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部分碳酸飲料中添加的二氧化碳,來自一項(xiàng)目前備受關(guān)注的技術(shù)――碳捕集和封存,這項(xiàng)新技術(shù)事關(guān)人類面臨的重大挑戰(zhàn)――“全球氣候變暖”,該技術(shù)對(duì)減少溫室氣體排放具有深遠(yuǎn)的意義,將為人類減緩氣候變暖帶來希望。
碳捕集與封存(簡(jiǎn)稱CCS)是指將大型發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產(chǎn)生的二氧化碳收集起來,用各種方法儲(chǔ)存以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。它包括二氧化碳捕集、運(yùn)輸以及封存三個(gè)環(huán)節(jié),可以使單位發(fā)電碳排放減少85%至90%。
捕集二氧化碳可達(dá)食用程度
“北京已有比較成熟的碳捕集技術(shù),現(xiàn)在許多碳酸飲料里的二氧化碳都是從北京高碑店熱電廠試驗(yàn)示范裝置中生產(chǎn)的,純度非常高,大家可以放心喝。”西安熱工研究院北京分院二氧化碳控制與減排研究所黃斌博士表示。
黃斌說,從高碑店熱電廠二氧化碳捕集試驗(yàn)裝置里捕集出的二氧化碳,精制以后可以達(dá)到食用的程度,就是99.9%至99.99%的程度,截至2009年春節(jié),二氧化碳捕集系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,銷售食品級(jí)二氧化碳已超過800萬(wàn)噸。
如何科學(xué)利用二氧化碳
要減少一種物質(zhì)對(duì)人類的危害,最好的辦法就是科學(xué)利用。
目前全球二氧化碳工業(yè)利用量大約是每年1至1.5億噸。美國(guó)是世界上最大的二氧化碳生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),生產(chǎn)能力每年約1000萬(wàn)噸。中國(guó)有二氧化碳生產(chǎn)企業(yè)100家左右,生產(chǎn)能力是每年200至250萬(wàn)噸,而一個(gè)幾十萬(wàn)千瓦的燃煤電廠,一年能捕獲二氧化碳100至200萬(wàn)噸,同目前中國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的二氧化碳的總量是差不多的。黃斌說,“目前人類對(duì)二氧化碳的消費(fèi)量是非常有限的,因此人類面臨的一個(gè)問題是,由于過度地使用化石原料造成了二氧化碳過多,而人類無法消費(fèi)多出的龐大的那部分,所以造成了一系列氣候和生態(tài)問題。”
徹底做法是把多余二氧化碳封存
如何處置多出來的二氧化碳,一個(gè)“異想天開”的解決方案出臺(tái)了:把人類排放的二氧化碳?xì)怏w捕捉并集中起來,深埋于海底或地下,徹底解決因溫室氣體而引發(fā)的全球氣候變暖威脅。
“地質(zhì)封存、深海封存將成為被捕獲后的二氧化碳主要去向。”黃斌博士說,二氧化碳被捕獲后,必須對(duì)其進(jìn)行安全、長(zhǎng)期地封存,才能最終完成控制二氧化碳進(jìn)入大氣的工作。地質(zhì)封存被普遍認(rèn)為是未來主流的封存方式,其原理是將捕獲到的二氧化碳用管道輸送到地下深處長(zhǎng)期或永久性“填埋”在地質(zhì)中。
深海封存是指把二氧化碳注入深海中以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ),大部分二氧化碳在深海中將與大氣隔離若干世紀(jì),目前深海封存在全世界還未被真正采用,也未開展試點(diǎn)示范,仍處于研究階段。
二氧化碳封存面臨的科學(xué)疑問是,將巨量的二氧化碳儲(chǔ)存到地下或深海,是否有可能逃逸出去?對(duì)此黃斌解釋說,令人樂觀的是二氧化碳并不需要被永久封存,封存的時(shí)間只要保證自然界中碳循環(huán)將大氣中的二氧化碳降到工業(yè)化之前的水平即可,“只要二氧化碳的封存可以在幾千年內(nèi)防止嚴(yán)重泄漏,屆時(shí)碳循環(huán)就可以解決這個(gè)問題,從目前來看,人類的科技發(fā)展應(yīng)該可以做到。”
碳捕集和封存技術(shù)將力挽狂瀾
中國(guó)科學(xué)院院士、中科院地學(xué)部原主任孫樞指出,碳捕集和封存是一種實(shí)現(xiàn)全球溫室氣體低排放的關(guān)鍵技術(shù)。“減排”除了節(jié)約能源、利用清潔能源和清潔燃燒技術(shù)外,重要的途徑是二氧化碳的捕集和埋存。隨著工業(yè)化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,燃燒化石燃料所導(dǎo)致的空氣污染和溫室效應(yīng),已嚴(yán)重地威脅著人類賴以生存的地球環(huán)境,全球氣候變暖是各國(guó)可持續(xù)發(fā)展面臨的共同挑戰(zhàn),解決方法是尋求成本低且有效的方案來減少二氧化碳的排放。
孫樞院士認(rèn)為,目前二氧化碳的工業(yè)分離、管道運(yùn)輸、地質(zhì)封存和工業(yè)利用等方面已經(jīng)形成成熟的市場(chǎng),這使二氧化碳捕集與封存技術(shù)有可能力挽狂瀾,成為減少溫室氣體排放的有效措施。
北半球永凍土儲(chǔ)有1.5萬(wàn)億噸碳
一個(gè)國(guó)際研究小組日前公布研究報(bào)告稱,北半球永凍土層中冷凍碳的儲(chǔ)量可能超過1.5萬(wàn)億噸,是此前估計(jì)的兩倍左右。
研究人員表示,這些冷凍碳主要分布在北極以及加拿大、哈薩克斯坦、蒙古國(guó)、俄羅斯、美國(guó)、格陵蘭等國(guó)家和地區(qū),儲(chǔ)量約為目前大氣中碳含量的兩倍。一旦氣溫升高導(dǎo)致永凍土層開始融化,大氣中兩種溫室氣體――二氧化碳和甲烷的含量將急劇增多,從而進(jìn)一步加速全球變暖。
研究人員預(yù)計(jì),這些永凍土層中的碳在本世紀(jì)全球氣候變化過程中將產(chǎn)生重要作用。
關(guān)鍵詞：二氧化碳 產(chǎn)生 探索 應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TQ2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）03-0286-01
前言
伴隨時(shí)代的不斷發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們?cè)絹碓疥P(guān)注社會(huì)生產(chǎn)效率和質(zhì)量的提升需求。二氧化碳作為人們生活中隨處可見的物質(zhì)，成為直接影響人們生活和生產(chǎn)工作的重要元素。二氧化碳超標(biāo)的問題嚴(yán)重的威脅社會(huì)環(huán)境保護(hù)工作質(zhì)量和執(zhí)行效率，但與此同時(shí)，二氧化碳的實(shí)際應(yīng)用也具有非常重要的價(jià)值，能夠滿足人們社會(huì)生產(chǎn)生活中的衣食住行需求，同時(shí)還能夠應(yīng)用于藝術(shù)行業(yè)創(chuàng)造良好的視覺效果。
一、二氧化碳的產(chǎn)生
二氧化碳在大眾生活當(dāng)中非常常見，可以從煤礦資源、空氣、植物，以及各種石油、天然氣等自然物質(zhì)中提取。另外，但凡是有機(jī)物的結(jié)構(gòu)都可以通過分解等諸多方式形成二氧化碳物質(zhì)，通過光合作用等方式也能夠產(chǎn)生二氧化碳。二氧化碳在人們的生活當(dāng)中無處不在[1]。
二、二氧化碳的危害
由于社會(huì)生產(chǎn)效率的不斷加速，人們生活中二氧化碳的排量也在不斷的增加，如何E能夠通過合理的方式治理二氧化碳超標(biāo)問題成為當(dāng)下環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一。關(guān)注二氧化碳治理工作主要是源于二氧化碳對(duì)人們生活及健康存在危害，由于二氧化碳超標(biāo)排放導(dǎo)致出現(xiàn)溫室效應(yīng)和生態(tài)環(huán)境破壞問題等等[2]。
三、二氧化碳的應(yīng)用
關(guān)注科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的實(shí)際情況能夠發(fā)現(xiàn)，二氧化碳在人們的生活當(dāng)中雖然存在比較大的危害，但是同時(shí)也可以充分的利用其特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳的廣泛應(yīng)用，在應(yīng)用的過程當(dāng)中能夠滿足很多社會(huì)生產(chǎn)需求。
首先，在行業(yè)生產(chǎn)方面，二氧化碳可以作為非常優(yōu)質(zhì)的萃取訂斥咳儷糾籌穴船膜劑，在日常工作過程中通過其特性作用實(shí)現(xiàn)溶解能力展示。常規(guī)狀態(tài)下，二氧化碳對(duì)液體和固體的溶解能力呈現(xiàn)出比較低的情況，但如果不斷的增加壓力和密度的情況就會(huì)提升二氧化碳的溶解能力。二氧化碳在針對(duì)有機(jī)化合物的時(shí)候，呈現(xiàn)出的溶解能力最為突出。二氧化碳處于亞臨界的溫度特征下，就可以與甲醇等有機(jī)溶劑的融合在再以，顯示出良好的混合溶解性特征，但是二氧化碳與水的互相溶解情況就呈現(xiàn)出比較弱的現(xiàn)象。二氧化碳與萃取的有機(jī)物質(zhì)比較，呈現(xiàn)出揮發(fā)、粘性、擴(kuò)散功能比較優(yōu)越的效果，而且呈現(xiàn)出優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定和溶解選擇特征。不會(huì)燃燒、無毒的特征也非常優(yōu)秀，可以在飲食、藥物等行業(yè)的生產(chǎn)工作中體現(xiàn)出極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[3]。
其次，二氧化碳在植物生長(zhǎng)的過程中也具有非常重要的價(jià)值和作用，能夠滿足實(shí)際的光合作用需求，也是光合作用規(guī)定必須原料。提升二氧化碳的劑量對(duì)于植物的健康、茁壯成長(zhǎng)具有非常重要的影響作用。因此，很多農(nóng)業(yè)種植和培育工作就會(huì)選擇二氧化碳作為施肥原料，提升農(nóng)業(yè)植被的生產(chǎn)效率。因?yàn)榭諝庵械亩趸己坎蛔阋蕴嵘r(nóng)業(yè)作物的生長(zhǎng)需求，因此，采取專業(yè)的二氧化碳施肥工才能夠保證農(nóng)業(yè)植被的生長(zhǎng)需求。提高二氧化碳濃度，達(dá)到1000微升/升的程度，就能夠直接提升農(nóng)作物生長(zhǎng)效率一倍以上。
再者，二氧化碳也能夠作為新型合成材料的生產(chǎn)原料，實(shí)現(xiàn)搭配雙金屬配位的PBM類型催化劑共同作用的效果。多種物質(zhì)的結(jié)合能夠提升新型材料的活化程度，形成共聚作用的情況，進(jìn)而產(chǎn)生PPC（即脂肪族聚碳酸酯），通過化工處理就可以產(chǎn)生二氧化碳樹脂材料。這種材料在當(dāng)下我國(guó)社會(huì)的生產(chǎn)和生活當(dāng)中都比較常見，給人們提供了方便的同時(shí)節(jié)約了使用的經(jīng)濟(jì)成本，也能夠滿足實(shí)際的生產(chǎn)工作效率需求，同時(shí)還降低了傳統(tǒng)材料使用時(shí)出現(xiàn)的毒害問題[4]。
再次，二氧化碳固態(tài)模式還被稱為干冰，干冰在人們生活當(dāng)中的應(yīng)用范圍也十分的廣泛。例如，大眾餐飲、工業(yè)和衛(wèi)生行業(yè)當(dāng)中都會(huì)使用干冰，通過干冰能夠降低溫度，與冰相比較具有十分明顯的制冷效果。另外，干冰遇到高溫時(shí)會(huì)形成水，進(jìn)而達(dá)成降雨的目的。在舞臺(tái)上應(yīng)用干冰制造霧氣，達(dá)成良好的視覺效果。在餐飲行業(yè)利用干冰制作冰淇淋等，或者是保存飛機(jī)食物，等等。干冰具有極大的應(yīng)用價(jià)值，在人們的生活當(dāng)中十分常見，對(duì)于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)也具有良好的藥物、血漿保存功能，是非常重要的生活原材料之一。
結(jié)論
綜合上述研究?jī)?nèi)容進(jìn)行切實(shí)有效的分析、探討和總結(jié)能夠發(fā)現(xiàn)，二氧化碳普遍存在于人類社會(huì)生活當(dāng)中，因?yàn)槌瑯?biāo)排放的二氧化碳造成了地球溫室效應(yīng)的問題，但充分、科學(xué)的應(yīng)用二氧化碳也能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和審美價(jià)值，這也是本次研究的重點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】二氧化碳；科學(xué)視野；學(xué)習(xí)興趣
初中化學(xué)新課標(biāo)指出：在化學(xué)教學(xué)中，通過幫助學(xué)生了解化學(xué)制品對(duì)人類健康的影響，懂得運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和方法治理環(huán)境，合理地開發(fā)和利用化學(xué)資源，逐步學(xué)會(huì)從化學(xué)的角度認(rèn)識(shí)自然與環(huán)境的關(guān)系，分析有關(guān)的社會(huì)現(xiàn)象。
本文以二氧化碳一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)為例，在講授完畢本節(jié)內(nèi)容后，教師可以設(shè)置問題或布置任務(wù)：如果二氧化碳過度排放，將對(duì)人類產(chǎn)生什么危害呢？人類又將如何應(yīng)對(duì)呢？由此引導(dǎo)學(xué)生深入思考。然后老師可以依據(jù)調(diào)研情況向?qū)W生說明：空氣中大量排放的二氧化碳導(dǎo)致地表溫度上升、冰川溶化、海平面上升、給人類帶來災(zāi)難。盡管目前還無法科學(xué)計(jì)量，但確有跡象表明CO2所引起的氣候變化是很顯著的。控制減少大氣中二氧化碳的含量已引起全世界科學(xué)家的重視，在努力尋找轉(zhuǎn)化的方法，以保護(hù)環(huán)境。那么如何做到CO2的減排、封存和利用呢。在此可以向?qū)W生講授當(dāng)今二氧化碳處理利用的現(xiàn)狀，以達(dá)到拓展學(xué)生科學(xué)視野、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高環(huán)保意識(shí)的目的。
1.生物技術(shù)
利用光合作用吸收儲(chǔ)存二氧化碳，是控制二氧化碳最直接、副作用最小的方法。減少大氣中二氧化碳含量最簡(jiǎn)單的辦法就是植樹造林，也是最廉價(jià)的解決方案。樹木在生長(zhǎng)的過程中從空氣吸收二氧化碳，放出氧氣，以木材的形式存儲(chǔ)碳。據(jù)估計(jì)，全世界森林中總共存儲(chǔ)著近1萬(wàn)億噸碳。然而，利用植物光合作用降低二氧化碳的效率很低，因?yàn)樾枰罅康耐恋貋碇矘浠蜣r(nóng)作物。據(jù)計(jì)算，要平衡目前全球二氧化碳排放值，人們必須每年種植相當(dāng)于整個(gè)印度國(guó)土那么大面積的森林，顯然這是不可能的。但生物吸收二氧化碳的方法并非窮途末路，研究發(fā)現(xiàn)海洋生物吸收二氧化碳的潛力巨大。日本科學(xué)家已經(jīng)篩選出幾種能在高濃度二氧化碳下繁殖的海藻并計(jì)劃在太平洋海岸進(jìn)行繁殖，以吸收附近工業(yè)區(qū)排出的二氧化碳。美國(guó)一些研究人員以加州巨藻為載體，繁殖一種可吸收二氧化碳的鈣質(zhì)海藻，形成碳酸鈣沉入海底，騰出的巨藻表面可供繼續(xù)繁殖。
2.能源革新
二氧化碳的排放在很大程度上取決于為獲得能量而進(jìn)行的礦物燃料燃燒，因此改革能源形式或能量來源稱為減少二氧化碳排放的一個(gè)突破口，這也符合污染控制的原則，從源頭上控制二氧化碳的生產(chǎn)。
（1）燃料脫碳：即以含碳量較低的燃料（如石油和天然氣）或無碳燃料（如氫氣）取代含碳量較高的燃料（如煤），使得每單位能耗量的平均二氧化碳排放量減少。20世紀(jì)80年代美國(guó)化工界就提出將煤、生物體等不清潔燃料與氫氣反應(yīng)生成甲烷、一氧化碳、氫以及固態(tài)焦炭等，再將甲烷高溫分解成氫，一氧化碳以及固體炭黑，然后氫與一氧化碳合成甲醇，未反應(yīng)的氫與一氧化碳作為原料循環(huán)使用。
（2）燃料電池：即以電化學(xué)氧化產(chǎn)生電力，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，燃燒效率達(dá)到40%-60%（與之相比火力發(fā)電的效率僅為30%左右），大幅節(jié)約了初級(jí)能源，避免了大量污染。重要的是，燃料電池是以氫為燃料的，燃燒產(chǎn)物是水，既解決了能源產(chǎn)生和輸送，又避免了環(huán)境污染。
3.二氧化碳的收集
二氧化碳的人為排放源主要有汽車、工廠等。然而在眾多汽車上安裝收集二氧化碳的設(shè)備不現(xiàn)實(shí)，目前把收集二氧化碳的工作重點(diǎn)放在了以燃燒礦物燃料為主的發(fā)電廠上，這些發(fā)電廠的二氧化碳排放量大約占全世界二氧化碳排放量的1/4。在吸收塔中二氧化碳與醇胺接觸發(fā)生反應(yīng)，釋放出濃縮的二氧化碳，并還原成化學(xué)吸收劑。另外，比較理想的辦法是將收集到的二氧化碳輸送到地下或海洋深處埋藏起來。石油開采行業(yè)中有些油田為了增加留在地層孔隙中難以開采的石油產(chǎn)量，向地下注入壓縮二氧化碳，以增大地下壓力，增強(qiáng)原油流動(dòng)性，提高原油的采收率。目前，美國(guó)每年有近百個(gè)油田為提高原油產(chǎn)量向地下注入500萬(wàn)噸左右的二氧化碳。盡管封閉的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是人們最理想的二氧化碳儲(chǔ)存之處，但是一些科學(xué)家指出，深海才是未來溫室氣體最大的潛在儲(chǔ)存庫(kù)。海洋表面每天都要吸收2000萬(wàn)噸的二氧化碳。據(jù)估計(jì)，以海水溶解方式總共儲(chǔ)有46萬(wàn)億噸二氧化碳，但其容量還要大很多。因此即使人類向海洋加入兩倍前工業(yè)時(shí)代大氣濃度的二氧化碳，海洋的碳含量的變化也不超過2%。而且，通過自然過程，排放到大氣中的二氧化碳早晚也會(huì)轉(zhuǎn)移到海洋中。
4.二氧化碳的資源化利用
二氧化碳作為新的碳源，開發(fā)綠色合成工藝已引起普遍關(guān)注。綜合利用二氧化碳并使之轉(zhuǎn)化為附加值較高的化工產(chǎn)品，不僅為碳一化工提供了廉價(jià)易得的原料，開辟了一條極為重要的非石油原料化學(xué)工業(yè)路線，而且在減輕全球溫室效應(yīng)方面也具有重要的生態(tài)與社會(huì)意義。隨著人們對(duì)二氧化碳性質(zhì)的深入了解，以及化工原料的改革，二氧化碳作為一種潛在的碳資源，越來越受到人們的重視，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫接行ч_發(fā)。
【參考文獻(xiàn)】
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【作者簡(jiǎn)介】