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部分碳酸飲料中添加的二氧化碳,來自一項目前備受關注的技術――碳捕集和封存,這項新技術事關人類面臨的重大挑戰――“全球氣候變暖”,該技術對減少溫室氣體排放具有深遠的意義,將為人類減緩氣候變暖帶來希望。
碳捕集與封存(簡稱CCS)是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集起來,用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術。它包括二氧化碳捕集、運輸以及封存三個環節,可以使單位發電碳排放減少85%至90%。
捕集二氧化碳可達食用程度
“北京已有比較成熟的碳捕集技術,現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示范裝置中生產的,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裝置里捕集出的二氧化碳,精制以后可以達到食用的程度,就是99.9%至99.99%的程度,截至2009年春節,二氧化碳捕集系統運行穩定,銷售食品級二氧化碳已超過800萬噸。
如何科學利用二氧化碳
要減少一種物質對人類的危害,最好的辦法就是科學利用。
目前全球二氧化碳工業利用量大約是每年1至1.5億噸。美國是世界上最大的二氧化碳生產國和消費國,生產能力每年約1000萬噸。中國有二氧化碳生產企業100家左右,生產能力是每年200至250萬噸,而一個幾十萬千瓦的燃煤電廠,一年能捕獲二氧化碳100至200萬噸,同目前中國企業生產的二氧化碳的總量是差不多的。黃斌說,“目前人類對二氧化碳的消費量是非常有限的,因此人類面臨的一個問題是,由于過度地使用化石原料造成了二氧化碳過多,而人類無法消費多出的龐大的那部分,所以造成了一系列氣候和生態問題。”
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“異想天開”的解決方案出臺了:把人類排放的二氧化碳氣體捕捉并集中起來,深埋于海底或地下,徹底解決因溫室氣體而引發的全球氣候變暖威脅。
“地質封存、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,必須對其進行安全、長期地封存,才能最終完成控制二氧化碳進入大氣的工作。地質封存被普遍認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期或永久性“填埋”在地質中。
深海封存是指把二氧化碳注入深海中以進行長時間的存儲,大部分二氧化碳在深海中將與大氣隔離若干世紀,目前深海封存在全世界還未被真正采用,也未開展試點示范,仍處于研究階段。
二氧化碳封存面臨的科學疑問是,將巨量的二氧化碳儲存到地下或深海,是否有可能逃逸出去?對此黃斌解釋說,令人樂觀的是二氧化碳并不需要被永久封存,封存的時間只要保證自然界中碳循環將大氣中的二氧化碳降到工業化之前的水平即可,“只要二氧化碳的封存可以在幾千年內防止嚴重泄漏,屆時碳循環就可以解決這個問題,從目前來看,人類的科技發展應該可以做到?！?/p>
碳捕集和封存技術將力挽狂瀾
中國科學院院士、中科院地學部原主任孫樞指出,碳捕集和封存是一種實現全球溫室氣體低排放的關鍵技術。“減排”除了節約能源、利用清潔能源和清潔燃燒技術外,重要的途徑是二氧化碳的捕集和埋存。隨著工業化進程和經濟社會的發展,燃燒化石燃料所導致的空氣污染和溫室效應,已嚴重地威脅著人類賴以生存的地球環境,全球氣候變暖是各國可持續發展面臨的共同挑戰,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。
孫樞院士認為,目前二氧化碳的工業分離、管道運輸、地質封存和工業利用等方面已經形成成熟的市場,這使二氧化碳捕集與封存技術有可能力挽狂瀾,成為減少溫室氣體排放的有效措施。
北半球永凍土儲有1.5萬億噸碳
一個國際研究小組日前公布研究報告稱,北半球永凍土層中冷凍碳的儲量可能超過1.5萬億噸,是此前估計的兩倍左右。
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、俄羅斯、美國、格陵蘭等國家和地區,儲量約為目前大氣中碳含量的兩倍。一旦氣溫升高導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,從而進一步加速全球變暖。
研究人員預計,這些永凍土層中的碳在本世紀全球氣候變化過程中將產生重要作用。
關鍵詞：二氧化碳 產生 探索 應用
中圖分類號：TQ2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）03-0286-01
前言
伴隨時代的不斷發展，以及科學技術的不斷進步，人們越來越關注社會生產效率和質量的提升需求。二氧化碳作為人們生活中隨處可見的物質，成為直接影響人們生活和生產工作的重要元素。二氧化碳超標的問題嚴重的威脅社會環境保護工作質量和執行效率，但與此同時，二氧化碳的實際應用也具有非常重要的價值，能夠滿足人們社會生產生活中的衣食住行需求，同時還能夠應用于藝術行業創造良好的視覺效果。
一、二氧化碳的產生
二氧化碳在大眾生活當中非常常見，可以從煤礦資源、空氣、植物，以及各種石油、天然氣等自然物質中提取。另外，但凡是有機物的結構都可以通過分解等諸多方式形成二氧化碳物質，通過光合作用等方式也能夠產生二氧化碳。二氧化碳在人們的生活當中無處不在[1]。
二、二氧化碳的危害
由于社會生產效率的不斷加速，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問題成為當下環境保護工作的重點內容之一。關注二氧化碳治理工作主要是源于二氧化碳對人們生活及健康存在危害，由于二氧化碳超標排放導致出現溫室效應和生態環境破壞問題等等[2]。
三、二氧化碳的應用
關注科學技術不斷發展的實際情況能夠發現，二氧化碳在人們的生活當中雖然存在比較大的危害，但是同時也可以充分的利用其特性，實現對二氧化碳的廣泛應用，在應用的過程當中能夠滿足很多社會生產需求。
首先，在行業生產方面，二氧化碳可以作為非常優質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現溶解能力展示。常規狀態下，二氧化碳對液體和固體的溶解能力呈現出比較低的情況，但如果不斷的增加壓力和密度的情況就會提升二氧化碳的溶解能力。二氧化碳在針對有機化合物的時候，呈現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出比較弱的現象。二氧化碳與萃取的有機物質比較，呈現出揮發、粘性、擴散功能比較優越的效果，而且呈現出優越的化學穩定和溶解選擇特征。不會燃燒、無毒的特征也非常優秀，可以在飲食、藥物等行業的生產工作中體現出極強的優勢[3]。
其次，二氧化碳在植物生長的過程中也具有非常重要的價值和作用，能夠滿足實際的光合作用需求，也是光合作用規定必須原料。提升二氧化碳的劑量對于植物的健康、茁壯成長具有非常重要的影響作用。因此，很多農業種植和培育工作就會選擇二氧化碳作為施肥原料，提升農業植被的生產效率。因為空氣中的二氧化碳含量不足以提升農業作物的生長需求，因此，采取專業的二氧化碳施肥工才能夠保證農業植被的生長需求。提高二氧化碳濃度，達到1000微升/升的程度，就能夠直接提升農作物生長效率一倍以上。
再者，二氧化碳也能夠作為新型合成材料的生產原料，實現搭配雙金屬配位的PBM類型催化劑共同作用的效果。多種物質的結合能夠提升新型材料的活化程度，形成共聚作用的情況，進而產生PPC（即脂肪族聚碳酸酯），通過化工處理就可以產生二氧化碳樹脂材料。這種材料在當下我國社會的生產和生活當中都比較常見，給人們提供了方便的同時節約了使用的經濟成本，也能夠滿足實際的生產工作效率需求，同時還降低了傳統材料使用時出現的毒害問題[4]。
再次，二氧化碳固態模式還被稱為干冰，干冰在人們生活當中的應用范圍也十分的廣泛。例如，大眾餐飲、工業和衛生行業當中都會使用干冰，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，干冰遇到高溫時會形成水，進而達成降雨的目的。在舞臺上應用干冰制造霧氣，達成良好的視覺效果。在餐飲行業利用干冰制作冰淇淋等，或者是保存飛機食物，等等。干冰具有極大的應用價值，在人們的生活當中十分常見，對于醫療衛生行業也具有良好的藥物、血漿保存功能，是非常重要的生活原材料之一。
結論
綜合上述研究內容進行切實有效的分析、探討和總結能夠發現，二氧化碳普遍存在于人類社會生活當中，因為超標排放的二氧化碳造成了地球溫室效應的問題，但充分、科學的應用二氧化碳也能夠創造良好的經濟和審美價值，這也是本次研究的重點。
參考文獻
[1]王小斌，邵燕斐. 中國城鎮化、能源消耗與二氧化碳排放研究――基于1995～2011省級面板數據[J]. 工業技術經濟，2014，（04）：115-123.
[2]王惠清，李斌，謝建勇，石彥，李文波. 二氧化碳吞吐技術在準東復雜油藏開發中的應用探索[J]. 新疆石油天然氣，2014，（01）：83-87+8-9.
【關鍵詞】二氧化碳；科學視野；學習興趣
初中化學新課標指出：在化學教學中，通過幫助學生了解化學制品對人類健康的影響，懂得運用化學知識和方法治理環境，合理地開發和利用化學資源，逐步學會從化學的角度認識自然與環境的關系，分析有關的社會現象。
本文以二氧化碳一節內容的學習為例，在講授完畢本節內容后，教師可以設置問題或布置任務：如果二氧化碳過度排放，將對人類產生什么危害呢？人類又將如何應對呢？由此引導學生深入思考。然后老師可以依據調研情況向學生說明：空氣中大量排放的二氧化碳導致地表溫度上升、冰川溶化、海平面上升、給人類帶來災難。盡管目前還無法科學計量，但確有跡象表明CO2所引起的氣候變化是很顯著的?？刂茰p少大氣中二氧化碳的含量已引起全世界科學家的重視，在努力尋找轉化的方法，以保護環境。那么如何做到CO2的減排、封存和利用呢。在此可以向學生講授當今二氧化碳處理利用的現狀，以達到拓展學生科學視野、激發學習興趣、提高環保意識的目的。
1.生物技術
利用光合作用吸收儲存二氧化碳，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單的辦法就是植樹造林，也是最廉價的解決方案。樹木在生長的過程中從空氣吸收二氧化碳，放出氧氣，以木材的形式存儲碳。據估計，全世界森林中總共存儲著近1萬億噸碳。然而，利用植物光合作用降低二氧化碳的效率很低，因為需要大量的土地來植樹或農作物。據計算，要平衡目前全球二氧化碳排放值，人們必須每年種植相當于整個印度國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，研究發現海洋生物吸收二氧化碳的潛力巨大。日本科學家已經篩選出幾種能在高濃度二氧化碳下繁殖的海藻并計劃在太平洋海岸進行繁殖，以吸收附近工業區排出的二氧化碳。美國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海藻，形成碳酸鈣沉入海底，騰出的巨藻表面可供繼續繁殖。
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。
（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80年代美國化工界就提出將煤、生物體等不清潔燃料與氫氣反應生成甲烷、一氧化碳、氫以及固態焦炭等，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，未反應的氫與一氧化碳作為原料循環使用。
（2）燃料電池：即以電化學氧化產生電力，直接將化學能轉化為電能，燃燒效率達到40%-60%（與之相比火力發電的效率僅為30%左右），大幅節約了初級能源，避免了大量污染。重要的是，燃料電池是以氫為燃料的，燃燒產物是水，既解決了能源產生和輸送，又避免了環境污染。
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備不現實，目前把收集二氧化碳的工作重點放在了以燃燒礦物燃料為主的發電廠上，這些發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生反應，釋放出濃縮的二氧化碳，并還原成化學吸收劑。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。石油開采行業中有些油田為了增加留在地層孔隙中難以開采的石油產量，向地下注入壓縮二氧化碳，以增大地下壓力，增強原油流動性，提高原油的采收率。目前，美國每年有近百個油田為提高原油產量向地下注入500萬噸左右的二氧化碳。盡管封閉的地質結構是人們最理想的二氧化碳儲存之處，但是一些科學家指出，深海才是未來溫室氣體最大的潛在儲存庫。海洋表面每天都要吸收2000萬噸的二氧化碳。據估計，以海水溶解方式總共儲有46萬億噸二氧化碳，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時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轉移到海洋中。
4.二氧化碳的資源化利用
二氧化碳作為新的碳源，開發綠色合成工藝已引起普遍關注。綜合利用二氧化碳并使之轉化為附加值較高的化工產品，不僅為碳一化工提供了廉價易得的原料，開辟了一條極為重要的非石油原料化學工業路線，而且在減輕全球溫室效應方面也具有重要的生態與社會意義。隨著人們對二氧化碳性質的深入了解，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，應用領域將得到有效開發。
【參考文獻】
[1] 趙成美.二氧化碳的性質， 中學化學教學參考，2000（5）：27-28
[2]Garola Hanisch.二氧化碳儲存的來龍去脈[J].環境科技動態，1998，2：9-12
[3]周歡懷，艾宇.二氧化碳減排與可持續發展[J].杭州化工，2005，32（2）：15-18
【作者簡介】