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关键词:温室效应;防治
1 温室效应的定义
温室效应是指透射阳光的的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应,具体到地球上就是太阳的短波辐射可以透过大气层射入地面,而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质吸收,从而产生的大气变暖的效应。而大气中也存在着一些能够吸收长波辐射的物质如水汽、CO2、CH3、N2O、SO2、O3、CFCS、微尘等。通常将这些气体称之为温室气体,其中CO2的全球变暖潜能最小,但是其含量却远远超过了其他气体,因此是主要的温室效应贡献者。
2 温室效应的来源及危害
自欧洲工业革命以来,大量的森林燃烧、火山爆发、汽车尾气的排放等使得大气中的CO2的浓度持续攀升,这是“温室效应”加剧的主要原因。而化石类矿物质燃料的燃烧排放的CO2占了较大的比例,在欧洲工业革命之前的1000年,大气中的CO2浓度一直维持在280mL/m3,工业革命后大气中的CO2含量迅速增加,到1995年大气中的CO2浓度已经达到358mL/m3。自十八世纪以来大气中的CO2浓度已经增加了30%,而且还在以每年0.5%的速度增加。由此导致了许多严重的后果:全球气温持续升高,据联合国气候变化专门委员会(IPCC)的结果,目前全球平均温度比1000年前上升了0.3℃到0.6℃。而在此前地球的平均温度变化不超过2℃。联合国还预测到2050年全球CO2排放量继续增加,全球平均气温可能上升1.5℃到4.5℃,将大大超过以往一万年的速度;冰川融化,海平面上升,由于全球气候变暖直接导致了两级冰川消融,海水受热膨胀,从而海平面上升,据世界气象组织预测如果地球温度照现在的速度继续升高,到2050年南北极冰山将大幅融化,上海、东京、纽约和悉尼等沿海城市将被淹没;加重区域性自然灾害,IPCC 第四次评估报告指出, 未来全球地表温度将继续升高, 极端天气气候事件与气象灾害的频率和强度继续增大。同时地球的生命系统和生态环境也将面临严重的考验。
3 温室效应的防治
温室气体的罪魁祸首是CO2,想要合理控制温室效应关键在于控制CO2向大气的排放量。然而温室效应具有区域性、特殊性和全球性的特点,虽然全国都在想了很多办法来控制自己区域内的温室效应,但是仅仅依靠一个或几个国家是远远不够的,必须加强全世界各国的合作才能真正解决温室效应这个世界难题。
针对这个问题,我觉得应该采取长期加短期的治理模式,即长期大范围调控加短期针对性应对的方式来逐步解决温室效应问题。
3.1 长期治理机制
3.1.1 加强世界各国间的合作。温室效应作为人类可持续发展中面临的重大挑战,正受到国际社会越来越广泛的关注。加强国际间的合作不仅能够使环保理念在更广的范围内得到传播和发展,而且能够创造出更加先进的技术来治理温室效应。通过制定协议等方式更能有效的制约各国的行为以及实现逐步解决温室效应的目标,例如在1997年149个国家通过的的《京东协议书》使人们减排的任务更加明确。
3.1.2 将环保问题纳入施政纲领。温室效应是在工业化发展过程中产生的副产物,要发展就会产生温室气体。以前,西方各国多采用先污染后治理的方式,结果产生了许多严重的后果:安第斯山脉延续在秘鲁境内的著名山峰胡阿斯卡鲁,山上冰雪已经融化了1280公顷,冰山覆盖率仅为30年前的40%;智利的奥希金斯冰山100年来“缩水”了15公里;阿根廷的乌帕萨拉冰山正以每年14米的速度消失。在哥伦比亚,冰山较之1850年消失了80%,而厄瓜多尔的主要冰山在20年间损失一半。 为此需要不断完善法制政策,由“末端治理”向“重在预防”转变;由经济与环境兼顾向可持续发展优先转变:由“被动治污”向“主动治污”转变:推动环境革命,建设“低能耗、二氧化碳低排放型城市”
3.1.3 开发新能源、调整能源结构。在我国,电力行业是温室气体排放的主要部门之一。而在我国的电力装机容量中,火电(主要是煤电)占绝对统治地位,这是因为我国的煤炭资源丰富且成本较低,并且煤电的投资建设周期较短,能够很快的满足国内经济发展对电力的需求。这样国情下以煤为主的能源消费结构必将导致大量的温室气体排放,而煤作为化石能源具有不可再生的特点,过分的依赖煤炭资源不仅对我们的环境产生恶劣的影响而且对我国未来的发展也会产生一定的威胁,因此开发新能源就显得特别重要,而随着科技的进步,水能、风能、太阳能、核能等新能源的开发和利用正在一步步成为可能。水力发电是目前在我国技术应用最广泛的新能源,水能发电具有成本低廉、技术成熟输出稳定等诸多优点;风能发电是继水电之后比较成熟的可再生能源发电技术,我国风能资源总技术可开发量至少为10亿千瓦,是目前主要的替代能源之一;太阳能是最清洁的能源之一,我国目前已有建筑屋顶总面积约100亿平方米,可安装约20亿平方米的太阳能热水器。
3.2 短期治理机制
3.2.1 严格执行减排标准。众所周知,环境保护与经济发展是一种相互制约的关系,一些地方政府片面的追求GDP的发展而忽视对对环境的重视,对那些产生环境污染而应该受到相应处罚的单位采取宽容的处理方式,从而使环境问题一步步恶化起来,为社会经济发展埋下了重大隐患。因此对执法者加强教育,使之真正认识到环境问题的重要性从而加大执法力度,打消一部分人的侥幸心理,进而实现减排目标。
3.2.2 采用经济手段加以调控。加大对新能源的开发力度、培养人才,为实现清洁生产奠定基础,鼓励使用新技术、新设备淘汰落后的生产设备来实现节能减排,逐步建立碳排放权的交易制度,通过政策补贴、适当提高碳税来使厂家认识到节能减排带来的利益问题,从而使厂家越来越重视节能减排。
4 结语
大气中的水蒸气、二氧化碳和其它微量气体,如甲烷、氟里昂等,能够吸收地球的长波辐射,阻碍地球向外空散发热量,就像在地球周围形成一个温室一样,于是科学家们把这类气体称做“温室气体”。温室气体吸收地球的长波辐射再反射回地球,从而减少地球向外层空间的能量净排放,大气层和地球表面将变热,这就是温室效应。
大气中能产生温室效应的气体已经发现的约30种,其中二氧化碳起主要作用,甲烷、氟里昂和氧化亚氮也起着相当重要的作用。本世纪以来所进行的一些科学观测表明,大气中的各种温室气体都在增加。按一些专家的测算,地球表面温度已经上升了0.3℃~0.6℃,导致全球海平面上升了10~25厘米。许多学者的预测表明,到下世纪中叶前,世界能源的格局如果不发生根本性的转变,地球表面温度将进一步上升。
温室效应的主要危害
海平面上升全世界大约有1/3的人口生活在沿海岸线60公里的范围内,经济发达,城市密集。全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和两极冰雪融化,可能在2100年前使二氧化碳增加和气候变暖,可能会增加植物的光合作用,延长生长季节,使世界海面上升50厘米,危及全球沿海地区,这些地区遭受淹没或海水侵入。
加剧洪涝、干旱及其它气象灾害气候变暖导致的气候灾害增多可能是一个更为突出的问题。厄尔尼诺现象就是一例。厄尔尼诺出现时,东南太平洋高压明显减弱,印度尼西亚和澳大利亚的气压升高,同时,赤道太平洋上空的信风减弱,因此有时候人们也把厄尔尼诺称为暖信风。目前对厄尔尼诺的认识还很不够,要彻底解开这个谜尚待时日。但很明显,厄尔尼诺给人类带来的灾难是严重的,最主要的就是使全球气候失调。
但这一切努力也可能是徒劳的。在地球温室效应所掀起的巨大自然灾害面前,人类的科学家全都显得那样软弱和茫然。
根据准确的预测,由于南北极冰帽的消融,到公元2050元,曼哈顿将不得不修建难以想像的大坝,以阻止由十水位高涨,大西洋海水彻底淹没曼哈顿的灾难发生。而持续的干旱将使北美的玉米、小麦大面积连年减产。更有甚者,美国的芝加哥地区将下陷为一片泥沼,就像密执安湖一样。与此同时,加利福尼亚湖将干涸,加州的整个地区将受到春寒和夏季高温热浪的侵袭。整个洛杉矶的水位将下降到现在的一半……
地球——这个人类赖以生存的星球,究竟出了什么问题?几乎全球的气象学家都把目光投向了这里。他们以极其焦虑的心情关注着下个世纪的气候,并开始研究引起上述现象的、已经存在了几百万年的“温室效应”,这实际上也是在深入研究大气与海洋是如何相互作用、如何相互交换热量之谜。目前,科学家们正在为寻求“温室效应”的以下两个基本课题的答案而付出艰辛的劳动——
第一个课题:在人类开始用煤、石油作为能源之前,二氧化碳是如何通过海洋、植物、生物在氮气中循环的?
第二个课题:日益提高的大气层温度是怎样影响气候的?
我们可以说,“温室效应”拉响了地球变化和濒临危机的警报。至下个世纪,由于温度要上升华氏3~6度,将造成海面上升数英尺,吞噬沿海的大面积陆地,而异常的气候又会使大片沃土成为荒滩。
当然,千百年来“温室效应”就如一只大气斗篷,遮蔽着地球,二氧化碳吸收阳光,打乱了地球初始的秩序,使地球变得宜人生存。否则的话,地球的温度将比现在低50℃,那我们就很可能已是冰球之客了。
吃药喝水是大家都熟悉的事。但有些人却想当然,偏要发明用茶冲服药物的方法服药,这看上去似乎没有问题,其实不然。茶里含有一种叫躁酸的物质,它可以与药物中的蛋白质、生物碱、重金属盐等物质发生反应而产生沉淀,这不但影响到药物的疗效,还会产生一些副作用。因此,像胃蛋白酶、富马酸铁等药物就不能以茶服之了。茶叶里还含有咖啡因、茶碱等成分,它们有兴奋神经的作用,所以在服用中枢神经抑制药物时不易使用茶水送服。
又比如蒸锅水一例。在家庭中蒸馒头或小菜的水叫蒸锅水。这种水不能喝也不能煮饭或烧粥,这是什么原因呢?蒸锅水中含有微量的硝酸盐,当水被长时间加热时,硝酸盐的浓度相对地增加,它在受热分解后变成亚硝酸盐。亚硝酸盐对人的健康是十分有害的,可以使人体血液里的血红蛋白变性,不能再与氧气结合。亚硝酸盐也能使人体血压下降,严重时可引起虚脱。
诸如此类的例子非常多。如果不知道有关的化学知识,麻烦肯定是少不了的。化学不但在日常生活中起着很重要的作用,它还可以改善我们的生活。
德国多家科研机构最近宣布合作研制成功以普通有机聚合物为中心的太阳能电池。研究人员发现,当聚合塑料离子受阳光照射的时候,其表面碳原子的电子震动明显加快,振幅加大,但反回碳原子轨道的速度却慢得多,这样在若干微妙的时间内就形成了"电子—空穴"。为了使其形成电流,研究人员制成了一个"夹层",其一面是金属铝,另一面是锌-铟金属氧化物,中间填充塑料离子。这样的夹层本身在两层之间就存在电场,聚合塑料离子起到了绝缘层的作用。 但是当阳光照射的时候,由于聚合有机物的碳原子产生"电子-空穴对",带负电的电子向铝金属层流动,而带正电"空穴"锌-铟金属氧化物层流动,结果就形成了电流。虽然太阳能电池的普及离我们还有一段距离,但是它的使用将使太阳能的利用向前推进一步。我们在这里不禁要感谢化学。
当然,再造福于人类的同时,我们也对环境进行了不少破坏。利用化学知识可以解释很多环境中出现的问题。
我们对温室效应一词并不陌生,而由于温室效应的加剧,这一词也越来越多地挂在了人们嘴边。温室效应加剧究竟是怎样形成的呢?这还要借助化学知识来进行解释。地球大气层中的二氧化碳和水蒸气等允许部分太阳辐射(短波辐射)透过大气层到达地面,它还能吸收太阳和地球表面发出的长波辐射,仅让很少一部分热辐射丧失到宇宙空间。由于大气层得到的热量多于丧失的,所以地球保持相对稳定的气温,这种现象叫做温室效应。他对地球上的生物起到了保护作用。但是由于人口激增、人类活动繁,化工燃料的燃烧量猛增,再加上森林的滥砍滥伐而急剧减少,导致大气中二氧化碳和各种气体微粒含量不断增加,致使吸收及反射回地面的长波辐射增多,引起地球表面温度上升,造成温室效应加剧,气候变暖。因此二氧化碳量的增加被认为是大气污染的最主要原因。我想,温室效应的加剧给我们带来的危害就不用再多说了。我们通过分析找到了问题的所在之处,就可以找到解决问题的方法。为减缓温室效应的加剧,即要设法减少矿物燃料的使用量,开发新能源,又要禁止砍伐森林,特别是要严密地控制人口的增长。
关键词:清洁发展机制(CDM) 硝酸 N2O
一、CDM概述
清洁发展机制,简称CDM (Clean Development Mechanism),是《京都议定书》中引入的三个灵活履约机制之一。根据“共同但有区别的责任”原则,已完成工业革命的发达国家应对全球变暖承担更多的历史责任,因此《京都议定书》只给发达国家制定了减排任务,但没有对发展中国家作出要求。按其规定,发达国家缔约方为实现温室气体减排义务,从2005年开始至2012年必须将温室气体排放水平在1990年的基础上平均减少5.2%,由于发达国家减排温室气体的成本是发展中国家的几倍甚至几十倍,发达国家通过在发展中国家实施具有温室气体减排效果的项目,把项目所产生的温室气体减少的排放量作为履行京都议定书所规定的一部分义务。一方面,对发达国家而言,给予其一些履约的灵活性,使其得以较低成本履行义务;另一方面,对发展中国家而言,协助发达国家利用减排成本低的优势从发达国家获得资金和技术,促进其可持续发展,对世界而言,可以使全球在实现共同减排目标的前提下减少总的减排成本。因此,CDM是一种双赢(Win-Win)的选择。中国是温室气体减排潜力较大的发展中国家之一, 加之具有良好的投资环境, 开展CDM合作的市场前景广阔, 为主要的发达国家所看好,2004年5月31日, 中国国家发改委、科技部和外交部联合了《清洁发展机制项目运行管理暂行办法》, 已于2004 年6月30日开始实施。
二、生产工艺
1.N2O的性质
一氧化二氮,是一种无色有甜味的气体,又称笑气,是一种氧化剂,化学式N2O,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑,能溶于水、乙醇、乙醚及浓硫酸中。该气体早期被用于牙科手术的麻醉,是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。它可由NH4NO3在微热条件下分解产生,产物除N2O外还有H2O,此反应的化学方程式为:NH4NO3====N2O+2H2O;等电子体理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式),其空间构型是直线型,N2O为极性分子。
N2O的Lewis电子式
2.N2O 的产生和危害
本装置生产的硝酸采用双加压法,其简易流程见下图:
硝酸生产的简易流程图
氨气与一次空气混合后进入氧化炉发生化学反应,在这一过程中,氨气经过氧化转变成一氧化氮、氮气以及氧化亚氮,具体反应见如下反应式。
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O (1)
4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O(2)
4NH3 + 4O2 2N2O + 6H2O (3)
反应中生成的N2O是一种惰性气体,在硝酸装置正常生产操作条件下不能被转化为有用的N2O ,也不能被水吸收,而是直接排入大气,给环境带来负面影响。近年来随着研究的深入,发现N2O是一种极强的温室效应气体,同单位比CO2的温室效应破坏力要强大310倍,对臭氧层的破坏作用比氟里昂更甚,能在大气中存留150~170年,一旦形成便不容易消失。N2O造成的温室效应占总的温室效应的6%,是一种危害极大的有害气体 。
3.N2O的减排
在生产硝酸的过程中,大约每生产一吨100%的硝酸就会产生2~22千克的N2O,因此考虑到N2O给气候变化带来的影响,硝酸生成过程应采取N2O减排措施。N2O催化降解技术是在氨氧化炉中刚刚形成的N2O在催化剂的催化降解作用下分解成N2和O2, 2N2O 2N2 + O2。降解催化剂采用BASF(巴斯夫公司)的催化剂。此方法简单有效,无需对已有的硝酸生产装置做重大改变,运行成本比较经济合理,对N2O分解率也较高。在生产装置运行过程中利用气体分析仪以及气体体积流量计对尾气中N2O浓度以及尾气体积流量进行测量,从而计算产生的减排量。本装置中N2O会被催化降解为N2以及O2,这两种气体不会影响空气质量,固体废弃物主要是更换后的废弃催化剂,该废弃物会在适当的条件下被有资质的固体废物处理中心进行安全处理,不会对当地环境造成危害,此外,不会造成额外的能源以及原材料(氨气,空气,水)的消耗,也不会直接或间接产生额外的温室气体排放。作为CDM项目,硝酸装置N2O减排成本低 ,投资回报率高,是可实现环境效益和经济效益双赢的项目。
三、结语
该项目是一个新型的领域,时效性很强, 一方面可为公司争取到良好的经济效益;另一方面又可极大的改善公司周边环境,为公司带来良好的社会效益,为世界环境保护作出应有的贡献。
参考文献:
[1]杨诗敬,陆莹. 硝酸尾气NOx 治理技术综述. 河南化工. 2005年.第22卷.