二氧化碳減排及固定的研究進展概述

常趙剛 敖迎春 杜維 王亞峰 秦紀濤

（遼寧工程技術大學礦業學院 遼寧阜新 123000）

自工業革命以來，人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應也隨之嚴重，已引起全球氣候變暖等一系列嚴重問題，引起了全世界的關注。CO2的大量排放所導致的中歐地區氣候變暖，給世界各地帶來的影響非常惡劣，例如非洲的荒漠面積不斷增加，加拿大和俄羅斯的冰原加快融化，海平面上升，一些地區遭受熱帶風暴，給社會和經濟帶來嚴重的負面影響[1]。

從資源集約化角度來看，CO2是一種天然、豐富、廉價、無毒的碳源，回顧化工發展歷史可以發現許多CO2應用，如碳酸飲料、尿素、聚碳酸酯等。因此從廢氣中更有效率的固定、回收CO2具有重大的意義。CO2的固定對改善溫室效應、減少廢氣排放、充分利用資源均有重要意義。

1 二氧化碳減排措施及存在問題

針對二氧化碳的減排問題，國內外已實施諸多減排措施，就其范圍可分為國際層面和國內層面。國際層面減排措施主要通過國際協議及碳排放交易等措施進行實施；國內層面減排措施通過市場手段及非市場手段進行實施，其中市場手段包括征收碳稅、碳排放交易、政府資助、制定法律等；非市場手段包括森林減排、地質減排、循環經濟、新能源開發等。表1對二氧化碳減排措施進行比較和利弊分析[2]。

表1 不同二氧化碳減排措施比較表

由表看出，不同的減排措施盡管具有自身的優點，但在不同層面仍存在問題，這些方法普遍存在成本高、而且有些方法風險性很大，若要長期可持續的發展低碳經濟，就必需從源頭抓起，切實做到節能、減排、增效。

2 二氧化碳固定方法

二氧化碳的固定和轉化已成為解決溫室效應的重要方法之一。依據現行技術的特性分類,大致可分為物理CO2固定法、化學CO2固定法和生物CO2固定法三大類。

2.1 物理固定法

現行的物理固定法包括：陸地蓄水層儲存法與海洋深層儲存法，該法能夠有效地減少CO2向大氣中排放。這種碳固存技術除埋存的穩定性問題以及收集、純化、濃縮成本較高之外，還潛在著地下水、地層、海洋生物圈以及氣候等方面的風險，需要更深入的研究。

2.2 化學固定法

CO2化學固定技術主要有以下幾類：

①CO2和環氧化物共聚合成新型CO2樹脂材料；

②利用乙醇胺類吸收劑對CO2進行分離回收；

③將CO2插入到金屬、碳、硅、氫、氧、氮、磷、鹵素等元素組成的化學鍵中，以制備各種羧酸或羧酸鹽、氨基甲酸酯、碳酸酯、有機硅、有機磷化合物；

④CO2與 H2、CH4、H2O、CH3OH 等反應分別合成甲醇、C2烴、合成氣、碳酸二甲酯等許多有價值的化學品。

由于化學固定法要求CO2的純度較高，而工業CO2排放純度較低，富集成本高。加上CO2本身比較穩定，如何利用這個巨大的碳源來解決全球資源危機并實現減排，仍然面臨巨大的挑戰。

2.3 生物固定法

生物固定CO2是符合自然循環，最為安全、有效、環保的方法。隨著我國對環保的日益關注，作為符合自然循環的生物固定法逐漸被研究者重視。其中微藻減排CO2技術已較為成熟，且能做到持續作用的效果。

3 二氧化碳減排形勢分析

3.1 減排成本巨大

主要原因是煤資源豐富，價格低廉。如果轉而使用石油或天然氣作為基礎能源，那么需要消耗大量能源物質，世界能源安全將受到威脅。

3.2 缺乏有效的政策工具

目前正討論的政策工具包括征收碳稅、碳排放交易、政府資助、制定法律等，但實施較為困難。

3.3 存在排放量大的產業主要集中在基礎性上游產業的問題

由于政府調控會對本身產業和下游產業造成巨大的影響，因而政府調控困難。另外，減排對出口、就業、財政收入、投資、消費以及整體經濟增長也存在一定影響[3]。

4 礦物固定二氧化碳發展前景分析

地殼中存在大量的碳酸鹽礦物，現已發現碳酸鹽礦物約有100種，占地殼總重量的1.7%，其中僅菱鎂礦世界地質儲量近100億噸，其中礦物中固定的二氧化碳近50億噸。如果能夠將大氣中的二氧化碳轉化為碳酸鹽礦物，不僅能夠達到二氧化碳減排及固定的目的，而且能夠實現二氧化碳的循環利用，并且對二氧化碳的儲存安全可靠，不具有風險性，且不會對環境造成污染。碳酸鹽礦物的形成主要和熱液作用有關，以Ca、Mg、Fe的碳酸鹽為主。根據碳酸鹽礦物的礦化過程，采用富鎂礦物固定CO2，可以達到長期儲存的效果，具有極大地發展前景。

5 結語

礦物固定二氧化碳技術降低了二氧化碳在大氣中的含量，并將富集廉價的溫室氣體，使CO2資源固定化。這樣不僅可以最大限度的保護人類的生存空間，而且其實際意義在于利用廉價而豐富的碳資源，提高能源利用效率，控制CO2排放，達到良性的能源利用循環。二氧化碳的減排及固定任重而道遠，如何制定出行之有效的措施及其固定方法具有重要的戰略意義。

[1]江懷友,沈平平,王乃舉等.世界二氧化碳減排政策與儲層地質埋存展望[J].中外能源,2007,12:7-12.

[2]姜礪礪.當今二氧化碳減排措施的綜合分析與比較[J].能源研究與信息,2010,26(1):15-20.

[3]鄭新業.全球二氧化碳減排形勢和策略 [J].國際觀察,2010：54-56.