航天与建筑工程学院燃烧理论基础（小论文）学号：S313020021专业：动力工程及工程热物理学生姓名：王海霞任课教师：孙巧群讲师2014年5月二氧化碳的排放与控制技术王海霞哈尔滨工程大学摘要：目前二氧化碳的排放带来的―温室效应‖给人类造成的危害越来越受到世界各国的高度重视。

所以，在全球变暖的背景下，温室气体特别是二氧化碳的控制研究受到越来越多的关注。

本文首先介绍了二氧化碳的主要生成来源，温室效应与全球变暖及二氧化碳与全球变暖的关系，最后介绍了二氧化碳的控制技术。

关键词：二氧化碳; 温室效应; 控制技术Abstract: The "greenhouse effect" which is produced by carbon dioxide emissions is receiving increasing attention from all over the world. So under the background of global warming, greenhouse gases,especially carbon dioxide research is taken more and more attention. This paper first introduces themain generating source of carbon dioxide, the greenhouse effect ,global warming and therelationship between carbon dioxide and global warming, and finally introduces the technology ofcarbon dioxide control.Key words: carbon dioxide; greenhouse ; control technology1引言迄今为止，全球气候变暖的趋势已得到越来越多的证实。

据统计，在过去的100年中全球平均地面气温已增加0.3℃～0.6℃，寒冷季节缩短而温暖季节延长；内陆地区变得更加干旱而炎热，沿海地区热带风暴却更加频繁；极地和北半球高纬地区气温升高了3℃～5℃，冰川大面积消融，海平面上升，一些岛国和沿海地区不断被海水蚕食，甚至面临“灭顶之灾”[1]。

气候的改变还威胁着地球上丰富多采的生态系统。

近年来，科学界经过反复的争论和研究逐渐达成共识：造成全球气候变暖的根源是大量燃烧矿物燃料所排放的二氧化碳以及其他人类活动所产生的甲烷、氧化亚氮、氢氟碳、氯氟化碳、哈龙等温室效应气体[3]。

它们进入大气后，一方面吸收红外线，另一方面却阻挡地球表面辐射热散发，犹如在地球表面加上一个玻璃罩吸热而保温，致使地球温度不断升高。

其中氯氟化碳和哈龙还会破坏平流层臭氧,加剧到达地面的紫外辐射。

据有关资料报道，大气中二氧化碳的浓度正以每年0. 4%的增长率上升，甲烷、氯氟化碳、氧化亚氮增长率高达1. 0%、5. 0%和0. 2%，全球增温速度相应为0. 3℃/a照此发展下去，30年后全球平均温升将达1℃，全球海平面相应上涨20mm[4]。

因此，90年代后温室效应气体的控制成为大气污染控制的新焦点。

在所有温室效应气体中，二氧化碳对温室效应的贡献最大，占60%，而且在大气中含量最高，因此二氧化碳成为温室效应气体削减与控制的重点。

与二氧化硫、氮氧化物等大气污染物相比，二氧化碳原本并非污染物，而是光合作用三大要素之一,起着推动生态系统能源流动的作用[6]。

但工业革命后，化石燃料的大量燃烧打破了大气圈与生物圈之间原先和谐的二氧化碳平衡，造成二氧化碳在大气中积累，引发温室效应。

据观测，从1700年至今，大气中二氧化碳的浓度已由280ppmV上升到350ppmV，其中70%的增量发生在近50年中。

由于二氧化碳在大气中停留时间约100年，即使二氧化碳的排放能维持现有水平上，它的浓度在22世纪仍将翻一番[8]。

若想使大气中二氧化碳浓度保持在目前水平，则需全球二氧化碳排放量削减60%，由于现代生产及生活对能源的强烈依赖使得这一目标很难在近期实现，于是一场广泛而深刻的变革在科学、技术、管理与工程等领域悄然展开。

由建筑业房屋隔热、节能性能的研究与应用，到制造业提高燃烧效率和节能技术的开发，可再生能源的应用，燃料电池的研究，二氧化碳的收集、处理、处置技术以及征收碳税的管理手段和减少能源消费的生活模式，二氧化碳的控制研究已不仅是大气污染治理的目标，更多的渗透到各行各业的生产与人们的生活中。

2 国内外研究现状2.1国外研究现状国外的研究开展了大量工作，涉及的范围包括全球层面、区域层面、国家层面、城市层面及部门层面。

国外对温室气体控制进行研究的同时，进一步进行评估和分析。

全球层面上，Bollen 等采用MERGE模型对温室气体减排政策进行成本-效益分析，并提出同时解决污全球变暖的政策。

该研究是首次在进行成本-效益分析过程既考虑区域空气污染导致的损害，也考虑全球气候变化造成的损失。

Rafaj 等采用温室气体模型和全球能源系统模型分析了全球温室气体政策对传统大气污染物的影响[10]。

区域层面上，学者主要多从温室气体控制政策或目标角度出发，不仅对控制措施存在的效益进行分析，也对控制成本进行了研究。

Rive采用CGE模型对西欧国家气候政策下污染控制减免成本进行了研究，结果表明，2020 年气候减排情景下污染控制成本比基础情景减少1.3%~20%，研究表明随着温室气体排放目标加严，污染控制减免成本将下降[12]。

该研究重点关注依靠末端污染控制技术(如烟气脱硫)的固定源减排成本，并不考虑移动源这一重要的污染贡献者。

国家层面上，既包括发达国家，也包括发展中国家的相关研究，但发展中国家的研究相对较少。

Cifuentes等采用情景分析法研究了圣地亚哥、圣保罗、墨西哥市质量协同效益所存在的障碍和机遇，分析了空气质量协同效益的经济价值，对于发达国家，价值范围为$2~128/tCO2减排量，对于发展中国家则为$27~196/tCO2减排量[14]。

总的来说，国外协同效益研究无论在方法学上、模型应用开发，抑或在研究层面和研究内容上都较为全面和深入。

2.2 国内外研究现状相对于国外研究，国内对协同效益研究起步较晚，并且区域层面和国家层面相关研究相对较少，主要集中在城市层面如上海、北京、攀枝花、太原等城市的研究。

区域协同效益主要针对山西省——一个重要的能源基地，拥有丰富的煤矿和铁矿资源，同时也是一个重工业二氧化碳污染严重区[16]。

Aunan等描述了气候变化与空气污染二者间存在的重要关系，以山西省为例，分析了CO2减排政策的健康与环境效益，探索了中国潜在的CDM 项目，并初步说明不可忽视气候政策有利于控制室内空气污染的效益，该研究的亮点在于从多角度进行协同效益的分析。

Aunan 等分析了山西省煤消费相关的CO2减排措施的健康效益和社会经济成本，该研究关注工业部门、电厂和农村家庭这三个排放源，估算了基线情景和减排情景下CO2的排放量和CO2减排成本，采用简化方法评估人口暴露水平，进而量化了颗粒物排放降低引起的健康效益，该研究主要关注了与使用煤相关的部门及响应的气候政策效果。

总体而言，国内协同效益的研究起步较晚，不管在区域层面、国家层面或城市层面都较少，目前尚无针对部门层面的研究，并且大多关注减排量效益的研究，对于人体健康效益、其他环境效益(如污染物减排对酸化与富营养化影响)、减排成本和模型开发等方面的研究相对缺乏[18]。

此外，国内学者将研究重心放在污染控制政策的协同效益研究，对气候减缓政策带来的协同效益缺少关注。

深圳市作为改革开放和全国经济中心城市，对温室气体排放清单方面的研究较少，且尚没有温室气体减排与大气污染控制协同效益相关的分析[19]。

3 二氧化碳的生成来源数百万年以来，二氧化碳通过多种形式进入到大气中，其中一种来源——工业革命时期开始的人类燃烧矿物燃料，现在已经成为二氧化碳的主要来源，并对碳循环的平衡起着重要的作用[21]。

二氧化碳的来源如下所述：①呼吸作用：动物通过呼吸空气来吸收氧气。

氧气和糖份相结合产生能量、二氧化碳和水。

鱼和其他水下生物从生活的水中吸取溶解的氧气。

植物也要进行呼吸作用，它们需要能量才能生长。

绿色植物的呼吸作用也是二氧化碳的产生源，同时由于光合作用的存在，也在进行着二氧化碳的吸收。

②退化：动植物死后体内开始发生降解有机物的化学过程，有机物被分解为更简单的化合物，包括二氧化碳。

③火山活动：火山喷发产生固体和含有二氧化碳的气体。

④燃烧矿物燃料：煤基本上由碳组成，石油和天然气(碳氢化合物)的主要成分也是碳。

这些燃料在空气中燃烧时，会产生热能、光能和排放二氧化碳[22]。

目前，每年燃烧的矿物燃料会将大约260亿t的二氧化碳排放到大气中。

⑤水泥生产：与人类活动有关的二氧化碳大气排放量中大约有5%来自水泥生产过程。

该过程包括爆破和燃烧石灰石和白垩板岩等碳酸岩，这些岩石也用在钢铁生产和其他工业生产活动中。

⑥森林采伐：几个世纪以来，人们燃烧森林来获得农业用地。

这会在两个方面影响二氧化碳气体的平衡。

首先，燃烧会将产生的二氧化碳释放到大气中；其次,通过光合作用吸收二氧化碳气体的树木减少了。

诚然，农业用地也是二氧化碳气体的吸收源，但其吸收效果远不如森林[25]。

作为全球变暖的主要贡献者的温室气体二氧化碳，主要产生于矿物燃料的燃烧过程(占全球排放总量的80%以上)，而以矿物燃料为主要能源的电力生产中排放的二氧化碳占全球总排量的40%左右[27]，电力生产是二氧化碳的一个集中排放源，控制和减缓电力生产中二氧化碳排放对于解决全球气候变暖及温室效应问题具有重要意义。

4 温室气体与全球变暖4.1 温室效应与全球变暖自然界中的一切物体都以电磁波的形式向周围辐射能量，通常高温物体向外发出短波辐射，而低温物体则发射长波辐射，地球表面的大气层，允许太阳辐射的短波部分通过，但是却阻挡地面的长波辐射，地球表面的大气层和地表组成的这一系统就好像一个巨大的―玻璃温室‖，使地表始终维持着一定的温度，产生了适于人类和其他生物生存的环境。

我们将大气对地面的这种保护作用称为大气的温室效应。

温室效应的存在保存了地球的热量，使地球温度适宜人类生活。

人们通常把正常情况下的温室效应称为自然的温室效应。

通过最新分析表明，过去100多年中，全球地表温度平均上升了0.6℃。

而且，政府间气候变化委员会(PICC)利用有关气候模式模拟结果还说明，本世纪内全球平均气温将以每10年0.2～0.5℃的速率持续升高。

这样的升温将给地球上各种类型的生态系统形成巨大威胁，对人类生活也产生直接和间接的影响，因此对全球变暖的趋势必须进行遏制。