温度和反应压力影响CO_(2)排放量,CO_(2)排放量由高到低,达到最低值后,由低到高;CO_(2)减排量为687.91~2942.59 t/a;各参数对CO_(2)减排量的影响程度从大到小依次为反应温度和反应压力、甲醇/过氧化氢摩尔比、丙烯/过氧化氢摩尔比、丙烯质量空速、pH。

面向电力传输的大气污染物及CO_(2)减排效应研究

由于优化电力配置后不同地区污染负担被重新分配,政府开展了空气污染减排政策。为此,文章提出研究面向电力传输的大气污染物及CO_(2)减排效应。对全国全部监测站点的电力传输数据进行分析和统计,选择QIO模型模拟2022年的年均电力传输量,估算不同省份的大气污染物及CO_(2)排放量;按照获取数据结果选择对应减排措施,以工业发达城市作为减排模拟区域,分别对大气污染物及CO_(2)实行减排措施。综合减排模拟结果来看:对SO_(2)、NO_(x)、CO_(2)。减排量贡献最大的措施为“工业设施改燃”、对PM_(2.5)、PM_(10)、PMTSP减排贡献最好的措施是“淘汰自备电站”。

铜硫比对CuS_(x)催化剂CO_(2)电催化还原性能的影响

采用水热合成法制备了CuS_(x)催化剂,通过改变前驱体铜硫比〔n(Cu)∶n(S)〕,调控催化剂形貌和反应路径。将CuS_(x)催化剂用于温和电势下CO_(2)高效电催化还原制CO反应。采用XRD、FESEM和XPS对CuS_(x)催化剂进行了表征,探究了铜硫比对CuS_(x)催化剂电催化CO_(2)还原“构效关系”的影响。结果表明,铜硫比影响CuS晶体成核与生长,进而影响CuS_(x)催化剂的形貌和S空位缺陷。当铜硫比在2∶1~1∶4内变化,CuS_(x)催化剂的形貌由荷花状转化为花球状,S空位含量由20.66%提高至63.37%,CO_(2)电催化还原活性和目标产物CO选择性明显提升。由铜硫比为1∶4制备的CuS_(x)催化剂(CuS-1∶4)在0.1 mol/L的KHCO3电解液中,在–0.51 V vs.RHE(可逆氢电极)的温和电势下,CO选择性达72.67%。CuS-1∶4优异的CO_(2)还原性能归因于催化剂花球状形貌、高比表面积和气体扩散通道提供的不饱和活性位点促进了气体扩散,以及S空位缺陷对电子传递和*COOH中间体在催化剂表面吸附的强化作用。

中国民用航空器CO_(2)减排潜力的区域划分

对中国进行科学的区域划分,是研究具有区域差异性与空间相关性航空器CO_(2)排放问题并提出差异化CO_(2)减排措施的重要基础。基于2007—2016年中国部分地区民用航空器运行数据,在构建CO_(2)减排潜力分类模型的基础上,通过Kruskal算法得到省域网络关系最小生成树;采用谱聚类算法,以“最大化区划优度”为目标,划分航空器CO_(2)减排潜力的不同区域。结果表明:最优区域划分为四分区,区划优度为0.35;航空器CO_(2)减排潜力高的区域主要分布于中国西南和中南地区,潜力低的区域主要分布于东北和华北地区;针对各区域CO_(2)减排特征,从民航局、机场和航空公司等不同主体提出了差异化的区域CO_(2)减排措施。

石化行业CO_(2)排放核算与减排技术进展

全面细致地进行CO_(2)排放核算是炼化企业挖掘碳减排潜力、升级碳减排技术、实现“双碳”目标的基础依据。综述了国内外石化行业CO_(2)排放的核算方法与减排技术,重点介绍了CO_(2)排放核算模型、核算方法、核算指南与规范,以及基于核算结果的CO_(2)减排技术,分析了国内外大型炼化企业CO_(2)排放核算成果、减排技术效果及发展趋势,以期为炼化企业在转型发展、节能降耗、CO_(2)减排和利用等方面提供借鉴。

水泥生产中CO_(2)排放量降低的技术和策略研究

针对水泥生产中CO_(2)排放的问题展开研究,通过分析CO_(2)排放的来源和影响因素,总结降低CO_(2)排放的技术和策略,探讨了降低水泥生产中CO_(2)排放量的方法和途径。政府出台环保政策、企业采用环保技术措施、消费者选择绿色建材产品等都是降低CO_(2)排放的有效手段。

碳达峰视角下的机场航空器CO_(2)减排潜力研究

科学测算机场航空器CO_(2)的减排潜力对民航实现“双碳”目标具有重要意义。基于中国31个省域(除港澳台)机场航空器CO_(2)排放量,采用面板回归方法分析了4类影响因素的减排效应;从理论最优与最佳实践视角测算了CO_(2)减排潜力;最后利用情景分析与蒙特卡洛模拟方法研究了CO_(2)达峰水平与路径。结果表明:影响因素均有积极减排效应;理论最优视角下,机场航空器CO_(2)减排潜力为1 325.79万吨,其中开放程度减排潜力最高;而最佳实践视角下,CO_(2)排放将增加;基准发展与政策减排情景下,可分别在2045年、2034年达峰;减缓机场航线网络扩张等可加速实现碳达峰。

空气驱动的膜电解技术促进硅灰石矿化CO_(2)产白炭黑的研究

化石燃料燃烧排放的大量CO_(2)造成了全球气候变暖。CO_(2)矿化是近年来CO_(2)末端减排最有效的技术之一。CO_(2)矿化的本质是利用天然碱性矿物或工业碱性固废将酸性CO_(2)气体转化、固定为碳酸盐的过程,但目前所报道的技术大多仍面临高能耗、高成本的限制。提出一种安全、环保、低能耗的空气驱动的膜电解技术,可在低能耗下促使硅灰石有效矿化CO_(2)并产优质多孔白炭黑(二氧化硅)产品。核心技术为:电解条件下,阴极氧气还原反应(ORR)与阳极析氧反应(OER)同时进行实现低能耗下水的电离产生碱性和酸性液体。该电解技术比同电流密度下电解水低至少0.5 V的电解电压。电解所得酸性溶液溶解硅灰石后与电解所得碱性溶液混合可得优质多孔二氧化硅,CO_(2)通入后可被有效吸收并得到矿化产物碳酸钙,实现了高效矿化利用CO_(2)。

“双碳”目标约束下企业CO_(2)协同减排路径研究

由于企业CO_(2)的大量排放,对环境造成了不可逆转的破坏,为此,在“双碳”目标的约束下,针对企业提出一种CO_(2)协同减排路径研究方案。采用核算指南和温室气体核算体系,确定制浆造纸联合工厂的核算边界,核算其CO_(2)排放量;通过分析企业CO_(2)排放量的影响因素,确定其与能源消耗间的关系,能耗增加势必是会引起CO_(2)排放量的增长;给出三点CO_(2)协同减排路径方案,从技术水平、管理水平和绿色创新能力三方面共同实现企业CO_(2)的减污降排。通过展开实验测试,结果表明,应用所提方法后,企业的能源利用率、化石燃料燃烧率均得到显著提升,CO_(2)排放量得以控制,企业每年支付能源的费用有所减少。