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部分碳酸饮料中添加的二氧化碳,来自一项目前备受关注的技术――碳捕集和封存,这项新技术事关人类面临的重大挑战――“全球气候变暖”,该技术对减少温室气体排放具有深远的意义,将为人类减缓气候变暖带来希望。
碳捕集与封存(简称CCS)是指将大型发电厂、钢铁厂、化工厂等排放源产生的二氧化碳收集起来,用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。它包括二氧化碳捕集、运输以及封存三个环节,可以使单位发电碳排放减少85%至90%。
捕集二氧化碳可达食用程度
“北京已有比较成熟的碳捕集技术,现在许多碳酸饮料里的二氧化碳都是从北京高碑店热电厂试验示范装置中生产的,纯度非常高,大家可以放心喝。”西安热工研究院北京分院二氧化碳控制与减排研究所黄斌博士表示。
黄斌说,从高碑店热电厂二氧化碳捕集试验装置里捕集出的二氧化碳,精制以后可以达到食用的程度,就是99.9%至99.99%的程度,截至2009年春节,二氧化碳捕集系统运行稳定,销售食品级二氧化碳已超过800万吨。
如何科学利用二氧化碳
要减少一种物质对人类的危害,最好的办法就是科学利用。
目前全球二氧化碳工业利用量大约是每年1至1.5亿吨。美国是世界上最大的二氧化碳生产国和消费国,生产能力每年约1000万吨。中国有二氧化碳生产企业100家左右,生产能力是每年200至250万吨,而一个几十万千瓦的燃煤电厂,一年能捕获二氧化碳100至200万吨,同目前中国企业生产的二氧化碳的总量是差不多的。黄斌说,“目前人类对二氧化碳的消费量是非常有限的,因此人类面临的一个问题是,由于过度地使用化石原料造成了二氧化碳过多,而人类无法消费多出的庞大的那部分,所以造成了一系列气候和生态问题。”
彻底做法是把多余二氧化碳封存
如何处置多出来的二氧化碳,一个“异想天开”的解决方案出台了:把人类排放的二氧化碳气体捕捉并集中起来,深埋于海底或地下,彻底解决因温室气体而引发的全球气候变暖威胁。
“地质封存、深海封存将成为被捕获后的二氧化碳主要去向。”黄斌博士说,二氧化碳被捕获后,必须对其进行安全、长期地封存,才能最终完成控制二氧化碳进入大气的工作。地质封存被普遍认为是未来主流的封存方式,其原理是将捕获到的二氧化碳用管道输送到地下深处长期或永久性“填埋”在地质中。
深海封存是指把二氧化碳注入深海中以进行长时间的存储,大部分二氧化碳在深海中将与大气隔离若干世纪,目前深海封存在全世界还未被真正采用,也未开展试点示范,仍处于研究阶段。
二氧化碳封存面临的科学疑问是,将巨量的二氧化碳储存到地下或深海,是否有可能逃逸出去?对此黄斌解释说,令人乐观的是二氧化碳并不需要被永久封存,封存的时间只要保证自然界中碳循环将大气中的二氧化碳降到工业化之前的水平即可,“只要二氧化碳的封存可以在几千年内防止严重泄漏,届时碳循环就可以解决这个问题,从目前来看,人类的科技发展应该可以做到。”
碳捕集和封存技术将力挽狂澜
中国科学院院士、中科院地学部原主任孙枢指出,碳捕集和封存是一种实现全球温室气体低排放的关键技术。“减排”除了节约能源、利用清洁能源和清洁燃烧技术外,重要的途径是二氧化碳的捕集和埋存。随着工业化进程和经济社会的发展,燃烧化石燃料所导致的空气污染和温室效应,已严重地威胁着人类赖以生存的地球环境,全球气候变暖是各国可持续发展面临的共同挑战,解决方法是寻求成本低且有效的方案来减少二氧化碳的排放。
孙枢院士认为,目前二氧化碳的工业分离、管道运输、地质封存和工业利用等方面已经形成成熟的市场,这使二氧化碳捕集与封存技术有可能力挽狂澜,成为减少温室气体排放的有效措施。
北半球永冻土储有1.5万亿吨碳
一个国际研究小组日前公布研究报告称,北半球永冻土层中冷冻碳的储量可能超过1.5万亿吨,是此前估计的两倍左右。
研究人员表示,这些冷冻碳主要分布在北极以及加拿大、哈萨克斯坦、蒙古国、俄罗斯、美国、格陵兰等国家和地区,储量约为目前大气中碳含量的两倍。一旦气温升高导致永冻土层开始融化,大气中两种温室气体――二氧化碳和甲烷的含量将急剧增多,从而进一步加速全球变暖。
研究人员预计,这些永冻土层中的碳在本世纪全球气候变化过程中将产生重要作用。
关键词：二氧化碳 产生 探索 应用
中图分类号：TQ2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）03-0286-01
前言
伴随时代的不断发展，以及科学技术的不断进步，人们越来越关注社会生产效率和质量的提升需求。二氧化碳作为人们生活中随处可见的物质，成为直接影响人们生活和生产工作的重要元素。二氧化碳超标的问题严重的威胁社会环境保护工作质量和执行效率，但与此同时，二氧化碳的实际应用也具有非常重要的价值，能够满足人们社会生产生活中的衣食住行需求，同时还能够应用于艺术行业创造良好的视觉效果。
一、二氧化碳的产生
二氧化碳在大众生活当中非常常见，可以从煤矿资源、空气、植物，以及各种石油、天然气等自然物质中提取。另外，但凡是有机物的结构都可以通过分解等诸多方式形成二氧化碳物质，通过光合作用等方式也能够产生二氧化碳。二氧化碳在人们的生活当中无处不在[1]。
二、二氧化碳的危害
由于社会生产效率的不断加速，人们生活中二氧化碳的排量也在不断的增加，如何E能够通过合理的方式治理二氧化碳超标问题成为当下环境保护工作的重点内容之一。关注二氧化碳治理工作主要是源于二氧化碳对人们生活及健康存在危害，由于二氧化碳超标排放导致出现温室效应和生态环境破坏问题等等[2]。
三、二氧化碳的应用
关注科学技术不断发展的实际情况能够发现，二氧化碳在人们的生活当中虽然存在比较大的危害，但是同时也可以充分的利用其特性，实现对二氧化碳的广泛应用，在应用的过程当中能够满足很多社会生产需求。
首先，在行业生产方面，二氧化碳可以作为非常优质的萃取订斥咳俪纠筹穴船膜剂，在日常工作过程中通过其特性作用实现溶解能力展示。常规状态下，二氧化碳对液体和固体的溶解能力呈现出比较低的情况，但如果不断的增加压力和密度的情况就会提升二氧化碳的溶解能力。二氧化碳在针对有机化合物的时候，呈现出的溶解能力最为突出。二氧化碳处于亚临界的温度特征下，就可以与甲醇等有机溶剂的融合在再以，显示出良好的混合溶解性特征，但是二氧化碳与水的互相溶解情况就呈现出比较弱的现象。二氧化碳与萃取的有机物质比较，呈现出挥发、粘性、扩散功能比较优越的效果，而且呈现出优越的化学稳定和溶解选择特征。不会燃烧、无毒的特征也非常优秀，可以在饮食、药物等行业的生产工作中体现出极强的优势[3]。
其次，二氧化碳在植物生长的过程中也具有非常重要的价值和作用，能够满足实际的光合作用需求，也是光合作用规定必须原料。提升二氧化碳的剂量对于植物的健康、茁壮成长具有非常重要的影响作用。因此，很多农业种植和培育工作就会选择二氧化碳作为施肥原料，提升农业植被的生产效率。因为空气中的二氧化碳含量不足以提升农业作物的生长需求，因此，采取专业的二氧化碳施肥工才能够保证农业植被的生长需求。提高二氧化碳浓度，达到1000微升/升的程度，就能够直接提升农作物生长效率一倍以上。
再者，二氧化碳也能够作为新型合成材料的生产原料，实现搭配双金属配位的PBM类型催化剂共同作用的效果。多种物质的结合能够提升新型材料的活化程度，形成共聚作用的情况，进而产生PPC（即脂肪族聚碳酸酯），通过化工处理就可以产生二氧化碳树脂材料。这种材料在当下我国社会的生产和生活当中都比较常见，给人们提供了方便的同时节约了使用的经济成本，也能够满足实际的生产工作效率需求，同时还降低了传统材料使用时出现的毒害问题[4]。
再次，二氧化碳固态模式还被称为干冰，干冰在人们生活当中的应用范围也十分的广泛。例如，大众餐饮、工业和卫生行业当中都会使用干冰，通过干冰能够降低温度，与冰相比较具有十分明显的制冷效果。另外，干冰遇到高温时会形成水，进而达成降雨的目的。在舞台上应用干冰制造雾气，达成良好的视觉效果。在餐饮行业利用干冰制作冰淇淋等，或者是保存飞机食物，等等。干冰具有极大的应用价值，在人们的生活当中十分常见，对于医疗卫生行业也具有良好的药物、血浆保存功能，是非常重要的生活原材料之一。
结论
综合上述研究内容进行切实有效的分析、探讨和总结能够发现，二氧化碳普遍存在于人类社会生活当中，因为超标排放的二氧化碳造成了地球温室效应的问题，但充分、科学的应用二氧化碳也能够创造良好的经济和审美价值，这也是本次研究的重点。
参考文献
[1]王小斌，邵燕斐. 中国城镇化、能源消耗与二氧化碳排放研究――基于1995～2011省级面板数据[J]. 工业技术经济，2014，（04）：115-123.
[2]王惠清，李斌，谢建勇，石彦，李文波. 二氧化碳吞吐技术在准东复杂油藏开发中的应用探索[J]. 新疆石油天然气，2014，（01）：83-87+8-9.
【关键词】二氧化碳；科学视野；学习兴趣
初中化学新课标指出：在化学教学中，通过帮助学生了解化学制品对人类健康的影响，懂得运用化学知识和方法治理环境，合理地开发和利用化学资源，逐步学会从化学的角度认识自然与环境的关系，分析有关的社会现象。
本文以二氧化碳一节内容的学习为例，在讲授完毕本节内容后，教师可以设置问题或布置任务：如果二氧化碳过度排放，将对人类产生什么危害呢？人类又将如何应对呢？由此引导学生深入思考。然后老师可以依据调研情况向学生说明：空气中大量排放的二氧化碳导致地表温度上升、冰川溶化、海平面上升、给人类带来灾难。尽管目前还无法科学计量，但确有迹象表明CO2所引起的气候变化是很显著的。控制减少大气中二氧化碳的含量已引起全世界科学家的重视，在努力寻找转化的方法，以保护环境。那么如何做到CO2的减排、封存和利用呢。在此可以向学生讲授当今二氧化碳处理利用的现状，以达到拓展学生科学视野、激发学习兴趣、提高环保意识的目的。
1.生物技术
利用光合作用吸收储存二氧化碳，是控制二氧化碳最直接、副作用最小的方法。减少大气中二氧化碳含量最简单的办法就是植树造林，也是最廉价的解决方案。树木在生长的过程中从空气吸收二氧化碳，放出氧气，以木材的形式存储碳。据估计，全世界森林中总共存储着近1万亿吨碳。然而，利用植物光合作用降低二氧化碳的效率很低，因为需要大量的土地来植树或农作物。据计算，要平衡目前全球二氧化碳排放值，人们必须每年种植相当于整个印度国土那么大面积的森林，显然这是不可能的。但生物吸收二氧化碳的方法并非穷途末路，研究发现海洋生物吸收二氧化碳的潜力巨大。日本科学家已经筛选出几种能在高浓度二氧化碳下繁殖的海藻并计划在太平洋海岸进行繁殖，以吸收附近工业区排出的二氧化碳。美国一些研究人员以加州巨藻为载体，繁殖一种可吸收二氧化碳的钙质海藻，形成碳酸钙沉入海底，腾出的巨藻表面可供继续繁殖。
2.能源革新
二氧化碳的排放在很大程度上取决于为获得能量而进行的矿物燃料燃烧，因此改革能源形式或能量来源称为减少二氧化碳排放的一个突破口，这也符合污染控制的原则，从源头上控制二氧化碳的生产。
（1）燃料脱碳：即以含碳量较低的燃料（如石油和天然气）或无碳燃料（如氢气）取代含碳量较高的燃料（如煤），使得每单位能耗量的平均二氧化碳排放量减少。20世纪80年代美国化工界就提出将煤、生物体等不清洁燃料与氢气反应生成甲烷、一氧化碳、氢以及固态焦炭等，再将甲烷高温分解成氢，一氧化碳以及固体炭黑，然后氢与一氧化碳合成甲醇，未反应的氢与一氧化碳作为原料循环使用。
（2）燃料电池：即以电化学氧化产生电力，直接将化学能转化为电能，燃烧效率达到40%-60%（与之相比火力发电的效率仅为30%左右），大幅节约了初级能源，避免了大量污染。重要的是，燃料电池是以氢为燃料的，燃烧产物是水，既解决了能源产生和输送，又避免了环境污染。
3.二氧化碳的收集
二氧化碳的人为排放源主要有汽车、工厂等。然而在众多汽车上安装收集二氧化碳的设备不现实，目前把收集二氧化碳的工作重点放在了以燃烧矿物燃料为主的发电厂上，这些发电厂的二氧化碳排放量大约占全世界二氧化碳排放量的1/4。在吸收塔中二氧化碳与醇胺接触发生反应，释放出浓缩的二氧化碳，并还原成化学吸收剂。另外，比较理想的办法是将收集到的二氧化碳输送到地下或海洋深处埋藏起来。石油开采行业中有些油田为了增加留在地层孔隙中难以开采的石油产量，向地下注入压缩二氧化碳，以增大地下压力，增强原油流动性，提高原油的采收率。目前，美国每年有近百个油田为提高原油产量向地下注入500万吨左右的二氧化碳。尽管封闭的地质结构是人们最理想的二氧化碳储存之处，但是一些科学家指出，深海才是未来温室气体最大的潜在储存库。海洋表面每天都要吸收2000万吨的二氧化碳。据估计，以海水溶解方式总共储有46万亿吨二氧化碳，但其容量还要大很多。因此即使人类向海洋加入两倍前工业时代大气浓度的二氧化碳，海洋的碳含量的变化也不超过2%。而且，通过自然过程，排放到大气中的二氧化碳早晚也会转移到海洋中。
4.二氧化碳的资源化利用
二氧化碳作为新的碳源，开发绿色合成工艺已引起普遍关注。综合利用二氧化碳并使之转化为附加值较高的化工产品，不仅为碳一化工提供了廉价易得的原料，开辟了一条极为重要的非石油原料化学工业路线，而且在减轻全球温室效应方面也具有重要的生态与社会意义。随着人们对二氧化碳性质的深入了解，以及化工原料的改革，二氧化碳作为一种潜在的碳资源，越来越受到人们的重视，应用领域将得到有效开发。
【参考文献】
[1] 赵成美.二氧化碳的性质， 中学化学教学参考，2000（5）：27-28
[2]Garola Hanisch.二氧化碳储存的来龙去脉[J].环境科技动态，1998，2：9-12
[3]周欢怀，艾宇.二氧化碳减排与可持续发展[J].杭州化工，2005，32（2）：15-18
【作者简介】