淺談碳庫釋放對大氣環境的影響與控制

摘要：隨著能源消費的持續增長，自然界中的天然碳庫——煤炭和石油，正在被快速開采和消費。碳庫釋放對于大氣環境的主要影響指酸雨、臭氧層破壞、溫室效應，徹底改變能源的使用結構是控制的根本。

關鍵詞：碳庫釋放；酸雨；溫室效應；綠色能源

中圖分類號：TE991.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）01-0158-02

一、碳庫的形成

1.碳是生命物質不可缺少的元素，而在地球的形成初期，環繞地球的原始大氣圈中完全沒有碳元素，隨著地球進一步演化，使大氣圈中出現了對生命至關重要的碳元素。光合作用通過吸收太陽光的能量，將碳元素不斷地固定在植物中，并產生大量的氧氣，以后逐漸形成能抵御紫外線輻射的臭氧層，為高級動物的產生創造了條件，使地球上形成一個優良的生命環境，森林茂密、各種動植物繁多。

2.地球在演變過程中，不斷地經歷著各種變遷，使許多古代植物深埋地下而形成煤炭；而由古代的動物和植物遺體的有機物質，逐漸轉變為無數細小的油珠形成石油。煤和石油的主要成分均為碳元素，而地下儲存的大量煤炭和石油形成了天然的碳庫。

二、碳庫釋放產生的有害氣體

1.燃煤：煤的主要化學組成是碳、氫、氧、氮，此外還包含有硫、磷、砷、氯、汞、氟等有害成分，用煤發電或直接應用都是一個燃燒過程。燃燒過程中產生的大量氣體和固體廢物，氣體污染物包括：SO2、NOx、CO2、多碳有機物等，其他污染物還有粉塵、放射性物質、痕量金屬等。

2.石油：石油的主要成分是碳、氫及硫、氧、磷、氮、釩等元素，加工提煉過程中會排放大量的有機化學品和其他污染，在燃燒應用中會產生CO2、NOx、CO、碳水化合物等污染氣體。

三、有害氣體對大氣環境的危害

煤和石油在燃燒過程中不僅產生多種有害氣體，而且消耗了大量的氧氣，對大氣環境造成危害主要有：溫室效應、酸雨現象、臭氧層破壞等。

1.酸雨現象。酸雨是指降雨含有一定數量的酸性物質，且PH<5.6的降雨現象。引起雨水酸化的物質有硫化物類、氮化物類及氯化物類，在三類物質中，形成酸雨的主要物質是SO2、NOx，它們形成的酸雨占總酸雨量90%以上。這兩類物質的90%都是燃燒化石燃料——煤和石油造成的。

酸雨的危害：①對人體皮膚、肺部、咽喉呼吸道系統的刺激性危害，空氣中的酸性水氣及細小水滴隨人呼吸進入呼吸道；②對地面建筑、植物葉面產生腐蝕作用；③引起水生生態系統結構的變化導致水生生物群落結構趨于單一化；④導致土壤酸化，淋濾土壤中K、Ca、P等營養元素，使土壤貧瘠，也使有害金屬離子活性增強；⑤導致淺層地下水質發生改變，PH值降低硬度增高，水質惡化。

2.臭氧層破壞。臭氧（O3）是氧的同素異性體，存在于地面以上至少10KM高度的地球大氣層中，其濃度隨海拔高度而異。在平流層（離地面20km～25km）最高，平流層中的臭氧吸收掉太陽放射出的大量對人類、動物、植物有害的紫外線輻射，為地球提供了一個防止有害紫外線輻射的屏障。臭氧層破壞的原因，主要是由于使用氟氯烴（用CFCS表示）類物質以及化石燃料燃燒排放的物質，汽車尾氣產生的光化學煙霧有關。臭氧層破壞的主要后果：①危害人體健康，使曬斑、角膜炎、皮膚癌、免疫系統等疾增加。②破壞生態系統、影響植物光合作用，導致農作物減產。紫外線還導致某些生物物種突變，若空氣中臭氧減少10%，將使許多水生生物變畸率增加18%，浮游生物光合作用減少5%。③過量紫外線照射，使塑料、高分子材料容易老化和分解。

3.溫室效應。由于人類活動使大氣中的CO2大量增加，據有關監測統計結果可知，1990年大氣中CO2含量為354PPm，2000年大氣中CO2濃度增至379PPm，2050年可增加到415～480PPm。造成大氣中CO2增加的主要原因是化石燃料燃燒向大氣排放的廢氣。造成CO2增加的另一個原因是地球陸地植物系統的破壞，正常情況下，植物光合作用等吸收大氣中的CO2，每年可達1000×108t。

由于CO2既能吸收來自太陽的短波輻射，同時吸收地球發出的長波紅外輻射。由于近地面大氣中CO2增加，加大了對地面長波輻射的吸收，引起地球表面溫度上升，發生所謂“溫室效應”。聯合國組織氣候變化委員會（IPCC）在1990年氣候變化第一次評估報告中指出，過去100多年中全球平均地面溫度.上升了0.3℃～0.6℃；IPCC在2001年1月的報告中估計，1990～2100年間溫度將升高1.4℃～5.8℃。氣候變暖引起的問題：①冰川后退。從19世紀后半期起，幾乎世界各地的冰川都發生了明顯后退，以1920～1960年之間冰川的后退幅度最大。②海平面上升。近100年來，冰融造成海平面上升了10cm～20cm。③影響農業生產。據估計，氣溫升高2℃時，即使降水量不變，全世界糧食生產亦可能下降3-17%，并能使害蟲的危害增加10%～13%。④會造成人類疾病增加。

四、減緩氣候變化的技術和政策措施

碳庫釋放對大氣環境影響是，由于化石燃料燃燒釋放出大量CO2氣體造成的溫室效應、SO2氣體形成酸雨、臭氧層的破壞。當前，減緩對大氣環境的危害，是全球性的問題，開發利用新能源和可在生能源，是減緩碳庫釋放的重要手段。

（一）有害氣體的減排及利用轉化

1.減少大氣中CO2氣體的主要措施有：①利用自然原理增大從大氣中吸收CO2的速度，通過植樹造林、保護植被和海洋中的微生物；②CO2的轉化和利用方向有：第一培養新型微生物食品；第二將CO2轉化為汽油；第三將CO2轉化為乙烯；第四用CO2制造甲醇；第五制備合成燃料。

2.減少大氣中SO2氣體的主要措施有：①利用燃燒前脫硫。主要是選煤洗煤、重油脫硫，采用物理、化學、生物方法，將燃料中的硫分離出來，不讓它進入大氣；②燃燒中脫硫。在燃料燃燒過程中，SO2被加入的固硫劑吸收進入爐渣排出不污染大氣；③燃燒后脫硫（煙氣脫硫）。

（二）開發利用新能源和可再生能源

開發利用新能源和可再生能源——綠色能源，替代高碳密度的化石能源，也是實施有害氣體減排的重要手段。①太陽能屬于一次能源，是典型的可再生綠色能源。當前，太陽能開發利用技術及其推廣應用突飛猛進，太陽能光熱轉換主要用于太陽能熱水器和太陽能發電；太陽能光電轉換是指太陽能電池；太陽能光化學轉化包括：光合作用、光電化學作用、光敏化學作用及光分解反應等。②風能作為一種高效潔凈的新能源主要用來轉化為電能，其突出的環保性能是火力發電所無法比擬的，世界可開發的風能約3x1011KW.h/a，風力發電的成本正在不斷下降，日益受到重視，已經成為世界上發展最迅速的能源采集方式。③生物質能源是指通過植物的光合作用，把太陽能變成有機物而儲藏的能量。生物質能是僅次于煤炭、石油、天燃氣的第四大能源，在整個能源系統占有重要地位。將生物質轉化為更環保、方便、用途廣泛的氣體或液體燃料，如沼氣、酒精、甲醇等燃料。④水力能源是指利用天然河流的落差，修建各類水力發電站；海洋有著巨大的水能，海洋中的潮汐、波浪、海水溫差等均可開發利用。⑤地下熱能，地球是一個巨大的熱水庫，地層中蘊藏著極為豐富的熱水資源，在離地表30多公里深處，溫度就有1000℃～1300℃。可用于發電和直接使用，開發前景可觀。⑥氫能是一種極為優越的新能源，其主要優點有：燃燒熱值高；清潔無污染；資源豐富；適用范圍廣。氫能是21世紀重要的能源載體，以氫為燃料的電池，是目前世界非常重要的環保能源開發項目。⑦核能的利用，核能發電量大，利用率高，經濟效益好。與火力發電相比，雖然投資較大，但燃料費用低，核能發電成本可以比火力發電低一半，只要從管理和技術上采取嚴格的安全措施，核能將成為本世紀的主要能源。

（三）政策措施

減緩碳庫釋放對大氣環境污染，需要國家采取一定的政策措施，我國自九十年代初，制定了一系列的限制或減少有害氣體排放的經濟和管制政策。經濟方面指征收排放稅，碳稅或能源稅等稅收政策；強制性政策手段涉及技術或性能標準，產品禁令等；鼓勵性政策指政府與企業之間通過自愿協議，由政府投資，支持企業進行綠色可再生能源的研究和開發等措施。

我國制定的各種碳庫釋放限制和有害氣體減排政策法規的實施，以及鼓勵研發綠色能源的技術和經濟措施，在減緩目前經濟快速發展對能源需求的急劇增長，對緩解碳庫釋放產生的有害氣體對大氣環境等的影響起到重要的作用。

參考文獻：

[1]鄭楚光.溫室效應及其控制對策[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]王漢臣.大氣保護與能源利用[M].北京：中國環境科學出版社，1992.

[3]尹榮樓.全球溫室效應及其影響[M].文津出版社，1992.