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如何高效储存利用二氧化碳 摘要：二氧化碳既是对环境有严重影响的温室气体，也是与人类生存密切有关的基本碳资源。在自然界中，通过绿色植物的光合作用固定二氧化碳是合成有机物质的起始点，也是迄今为止回收和净化的主要手段。当前矛盾的基本点是人类对化石燃料的过度依赖而导致二氧化碳的排放速度超过了其自然净化能力。因此，随着世界经济的迅速发展，各国尤其是发达国家均已投入大量的资金进行二氧化碳回收与利用技术的研发。关键字：二氧化碳，储存，利用 二氧化碳回收和利用技术的研究与开发大致将经历3个阶段。 （1）在上世纪80年代前可以视为二氧化碳的一般性应用技术阶段，其特点是主要集中在物理应用方面，化学转化及应用的量很少，且仅局限于尿素、纯碱、碳酸盐等少数工业领域。 （2）80年代以后可视为以解决全球温室效应为核心的技术开发阶段。随着温室效应对全球环境的影响日益严重，二氧化碳的捕集与储存技术和提高能源利用效率技术的开发受到普遍重视。虽然在应用反面仍以物理应用为主，但在应用途径上则大力开拓如超临界态二氧化碳、提高油气回收率等全新的应用技术。尤其是二氧化碳应用于驱油的新技术业已经受到油气生产企业的充分重视，由于每增产一吨原油，二氧化碳的消耗量高达2.2至6.7吨，故也是目前唯一能大规模回收和利用二氧化碳的途径。 本阶段的另一个特点是将二氧化碳作为原料利用的一碳化工技术开发取得了令人瞩目的进展，如二氧化碳加氢制甲醇的工艺现已具备了工业化条件。 （3）尽管目前二氧化碳的回收和利用取得了可喜的成就，但相对其排放总量而言，目前的利用量是微不足道的。因此，在本世纪的战略目标是将二氧化碳作为新碳源来对待，即通过化学、电学、生物学等全新的技术将二氧化碳转化为种种有用物质，或者固定在其他物质上形成新的有用物质或材料。当前各发达国家均已为实现此战略目标指定了长期规划，并加强开发力度，而我国则起步较晚，目前尚处于相对落后的状态，必须引起充分注意。 二氧化碳的捕集与储存。 由于无碳新能源的研发与推广，二氧化碳资源循环利用体系的建立等皆为长期的战略目标，因而就解决当务之急而言，大规模地捕集和储存二氧化碳扔不失为当前最有效的减排途径，对从事能源生产的企业则尤其如此。 目前的收集途径大致分以下几类。 （1）燃烧后脱碳：此技术路线是以气体净化工业上相当成熟的化学溶剂吸收法工艺为基础，也是当前仅有的已经进入工业规模试验的技术路线。针对电站排放废气中二氧化碳分压低、处理最大、且同时含有少量氧的特点。 （2）燃烧前脱碳：此技术路线的关键是转化制氢及高温下氢气的膜分离系统，开发的重点是膜式转化装置及高温膜分离材料。此项技术预计在2008-2010年建成示范装置，从现在来看已经初步实现。 （3）富氢燃烧技术：此技术路线的关键是廉价的富氢空气供应及与之相适应的高技术涡轮机的开发，此技术预计将在2007年建立工业示范装置，估计可降低捕集成本38%左右。从目前来看，还比较成功。 对于捕集下来的二氧化碳，当前可行的储存方式有3种：即地下储存，海洋储存，以及森林和陆地生态储存。 （1）森林和陆地生态储存肯定是最理想的廉价储存方式，但一个功率为500瓦的燃煤电站约需2000平方千米的森林来捕集其所排放的二氧化碳，故此方式不可能作为主要储存方式。 （2）海洋储存，尤其是深海储存室可能实现大规模长期储存二氧化碳的理想方式，但涉及技术经济、环境影响等一系列复杂的问题有待解决，故目前尚处于探索阶段。（3）地下储存包括不可采煤层储存、采空的油气层储存、强化采油回注储存、深部盐水层储存等多种方式。总体而言，这些利用天然储存的储存方式比较安全可靠，不仅应用上较灵活，而且也有较充裕的储存能力，故这是当前最重要的开发方向。 因二氧化碳过度排放而造成的温室效应和因塑料的大量使用而造成的“白色污染”，是当今世界面临的两大环保难题。因此高效利用二氧化碳将变得格外重要。美国劳伦斯一利弗莫尔国家实验室的研究人员利用离子液体作为二氧化碳吸收剂，开发出一种更清洁、稳定和高效的捕集二氧化碳新方法。随着全球气候变暖的加剧，各国都在致力于减少燃烧化石燃料的二氧化碳排放量碳捕集技术成为研究的重点。目前的碳捕集技术主要采用化学吸附法。二氧化碳会和胺类物质发生反应，二者在低温情况下结合，在高温中分离。一般可以使含二氧化碳的废气通过胺液，分离出其中的二氧化碳，之后在适当地方通过加热胺液再将二氧化碳释放。目前科学家在激光合成纳米结构方面取得突破，合成了多种纳米结构，为开发新型催化剂奠定了基础。当温室效应和能源消耗被越来越多人关注的时候，科学家们正在试图寻找从源头上解决问题的途径，其中利用太阳光把二氧化碳高效率还原成甲醇、甲烷等燃料在理论上是可行的，但是还原过程需要的催化剂成为制约因素。科学家研发的这项工艺的基本过程是激光打到金属靶上后强能量在短时间内释放，得到等离子体、蒸汽或金属液滴等产物，若采用纳秒脉冲激光，脉冲短，产物尺寸分布宽，结构较为单一。他们在研究中采用毫秒脉冲激光，脉冲长，获得了多种结构和尺寸可控的新型纳米材料，如纳米空心球、三维自组装纳米结构、纳米异质结等，并建立了新型的工艺理论。CO2在化工合成上的应用：CO2除了成熟的化工利用（例如合成尿素、生产碳酸盐、阿司匹林、制取脂肪酸和水杨 酸及其衍生物等）以外，现在又研究成功了许多新的工艺方法，例如合成甲酸及其衍生物， 合成天然气、乙烯、丙烯等低级烃类，合成甲醇、壬醇、草酸及其衍生物、丙酯及芳烃的烷 基化，合成高分子单体及进行二元或三元共聚，制成了一系列高分子材料等，另外，利用CO2代替传统的农药作杀虫剂，也在研究之中。 CO2在农业上的应用：作为一种廉价的原料，CO2可用于蔬菜、瓜果的保鲜贮藏。目前，CO2气调冷藏已在欧美、 日本、澳大利亚等国家用于苹果、梨、柑桔和一些热带水果的贮藏。CO2也能用于粮食的贮 藏，它比通常所用的蒸蒸剂效果更好。把CO2引入蔬菜温室，能增加蔬菜的生长速度，缩短其生长周期，提高温室的经济效益。用飞机将于冰撒入云层施行人工降雨，能解决久旱无雨， 庄稼失收的问题。 CO2在一般工业上的应用：CO2是很好的致冷剂。它不仅冷却速度快，操作性能好，不浸湿产品，不会造成二次污 染，而且投资少，人力省。利用CO2保护电弧焊接，既可避免金属表面氧化，又可使焊接速 度提高9倍。最近美国制成了不受烟、砂石和烟雾妨碍，能够正确测定距离的CO2激光测距 器。CO2在石油工业上的应用已较成熟。这首先体现在提高石油的采油率上。CO2作为油田注入剂，可有效地驱油。另外，CO2用作油田洗井用剂，效果也十分理想。目前