彻底解决碳排放的思路和方法
彻底解决碳排放的思路和⽅法
摘要：随着现代⼯业产业逐步形成，⼈类也养成⼀些习惯⾏为和做法。⽐如烧锅炉排烟、汽车尾⽓排放，好像是必然发⽣和天经地义的⾏为。今天，是时候通过理念的更新，打破惯性思维的牢笼，让我们的⼯业⽣产过程来⼀次变⾰，从根本上解决碳排放及其他污染⽓体排放问题，让污染物质资源化，同时实现热量、能量的充分利⽤，达到减排、节能、增效的综合⽬的。
⼀、碳排放现状和危害
⾃⼯业⾰命以来,⼈类活动⼤量排放的⼆氧化碳使全球出现变暖趋势，北极冰雪也加速融化，引起极端性⽓候灾害频发，严重危害⼈类⽣存和发展。对于全球变暖，科学家已经基本达成共识：最近50 年来⽓温的上升主要是由于⼆氧化碳等温室⽓体增加造成的。因为⼆氧化碳是⼀种可长期存留的温室⽓体，它的排放量最终必须降到接近零的⽔平。
中国⽬前是世界最⼤的碳排放国。随着经济的发展，今后仍将持续增加。尽管中国的碳排放总量仍在增长，但排放增速⾃2005年以来已“稳步下降”了⼤约30%，2014 年增速甚⾄放缓⾄接近于零，并且中国的发电⼚平均能源使⽤效率也处在世界领先⽔平。中国承诺其⼆氧化碳排放量将在2030年左右达到峰值，有推算认为最⾼将达到150 亿吨。作为全球最⼤的⼆氧化碳排放国，为达成这⼀⽬标中国将投⼊超过41万亿元⼈民币。
⼆、碳排放来源及控制
⼈类活动造成的碳排放是温室⽓体剧增的主要因素！⼈类碳排放主要来⾃于化⽯燃料的使⽤以及其他⼯业⽣产。煤炭、天然⽓、⽯油、⽔泥在1960～2012 年间的累计排放量占总排放量的⽐例依次为39.2%、
17.2%、40.5%、3.1%。2012 年的⽐例依次为42.8%、19.0%、33.0%、5.2%。近⼗多年来，由于煤炭使⽤量快速增长，来⾃于煤炭的排放也快速增长。
从上述数据可以看出，化⽯燃料能源⽣产和利⽤的排放占温室⽓体排放2/3，减少碳排放的根本出路是减少⽯化燃料消耗！⽽能源⼜是经济增长基础。既要确保世界经济增长和能源安全，解决70 多亿⼈的⾐⾷住⾏，⼜要顾及各国不同国情逐步减少对化⽯燃料的依赖。
所有的发展中国家⽬前也都⾯临两难境地，既要发展经济，⼜要应对、减缓⽓候变化。在现有技术条件下，如果减少碳排放，就意味着它们要承担经济放缓甚⾄停滞的巨⼤成本。这⽆论从现实和道义上都讲不通。对于中国特别不是⼀件容易的事情。即使采取较积极的能源政策，包括提⾼可再⽣能源和油⽓等清洁能源的⽐例，到了2020 年我国煤炭消费仍占约60%。
三、碳排放吸收固
地球空⽓中含有约不到0.03%的⼆氧化碳，⽽且在过去很长⼀段时期中，含量基本上保持恒定。在⾃然⽣态系统中，陆地植物和海洋⽣物通过光合作⽤从⼤⽓、⽔中摄取并固定碳的速率，与⾃然环境⽣物、⽕⼭、温泉等排放源释放到⼤⽓中的速率基本是相同的, ⼆氧化碳始终处于“边增长、边消耗” 的动态平衡状态。
⼤⽓中的⼆氧化碳有80％来⾃⼈和动、植物的呼吸，20％来⾃燃料的燃烧。散布在⼤⽓中的⼆氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地⾯的⽔及空中降⽔吸收溶解于⽔中。还有5％的⼆氧化碳通过植物光合作⽤，转化为有机物质贮藏起来。⽽现在，随着⼯业的迅速的发展，使积存在地层中千百万年的碳元素，在很短时间内释放出来,⽽破坏了原有的碳循环的平衡，积累的⼆氧化碳估计需要50~100 年才能⾃然消耗、固定。
对于空⽓中微量的⼆氧化碳等温室⽓体，除了依赖环境⾃然消耗以外，⼈类⽬前没有更好的办法。我们所能做的，就是设法增加、强化海洋、陆地吸收、固定、储存碳的能⼒。
四、减排理论创新
除了保护海洋环境，保护陆地植被来帮助环境增加吸收⼆氧化碳的能⼒以外，⼈类能做的主要在于减少碳排放。⽬前，减少碳排放主要有以下⼏种技术⽅向和选择。
1、采取清洁能源
⾸先⼀个⽅法就是使⽤含碳量低的清洁化⽯能源。但是采⽤天然⽓、页岩⽓等替代煤炭，同样存在很多问题，⾸先还是使⽤化⽯能源，存在枯竭的问题；其次含碳⽐例虽然下降，但仍有⼀半的排放；再次，有专家认为，这类⽯化燃料排放的⽔蒸⽓，是城市雾霾的成因之⼀，因为有雾才有霾的物理条件，局部空⽓含⽔量增加，容易随着⽓候变化快速形成污染物的“⽓溶胶”，这就是霾！
再有就是发展⾮化⽯能源，如核能、⽔电、风电、太阳能。但是就电⼒供应总量⽽⾔，可再⽣能源所占的⽐例仍很⼩。全球来看，新型可再⽣能源，也就是风能和太阳能，在全球主要能源供应量中所占的⽐重仍不⾜5%。1990 年，化⽯燃料在全球电⼒供应中所占的⽐重为88%，2012 年这个⽐例是87%。学术界也对于风能造成环境⽣态变化、草原沙化，太阳能光伏在产业链过程的污染、效率问题提出很多疑问，这些能源供应⽅式到底是不是⼈类的最终出路，还没有得出定论。
使⽤低碳能源和可再⽣能源显然是出路，但⼀国的能源结构涉及的因素太多，并⾮⼀朝⼀⼣所能解决。
2、提⾼能源的利⽤率
现在全社会倡导节能减排，呼吁每个⼈通过改变⽤能习惯，实现低碳⽣活，参与到拯救环境、拯救⼈类⾃⼰的⾏动中来。但是个⼈的能⼒有限，并且少数发达国家的⼈均耗能长期居⾼不下，从某种⾓度来讲，这条路显然不是好的出路！
传统的能源利⽤观念是习惯于消耗能源来满⾜能源需求，节能减排⼿段也习惯于追求能源消耗过程中尽可能百分之百的利⽤。这样的思路和⽅法已经⽆法实现⾼耗能环节的⼤⽐例节能降耗。社会能耗⽔平随着经济社会的发展只能不断增加。
⼈们熟知的能量守恒定律，让我们许多⼈忽略了使⽤⼀种叫“热泵”技术的热能搬运“杠杆”作⽤。即消耗⼀份能量，带动其它介质中已有热量的再利⽤，⽬标得到同样热能，但新消耗的⾼品位能源、⽯化燃料⼤⼤减少，通过能量的流动，替代能量简单消耗，实现⼤幅度节能减排。
热泵技术有很多种，空调、制冷系统采⽤的是⼀种压缩式热泵系统，空调可以⾼效率地将室内外的热量来回搬运，能效⽐普遍在3倍以上，换句话说，⽐直接消耗能源物质获得热量的⽅法，节约能源三分之⼆以上！⽽⼈们使⽤空调、冰箱已超百年，这些年逐步推⼴开的⽔源热泵、地源热泵，也都是该原理的典型应⽤。
热泵有太多种类，驱动热泵⼯作的能量来源也包括电能、热能、势能等。现有的热泵系统输出可以很容易地达到100℃以上，介⼊“⽔-汽”沸腾⾼耗能环节，并且长时间⾼效率运⾏，如果我们的锅炉能从现在努⼒追求100%的效率，变成起步就是200%～300%的效率或更⾼，节能50%以上，从原来需要热量就消耗能源物质转换获得，变为从其他环节⾼效率回收、搬运获得，系统新增的能量消耗、环境热排放仅是原有直接能耗模式的⼏分之⼀、⼏⼗分之⼀，⼤⼤提⾼了能源的利⽤效率。
事实上要想实现⼈类能源资源的成倍增加⼏乎不可能，采⽤技术创新将社会能耗降低三分之⼀、三分之⼆甚⾄更多则完全可能！只要设法“让能量动起来”，能量守恒定律就能保证⼈类有了⽤不完的能源，地球也就没有⽇益变暖的危险了。
3、发展能源利⽤基础理论
现在理论界都在研究新的理论、新的能源，对于传统能源和能源应⽤基础理论则没有⼈反思和研究。⽬前中国电⼒能源的约70%靠⽕电提供，但是⽕⼒发电的⼯作原理还是基于100 多年前诞⽣的郎肯循环，⼏乎没有发展！汽车、飞机还⽤的是“卡诺循环”，也没有突破进展。即便到了今天，郎肯循环仍产⽣世界上90％的电⼒，包括⼏乎所有的太阳能热能、⽣物质能、煤炭与核能的电站。
从哲学意义上讲，郎肯循环诞⽣的年代有必然的历史局限性，那个时代研究热⼒学的机械条件、流体⼒学理论和现在差距很⼤，难免存在⼀些理论限制和认识不⾜。即便是能量守恒定律都已经发展到了质能守恒，且还在发展，“卡诺循环”、“郎肯循环”就⽆懈可击、⼗全⼗美了？
其实⼈类⼀百多年的技术进步已经有理由对郎肯循环进⾏发展、创新。射流技术能实现利⽤⾮机械动⼒的⽅式实现对完成做功后的乏蒸汽进⾏再利⽤，可压缩流体热⼒学理论也能让我们设法直接回收再利⽤未能直接利⽤的乏汽凝结释放的冷凝热，让未能通过汽轮机⼀次转化为功的热量有机会参与下⼀次做功循环，经过多次转化做功，在理论上实现蒸汽动⼒循环整体热效率的⼤幅度提⾼。微店推广公司
我们提出了⼀种“新的蒸汽动⼒循环”设法实现“能量动起来”，也对卡诺循环进⾏再认识和应⽤创新，提出“热机冷下来”。希望藉此带来理论界的新的探索，改变能源应⽤主要模式，提⾼热机的效率，实现各⾏业⼤幅度的节能、减排、增效。
4、碳捕获并资源化利⽤
●碳捕集
⼆氧化碳利⽤的前提是如何持续稳定地获取⼆氧化碳资源，⽽这⽅⾯的技术已经基本成熟。对于⼤量分散型的CO2 排放源是难于实现碳的收集，因此碳捕获的主要⽬标是像化⽯燃料电⼚、钢铁⼚、⽔泥⼚、炼油⼚、合成氨⼚等CO2 的集中排放源。
⾸先有⼀种⽅法通过“富氧燃烧”提⾼排放废⽓中⼆氧化碳的浓度，便于⾼效率回收，采⽤直接冷却、压缩就可以实现碳捕捉。针对⼆氧化碳含量不同的各种废⽓，也已经形成了相应的回收⽅法，包括低温蒸馏法、膜分离法、催化燃烧法和变压吸附法等。黄瓜鱼
本⽂将提出⼀种简单、⾼效、环保、低成本，可以适⽤各种浓度、不同成分的含⼆氧化碳废⽓的冷凝回收⽅法，还可以同时分类回收其他温室⽓体和有害⽓体。
●碳埋存
近年来⼈们尝试把集中收集到的⼆氧化碳浓缩液化、固化后深埋地下、深海。但从长远来说，这只是⼀个“鸵鸟政策”，并且能处理的碳和⾃然界消化、固定的碳相⽐，微乎其微，也留下严重⽣态危机隐患。
钢铁厂实习报告还有⼀种利⽤⾦属和⾦属化合物与⼆氧化碳再反应⽣成⾦属固化物封存的办法，反应过程还能释放热量，是⼀种另类的燃烧过程，通常需要在2000℃以上或更⾼的温度下实现，但产⽣其他更复杂污染物的情况将更加严重，⽬前⾏业技术进展不⼤。
●碳利⽤
⼆氧化碳可以⽤于⾷品、化⼯、消防、农业、⽯油、⼈⼯降⾬等诸多领域。从每吨600~800 元的价格，就能反映出他的价值。
⼆氧化碳作为化学品原料加以利⽤已初具规模。尿素是固定⼆氧化碳的最⼤宗产品，其次是⽆机碳酸盐，还有利⽤⼆氧化碳制碱、制糖、合成可降解塑料等。
虽然⼆氧化碳是⾮常优秀的灭⽕剂，但是实际使⽤还不够普及，特别当它⽤于⼤范围常规⽕灾（如森林⽕灾）或⼀般性危化品⽕灾（天津滨海新区危化品⽕灾）时，有⾮常好的灭⽕效果。今后应进⼀步推⼴应⽤，同时也实现了⼤量的碳存储。大寒是几月几日2022
⼆氧化碳是绿⾊植物光合作⽤不可缺少的原料，⼀定范围内，⼆氧化碳的浓度越⾼，植物的光合作⽤也越强，因此⼆氧化碳是最好的⽓肥。有实验证明⼆氧化碳在农作物的⽣长旺盛期和成熟期使⽤，效果显著。在这两个时期中，如果每周喷射两次⼆氧化碳⽓体，喷上4～5次后，蔬菜可增产90%，⽔稻增产70%，⼤⾖增产60%，⾼粱甚⾄可以增产200%。我们可以利⽤这种⽅式，给森林“施肥”，主动促进植被的⽣长，⼤幅度增加环境绿⾊植物吸收⼆氧化碳的能⼒。
收集到的⼆氧化碳不是低温就是⾼压存储，根据我们的“热机冷下来”理论，固态、液态⼆氧化碳还可以吸收环境或其它介质⾥免费的热量，⽓化膨胀为⾼压⽓体，⽤于推动机械⼯作。实验室⾥已经将现有内燃机稍加改动，就可以成为⼀
个“⽓动机”，使⽤⾼压⼆氧化碳⽓体作为动⼒源。有实验证明，使⽤液态⼆氧化碳作为“动⼒”，携带介质体积⽐汽油⼤5~8 倍，但综合成本是汽油的⼆分之⼀或相近，有推⼴应⽤的商业价值。
想象⼀下不久的将来，⼀个远洋货轮，携带⼤量液态⼆氧化碳作为媒介，吸收海⽔的热量膨胀为⾼压⼆氧化碳⽓体，成为轮船的动⼒来源，最后排放到⼤海⾥，增加海洋吸碳量，减少兴波阻⼒，⼀举数得！⼀辆经过改装的长途汽车、⽕车头，携带液态⼆氧化碳，当途径⼀个⼭路、草原的时候，启动⽓动模式，⼆氧化碳吸收环境空⽓的热量变成⾼压⼆氧化碳⽓体，继续推动车辆前进，排出的⼆氧化碳尾⽓成为⼭间、草原绿⾊植物的“⽓肥”。
五、冷凝回收碳排放
现有的⽓体冷凝收集虽然是⼀种常⽤的⼿段，但是采⽤极低的温度来对沸点很低的废⽓、污染⽓体进⾏吸收的具体应⽤还不多。我们提出⼀个利⽤超低温冷源，对成分复杂的⼯业尾⽓、废⽓进⾏分级冷却、冷凝处理，将尾⽓中所含的温室⽓体液化，初步分离、分类存放，可以变废为宝，进⼀步集中处理，实现尾⽓零排放。同时可以将尾⽓所含的显热、潜热部分转换为电能、机械能的解决⽅案。
1、利⽤液态空⽓冷源
液态空⽓是把空⽓制冷降温到空⽓的沸点以下，空⽓从常温的⽓态变为接近-200℃的液态。利⽤这样的液体作为冷源，通过⼀个装置，对废⽓进⾏制冷，最后沸点较⾼的⼆氧化碳等⽓体液化、固化，低沸点的液态空⽓吸热⽓化后排放，通过液体置换，实现了废⽓中污染⽓体、温室⽓体的收集。系统⽰意图如下：
废⽓从废⽓⼊⼝进⼊风冷蒸发器进⼀步降温，再进⼊回热换热器（如板翅换热器或套管式换热器）利⽤处理后的冷⽓逐步降温，进⼀步到换热器进⼀步降温；到低温冷凝器达到最低温度，废⽓中⼆氧化碳冷凝，处理后⼲净的⽓体再回到回热换热器，利⽤排⽓低温对新进⼊的废⽓预冷，冷量充分利⽤，最后回升到接近进⽓温度后再排放；液态空⽓被低温泵送⼊低温冷凝器作为冷源，同时吸热⽓化成为⾼压⽓体，再经换热器进⼀步换热升温后，进⼊膨胀机做功带动发电机发电；膨胀机排出的⽓体也进
大名府是哪里
⼊回热换热器对进⽓预冷。废⽓中的⽔蒸⽓冷凝后再次喷淋到风冷蒸发器蒸发，提⾼冷量的利⽤率。
这样的系统，设备成本约每吨位15000 元；⽤1Kg、-191℃、汽化热约37、⽓体⽐热0.25 的液态空⽓，经过膨胀机做功发电后再次吸热，⼤约可以置换 -78℃、汽化热137 的⼆氧化碳0.6Kg，同时可以发电0.15KwH。1 吨液态空⽓批发价150 元，回收的0.6 吨⼆氧化碳按批发价650 元计算价值390 元，还能发电150KwH 价值75 元，⽑利润约315 元；还能回收少量浓硫酸盐、硝酸盐溶液。
2、利⽤热泵冷源
以现有的⼆级制冷压缩式热泵系统，很容易实现-80℃的输出，利⽤这样的冷源，通过⼀个装置，对废⽓进⾏制冷，将废⽓中的⼆氧化碳等⽓体液化、固化，实现了废⽓中沸点低于冷源温度的污染⽓体、温室⽓体的收集。系统⽰意图如下：
废⽓从废⽓⼊⼝进⼊回热换热器（如板翅换热器或套管式换热器）利⽤处理后的冷⽓逐步降温，到低温冷凝器达到最低温度，废⽓中⼆氧化碳冷凝，处理后⼲净的⽓体再回到回热换热器，利⽤排⽓低温对新进⼊的废⽓预冷，冷量充分利⽤，最后回升到接近进⽓温度后再排放；冷凝热被热泵转移到储⽔罐的热⽔中备⽤。
这样的系统，设备成本约3000 元/KwH；⽤1KwH 的电能，成本0.5 元，制冷效率0.85（理论值是2），
能输出⼤约可以输出“冷量”714Kcal，约回收-78℃、汽化热137、⽓体⽐热0.25 的⼆氧化碳4.4Kg，按批发价650 元/吨计算价值2.86元。同时还能输出120℃的⽔蒸⽓2Kg，或者温升50℃的热⽔31Kg，按每吨热⽔25 元计算，价值0.7 元，⽑利润约3元。
鬼片电影国语林正英根据中欧煤炭利⽤近零排放合作项⽬在2009 年年底作出的报告，⼆氧化碳的捕集成本为18 欧元/吨, 捕集和封存⼆氧化碳的综合成本为25-30 欧元/吨。本⽂提出的⽅案和已有数据接近甚⾄更低，综合效果也更好。
从上述两种⽅式分析，均具有较好的经济性，设备成本不⾼，通⽤性强，投资回收期短，社会推⼴的价值很⼤，企业的积极性会很⾼！
六、实施阶段展望
在推⼴应⽤上述碳收集资源化⽅案的步骤，应该⾸先从碳排放⽐较集中的环节下⼿。例如各种锅炉、窑炉、⼤型内燃机等。
例如从采暖锅炉、⼯业⽣产蒸汽锅炉、发电⼚的燃煤锅炉排烟⼝、烟囱，获取本来要排放的烟⽓，将其中的污染⽓体、温室⽓体回收。热泵冷源系统采⽤的设备，都是⼯业领域⾥成熟的系统，制冷冷源从数千⽡到数千千⽡都可以⽣产，换热系统、冷凝器也都是成熟产品，低温储罐早都有国家标准，很
快可以实现规模化⽣产。这样的系统安装试⽤过程中，对原有的⽣产系统不需要改造，具有很好的可⾏性、安全性，易于⼯程化，系统安装调试、投⼊使⽤过程可以逐阶段实施，实现平稳过渡。后续使⽤过程中也可以灵活启动、停⽌。由于具有良好的经济性，企业的改造、使⽤的积极性会很容易调动起来，市场化操作⾮常容易整合各⽅的产能、资⾦、资源。
容易调动起来，市场化操作⾮常容易整合各⽅的产能、资⾦、资源。
液态空⽓冷源⽅法具有系统简单，可以输出辅助电⼒、动⼒等特点，适⽤于机动车尾⽓回收。可以由政府带头⽰范，在城市公交、环保环卫车辆上优先试⽤，逐步向重点运输单位、物流等企业推⼴，让他们在减排的同时，也能从节约燃料、销售回收的资源等多⽅⾯获得更好的经济效益。
针对有条件利⽤⼆氧化碳作为动⼒介质，将⼆氧化碳带到海洋、森林、草原等环境释放的企业，可以进⼀步给予奖励、补偿，实现国家、企业、环境多⽅受益的⽬的。
七、结束语
⼀位⽣物学家在玻璃杯⾥放了⼀只跳蚤，这个可跳到⾃⼰⾝体400 倍⾼度的“跳⾼冠军”，毫不客⽓就跳了出来。后来，试验者在玻璃杯⼝上放了⼀个玻璃盖，这只不知情的跳蚤便连续不断地撞在玻璃盖上。不断地撞击之后，这只跳蚤适应了这个⾼度，再也没有⼀次撞到玻璃盖。这时，试验者取⾛了玻
璃盖。却发现，这只跳蚤再也跳不出杯⼦了。⼀周过去，情形依旧。这只跳蚤只会把⾃⼰的跳跃保持到这个⾼度了。怕撞头，不敢再跳？已经习惯，懒得再跳？还是已经默认这只杯⼦，就是⾃⼰⽆法逾越的⾼度？看来，它是被⾃⼰通过亲⾝实践⽽总结的成功经验束缚住了。
今天，我们⼈类不能当那个跳蚤，需要打破惯性思维，对已经习惯了、想当然的、传统的⼯业⽣产过程重新梳理，利⽤技术进步的成果进⾏基本理论、⼯艺过程的再认识，实现创新发展，再来⼀次能充分发挥⾃⼰能⼒的“飞跃”！我们需要通过能量、动⼒、排放的变⾰，彻底解决能源、资源⾼效利⽤和环境污染问题。
参考⽂献：
【1】李芬芬等，电⼚烟⽓中⼆氧化碳的捕获，化学⼯程与技术2011，1，4-10
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【3】刘⽂宗，⼆氧化碳的资源化利⽤，科学发展2007，5，413 期
【4】沈国良，⼆氧化碳在化⼯中的利⽤，⼆氧化碳减排控制技术与资源化利⽤研讨会，2008 年9 ⽉
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【6】陈健等，全球碳排放市场现状及对我国的启⽰分析，中国环境科学学会学术年会论⽂集，2014，700 页
【7】周伟等，中国碳排放：国际⽐较与减排战略，资源科学，2010 年8⽉第32卷
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