尹 然 孫麗云 張 健 張俊超

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450000）

CO2減排及固定的研究進(jìn)展概述

尹 然 孫麗云 張 健 張俊超

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450000）

論述了CO2的減排措施以及實(shí)施中存在的問(wèn)題，CO2的固定方法，并對(duì)CO2的減排現(xiàn)狀進(jìn)行了可行性分析。通過(guò)研究分析國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展認(rèn)為：利用玄武巖固定CO2將成為行之有效地方法之一。

CO2；減排；玄武巖固定

自18世紀(jì)60年代英國(guó)發(fā)生工業(yè)革命以來(lái)，人類向大氣中排放的CO2等溫室氣體逐年增加，由此引發(fā)的大氣溫室效應(yīng)也越來(lái)越嚴(yán)重，產(chǎn)生了引起全世界關(guān)注的全球氣候變暖等一系列嚴(yán)重問(wèn)題。其中CO2對(duì)全球變暖的作用占整個(gè)溫室氣體的50%。給世界各地帶來(lái)的影響非常惡劣，例如肺中的荒漠面積不斷增加，加拿大和俄羅斯的冰原加快融化，海平面上升，一些地區(qū)遭受熱帶風(fēng)暴，給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響[1]。

從資源集約化角度來(lái)看，CO2是一種天然、豐富、廉價(jià)、無(wú)毒的碳源，回顧化工發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)許多CO2的應(yīng)用，如碳酸飲料、尿素、聚碳酸酯等。因此，從廢氣中更有效率的固定、回收CO2具有重大的意義。CO2的固定對(duì)改善溫室效應(yīng)、減少?gòu)U氣排放、充分利用資源等均有重要意義。

1 CO2的減排及實(shí)施中存在的問(wèn)題

針對(duì)CO2的減排問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已有諸多措施，就其范圍可分為國(guó)際層面和國(guó)內(nèi)層面。國(guó)際層面減排措施主要通過(guò)國(guó)際協(xié)議及碳排放交易等措施進(jìn)行實(shí)施；國(guó)內(nèi)層面減排措施通過(guò)市場(chǎng)手段及非市場(chǎng)手段進(jìn)行實(shí)施，其中市場(chǎng)手段包括征收碳稅、碳排放交易、政府資助、制定法律等；非市場(chǎng)手段包括森林減排、地質(zhì)減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、新能源開發(fā)等。由表1對(duì)二氧化碳減排措施進(jìn)行比較和利弊分析[2]可以看出，不同的減排措施都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但在一定程度上都有自己的缺陷和不足，大部分方法的成本都較高，并且一些還存在很大的風(fēng)險(xiǎn)性。如果想要實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就必須綜合考慮實(shí)施的現(xiàn)狀、條件和要求，并結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)，抓住重點(diǎn)，切實(shí)的做到高效、節(jié)能、減排。

2 CO2的固定方法

CO2的固定和轉(zhuǎn)化已成為解決溫室效應(yīng)的重要手段之一。依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)大致可分為物理固定法、化學(xué)固定法和生物固定法三大類。

2.1 物理固定法

目前正在使用的物理固定法有：陸地蓄水層儲(chǔ)存法和海洋深層儲(chǔ)存法。該碳固存技術(shù)雖能相對(duì)有效地減少大氣中二氧化碳的排放量，但是，一方面該法的收集、純化、濃縮成本較高，另一方面埋存的穩(wěn)定性很難得到保證，封存的CO2一旦泄露，將會(huì)對(duì)地下水、地層、海洋生物圈以及氣候產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，不到萬(wàn)不得已盡量不要采用，需做更深入的研究以確保其安全穩(wěn)定。

表1 不同二氧化碳減排措施比較表

2.2 化學(xué)固定法

CO2的化學(xué)固定法主要包括以下幾類：

2.2.1 新型樹脂材料的合成，利用二氧化碳和環(huán)氧化物共聚

2.2.2 CO2分離回收，利用乙醇胺一類吸收劑進(jìn)行分離回收

2.2.3 制備各種羧酸或羧酸鹽、碳酸酯、有機(jī)硅、有機(jī)磷化合物

2.2.4 CO2與H2、CH4、H2O、CH3OH等反應(yīng)分別合成CH3OH、烯烴、碳酸二甲酯等許多有價(jià)值的化學(xué)品。

化學(xué)固定法要求較高的CO2純度，而工業(yè)排放的CO2純度較低，故而需要較高的富集成本，但是同時(shí)CO2的物化性質(zhì)比較穩(wěn)定，全球CO2排放這個(gè)巨大碳源可用來(lái)解決全球資源危機(jī)并實(shí)現(xiàn)減排，如何降低富集成本，提升CO2純度仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

2.3 生物固定法

利用森林等自然資源固定CO2，符合自然界的碳循環(huán)，是目前為止最為安全、有效、環(huán)保的方法。雖然處理周期長(zhǎng)，但隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保的日益重視，生物固定法這一符合自然界碳循環(huán)的方法將逐漸被研究與重視。其中微藻固定CO2的技術(shù)已較為成熟，且能做到可持續(xù)。

3 CO2減排形勢(shì)分析

3.1 減排成本巨大

作為基礎(chǔ)能源的煤資源豐富，價(jià)格低廉。新能源的適用面窄且成本較高，目前仍無(wú)法作為基礎(chǔ)能源，同時(shí)使用石油或天然氣作為基礎(chǔ)能源亦不實(shí)際，容易使世界能源安全受到威脅。

3.2 缺乏有效地政策工具

現(xiàn)有或待實(shí)施的政策包括征收碳稅、碳排放交易、政府資助、制定相關(guān)法律等，其實(shí)施仍有待摸索與完善，由于沒(méi)有很好地借鑒，故而需要逐步探索，以達(dá)到綜合協(xié)調(diào)，同步一致。

3.3 存在基礎(chǔ)性上游產(chǎn)業(yè)排放量大并集中的問(wèn)題

政府調(diào)控困難，政府對(duì)產(chǎn)業(yè)的調(diào)控，會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)本身和下游產(chǎn)業(yè)造成巨大的影響。另外，減排對(duì)出口、就業(yè)、財(cái)政收入、投資、消費(fèi)以及整體經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)也存在一定影響[3]。

4 玄武巖固定二氧化碳發(fā)展前景分析

作為地殼的主要組成部分，玄武巖可能是替代沉積巖的一個(gè)不錯(cuò)選擇。玄武巖中的鎂、鈣、鐵等礦物質(zhì)可與二氧化碳緩慢反應(yīng)，在巖層孔隙中形成碳酸鹽晶體，從而將碳以固體形態(tài)永久封存起來(lái)。這個(gè)反應(yīng)過(guò)程也叫做“強(qiáng)化的風(fēng)化作用”（enhanced weathering），可以捕集大量二氧化碳。皮特·麥格雷爾（Pete McGrail）說(shuō)：“完成整個(gè)礦化過(guò)程不需要一千年或幾百年那么久，我們的時(shí)間范圍是幾年到幾十年而已。”在減緩全球變暖這場(chǎng)戰(zhàn)役里，這足以帶來(lái)積極的影響。不過(guò)就目前來(lái)說(shuō)玄武巖封存二氧化碳的能力需要進(jìn)一步測(cè)試，但就其長(zhǎng)期儲(chǔ)存的效果來(lái)說(shuō)，具有極大的發(fā)展前景。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前碳儲(chǔ)藏方案（將二氧化碳注入多孔沉積巖，如砂石）的主要癥結(jié)：二氧化碳最終還是可能逃逸出來(lái)，返回地面，進(jìn)入大氣層，進(jìn)而加熱地球。不過(guò)，碳封存目前所面臨的最主要的障礙不是技術(shù)上的，而是政策上的。如果缺乏經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，這種（或其他任何）碳封存手段將很難得到推廣。CO2的減排及固定任重而道遠(yuǎn)，如何制定出行之有效地措施及固定方法具有重要的戰(zhàn)略意義。

[1]江懷友，沈平平，王乃舉，等.世界二氧化碳減排政策與儲(chǔ)層地質(zhì)埋存展望[J].中外能源，2007（12）：7-12.

[2]姜礪礪.當(dāng)今二氧化碳減排措施的綜合分析與比較[J].能源研究與信息，2010（1）：15-20.

[3]鄭新業(yè).全球二氧化碳減排形勢(shì)和策略[J].國(guó)際觀察，2010.

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1671-0037（2014）11-92-2

孫麗云（1969-），博士，副教授，研究方向：建筑給水排水教學(xué)及工程實(shí)踐。