國外煤碳與環(huán)境及其清潔技術(shù)研究進(jìn)展

邢良 苑雙

摘 要：化石燃料，尤其是煤炭，是當(dāng)今世界技術(shù)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步所必需的不可或缺的能源。它們?nèi)紵尫懦鲈S多環(huán)境污染物，如二氧化碳、二氧化硫和一系列有機(jī)和無機(jī)化合物。本文綜述了國外一些國家關(guān)于煤炭清潔技術(shù)研究方面的最新進(jìn)展，主要紹了印度、克羅地亞和美國的相關(guān)重要研究。本文介紹了克羅地亞、印度、美國的領(lǐng)先國際科學(xué)家在煤炭研究方面取得的最新進(jìn)展，并概述了相關(guān)的研究，以解決環(huán)境污染和廢物處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤炭 環(huán)境 清潔技術(shù)

中圖分類號：TKl6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0104-02

煤是化石燃料中最豐富的標(biāo)本，它是有機(jī)物質(zhì)的沉積物，通常是由粘土礦物、石英粉和沙子組成的無機(jī)材料，在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生金屬排放負(fù)荷。因此，煤炭的燃燒排放成為人為溫室氣體和氣溶膠的最大來源。盡管如此，在目前高能源需求的情況下，煤仍然是一個(gè)充滿活力的產(chǎn)業(yè)[1]。克羅地亞最大的煤炭開采區(qū)位于伊斯特拉半島東部，該地區(qū)的煤炭具有超高有機(jī)硫組分，S含量高達(dá)13%～14%，燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的污染，富含硫的煤炭開采始于18世紀(jì)，直到20世紀(jì)90年代末才被限制開采。克羅地亞富含S的煤炭主要用于燃煤發(fā)電廠，近20年才開始使用進(jìn)口的低硫煤[2]。印度擁有大量的煤炭資源，占世界煤炭總儲(chǔ)量的7%左右，煤炭在印度開采已有230多年的歷史，印度政府于2004年成立的綜合能源政策委員會(huì)強(qiáng)調(diào)了未來25年印度能源部門煤炭的持續(xù)主導(dǎo)地位，根據(jù)印度地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，印度的煤炭儲(chǔ)量估計(jì)約為30880.2億t，延伸至1200m的深度，其中只有12.5%屬于焦化類型，而剩余的87.5%屬于動(dòng)力煤。Chikkatur等[3]指出，煤炭目前占該國主要商業(yè)能源供應(yīng)總量的50%以上，占總發(fā)電量的70%左右。在過去30年來，印度煤中的灰分含量一直在增加，這主要是因?yàn)槁短觳傻V的增加以及本質(zhì)上較低等級資源的煤炭生產(chǎn)。由于印度煤炭中灰分含量高，每1MW裝機(jī)容量需要至少4047m2的土地儲(chǔ)存灰燼，而且有許多大型發(fā)電廠擁有超過4047000m2的土地專用于儲(chǔ)存灰燼。

1 克羅地亞煤碳、環(huán)境及其清潔技術(shù)

克羅地亞的煤礦開采約在20年前就已經(jīng)停止，因此根本不存在煤巖學(xué)研究。其煤炭研究主要集中在煤炭開采和燃燒對PPP區(qū)域環(huán)境的不利后果。自20世紀(jì)初以來，煤炭一直是克羅地亞能源生產(chǎn)的主要來源，由于使用的煤炭中含有較高含量的S、PAHs（多環(huán)芳烴），并且具有較高的放射性，PPP周圍的土壤被S和PAHs以及Ra-226嚴(yán)重污染。Fiket等人確定了研究燃煤地區(qū)土壤樣品中特有的稀土元素，土壤中的PAHs是人為過程的典型產(chǎn)品，它們在表層土壤中的總濃度從對照土壤樣品中的31ng/g變化到距離PPP 100m處的13535ng/g，這主要是由含PAHs的煤燃燒以及附近未燃燒煤堆砌共同產(chǎn)生的，此外，F(xiàn)iket等還給出了有關(guān)煤礦開采的環(huán)境污染、土壤和煤中硫同位素的分布對人類健康風(fēng)險(xiǎn)評估指數(shù)。

Franikoviü-Bilinski等描述了煤灰底灰和灰分排放污染的喀斯特河沉積物的磁化學(xué)性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)接近污染源的磁化率很高，與Co、Fe、Sr、Al、U和B有很強(qiáng)的相關(guān)性。Oreanin等分析了前硫酸鹽漿廠的煤灰底和灰分，與世界平均土壤濃度相比，U和Th值分別增加了3.7倍和1.7倍。在土地吸收的影響下，所有灰分和土壤樣本在空氣中1m高處測得的總有效劑量率的平均值為1.60mSv/a，與克羅地亞平均值（0.7015mSv/a）相比，該地區(qū)的污染是雙倍的。然而，在土地上方測量的總有效劑量率的平均值是當(dāng)?shù)氐?1.4倍（0.14mSv/a）。因此，Oreanin等建議使用10cm厚的低滲透率材料密封地下煤灰底和灰分，以防止放射性核素和重金屬從沉積物質(zhì)重新分布到環(huán)境中。

2 印度煤碳、環(huán)境及其清潔技術(shù)

與克羅地亞不同，印度的煤巖石學(xué)和煤炭地球化學(xué)研究是一個(gè)非常活躍的科學(xué)學(xué)科，Singh等人采用綜合方法研究了印度西部Saurashtra盆地與喀沙利耶粘土相關(guān)的褐煤礦床，獲得并討論了連續(xù)取樣的有機(jī)巖相學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)。此外，Singh等使用孢粉學(xué)和生物標(biāo)志物證據(jù)來推斷褐煤礦的有機(jī)成分、質(zhì)量、熱成熟度、起源和沉積環(huán)境，包括含褐煤的序列烴源潛力。Singh等人調(diào)查了古吉拉特邦坎貝盆地的褐煤沉積物，以了解它們的巖石學(xué)和地球化學(xué)屬性，因?yàn)榕c印度岡瓦納煤炭上的大量文獻(xiàn)相比，它們的巖石學(xué)數(shù)據(jù)很少。Singh等人對Kachchh盆地的褐煤礦床進(jìn)行了調(diào)查，褐煤的巖相學(xué)分析表明，該組織的輝綠巖群具有優(yōu)勢。礦物質(zhì)以中等濃度存在，而S含量高。該研究表明了幾個(gè)較干燥時(shí)期的森林沼澤狀況。

3 美國煤碳、環(huán)境及其清潔技術(shù)

美國領(lǐng)先的煤巖石學(xué)和煤炭地球化學(xué)研究員James C. Hower和他的國內(nèi)和國際合作者正在積極研究來自全球各地的煤炭。他們研究了稀土元素、U和放射性核素在煤中的分布，以及其灰分中的汞含量。此外，他還參加了由Wang等人進(jìn)行的多學(xué)科研究。Hower等對來自鏈霉菌屬的新四環(huán)聚酮化合物進(jìn)行了分離和結(jié)構(gòu)鑒定，這是一種細(xì)菌（RM-4-15），位于肯塔基州東部的Ruth Mullins地下煤礦的熱通風(fēng)口附近。初步的體外抗菌、抗癌和抗真菌測定顯示RM-4-15具有中度抗真菌活性。由國際研究小組進(jìn)行的一項(xiàng)多學(xué)科研究報(bào)告稱，由于于煤中存在大量的TiO2礦物，煤炭燃燒生成大量稀有的Magnéli相物質(zhì)（TixO2x-1，4≤x≤9）。筆者指出，這為跟蹤工業(yè)燃煤的全球固態(tài)排放提供了新的方法。在其第一次毒性試驗(yàn)中，他們已經(jīng)證明納米級Magnéli相物質(zhì)具有潛在的毒性，不像TiO2相那樣具有光活性，似乎在沒有光刺激的情況下仍具有生物活性。

4 結(jié)語

本文介紹了國外一些主要國家的煤炭清潔技術(shù)，綜述了其中最具吸引力和最先進(jìn)的幾個(gè)主題，本文從多個(gè)方面和領(lǐng)域總結(jié)了印度和克羅地亞最新的煤炭，環(huán)境和清潔技術(shù)研究。很明顯，印度的煤炭和技術(shù)研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了克羅地亞，尤其是在研究課題的優(yōu)勢和新穎性方面。然而，克羅地亞的環(huán)境和清潔技術(shù)科學(xué)可以向國際科學(xué)家提高認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1] Das T，Chauhan H，Deka S，et al. Promising carbon nanosheet-based supercapacitor electrode materials from low-grade coals[J].Microporous and Mesoporous Materials，2017，253（15）：80-90.

[2] Franikoviü-Bilinski S，Bilinski H，Maldini K，et al. Chemical and magnetic tracing of coal slag pollutants in karstic river sediments[J].Environmental Earth Sciences， 2017，16（14）：476.

[3] Chikkatur AP， Sagar AD，Sankar TL.Sustainable development of the Indian coal sector[J].Energy，2009，34（8）：942-953.