第5章 大气污染防治领域的新进展(4)

（2）发明新型厨房油烟过滤装置。2006年4月，德国媒体报道，德国格赖夫斯瓦尔德的莱布尼茨低温与等离子体研究所与一家咨询公司合作，研制出一种厨房油烟过滤装置，可以去除恼人的厨房油烟和气味。这一装置的首批产品已有50件被饭店和宾馆订购。

研究人员是基于等离子体研究而开发出这种新型过滤装置的。等离子体是除固体、液体和气体之外物质的第四种聚集态。等离子体的主要成分是带电粒子，处于等离子态的带电粒子，具有气体状态下物质所没有的各种物理特性。

据报道，新型过滤装置由三部分组成：第一层过滤主要是吸收油烟中的较大颗粒，第二层是等离子体过滤器，第三层是活性炭过滤器。等离子体过滤器可把气体变成等离子体，各种污染物颗粒会与等离子体的带电粒子发生反应，最终形成稳定的化合物。

研究人员称，这种新装置能够过滤掉最细小的污染物颗粒，甚至可以处理烟道中的污染水汽。

（3）推出制造绿色天然气的节碳器。2007年12月，加拿大媒体报道，位于加拿大新不伦瑞克省的大西洋氢能公司，正在开发一项新装置，它可从天然气中去除部分碳，并以氢取而代之，从而使天然气在燃烧时排放更清洁。

大西洋氢能公司正在开发的装置叫作“节碳器”。该装置使用一个低温等离子反应器。这个反应器耗能非常低，而且不产生温室气体。节碳器的工作原理是，当天然气流过节碳器时，部分天然气中的碳和氢发生分离，碳以固体黑色粉末的形式被移除，而氢被送回到天然气中，结果导致氢在天然气中的成分比例达到15%～20%。大西洋氢能公司总裁戴维·瓦格勒将最终产品称为“富氢天然气”，也就是所谓的“绿色天然气”。

节碳器装置最引人注目之处在于不用对现有的天然气设备做任何改造，就能降低有害物的排放。节碳器产生的富氢天然气可用于任何目前以天然气为燃料的内燃机，也可用于燃气炉具和燃气轮机，其燃烧时排放的气体更加清洁，如二氧化氮的排放可降低50%～60%，二氧化碳的排放可降低7%。

在加拿大政府的支持下，大西洋氢能公司正与加拿大最大的天然气能源公司英桥公司开展合作，建造一个节碳器示范装置。理论上讲，节碳器可以安装在天然气分配网络的所有节点上，如天然气加气站，以及输气管道与入城管道的连接处。

目前，大西洋氢能公司，还在研究除碳过程中生成的固态碳粉末的再次利用问题。该公司认为，产生的碳粉末可作为制造墨水、染料、塑料，以及碳复合材料的原料，还可永久埋藏在土壤中，与肥料一同使用以增强农田的地力。

大西洋氢能公司，不久就将进行富氢天然气应用于100千瓦小型燃气发电机的试验，同时还将进行天然气动力车辆使用富氢天然气试验。该公司还计划扩大试验规模，提高天然气处理能力，将节碳器装置推向大型天然气发电厂。

第二节 减少温室气体排放的新进展

一、减少工农业生产过程的废气排放

1.减少工业生产过程废气排放的新成果

（1）试验二氧化碳可“零排放”的发电技术。2007年4月5日，德新社报道，德国第三大电力公司瓦滕法尔欧洲公司，开始在一座发电站试验一项新型发电技术，以确保二氧化碳“零排放”。

研究人员说，这项技术名为“氧燃料燃烧技术”。其主要工作原理是，当发电站在燃烧褐煤发电时，燃烧设备内的气体为纯氧而非普通空气。这样，褐煤燃烧过程中只会产生二氧化碳和水蒸气，不会产生其他杂质。由于水蒸气遇冷后会液化成水，使用氧燃料燃烧技术发电后产生的废气很容易实现分离。

技术人员介绍道，对于剩余二氧化碳，发电站可将其注入深层地下，真正达到温室气体“零排放”。

该公司首席执行官克劳泽·劳舍尔说：“我们着眼于，通过一种环保的方式，把煤转化成能源。”劳舍尔预计，这种发电技术，将在世界上首次实现在利用褐煤发电时，不向大气排放二氧化碳。他希望这项技术能在2015年前正式投入使用。

（2）运用膜法技术减少电厂碳排放。2007年12月，挪威科技大学化学工程系一个膜研究小组对媒体介绍说，他们研制出一种高能效二氧化碳过滤膜，将首次低成本地应用于从烟气中脱除二氧化碳。这种膜，可以很容易地回收纯度为90%的二氧化碳。预计在5年内，欧洲4座大型电厂将进行中型规模试验，采用由他们开发的二氧化碳过滤膜。

常规情况下，从烟气中捕集二氧化碳需要大的吸收塔，气体通过有害的胺溶液被鼓泡吸收，然后再送到能量密集的脱附塔，以脱除二氧化碳。在提出的替代方案中，由于气流中携带含有二氧化碳的液体，被支撑的液膜会快速减少。但该大学研究小组开发的膜，解决了这些问题，他们应用比较固定的聚乙烯基胺纳米塑料，作为“固定化载体”，在聚合物结构中采用氟化铵交联，用以改进阴离子交换。当来自烟气的水蒸气饱和时，胺和氟化物离子将单独与二氧化碳结合成为双碳酸盐。因为碳酸氢根阴离子，随二氧化碳反复通过后，会再次显露，为此不需要使膜频繁地进行再生。

这种膜已在实验室规模利用经加热后的氮气、甲烷、二氧化碳和水蒸气组成的模拟烟气进行了5年的试验。研究人员还建立了小型中试，采用少量气流（约0.15nm³/h）对膜曝置于实际烟气中进行了持久性试验，试验情况很好，并将在约三年内进行较大规模的中试。

（3）以“零排放”为目标改进火力发电技术。2009年7月27日，韩国《中央日报》报道，韩国斗山重工公司，对火力发电技术进行改进，用纯氧替代空气注入锅炉燃煤发电，并将排放出的二氧化碳隔离储存，使得整个火力发电系统温室气体排放量降为零。

报道称，该公司在其位于英国的研发中心成功进行商用4万千瓦级火力发电站锅炉纯氧燃烧试验，并获得成功。技术人员介绍说，过去注入空气的情况下，煤炭燃烧产生的气体中包含大量的氮气，因此很难将二氧化碳单独储存，而注入纯氧气，产生的气体就只有二氧化碳和水蒸气，比较容易分离收集。

（4）发明不排放二氧化碳的“绿色炼铁”技术。2013年5月，美国麻省理工学院一个冶金工业专业的研究小组，在《自然》杂志上发表研究报告称，他们发明了一种“绿色炼铁”技术，可让炼铁过程不再排放二氧化碳，主要副产物仅有氧。

研究人员说，传统炼铁业是典型的高排放产业，这是因为传统炼铁技术要用碳除去铁矿石中的氧，炼铁时会产生大量二氧化碳。他们发明的“熔融氧化物电解技术”是让电流通过液态的氧化铁，将其电解为铁和氧，由于不使用碳，这一提取过程中的主要副产物就是氧，而不会产生二氧化碳。

研究人员还发现，使用金属铬作为电极，具有耐高温和抗腐蚀等优点，在电解氧化铁的过程中损耗较小。他们认为，“绿色炼铁”技术如果大规模推广应用，在保证炼铁质量的同时，还将有助于减少温室气体排放。

2.减少农业生产过程废气排放的新进展

建立旨在减少家畜甲烷气体排放的“甲烷室”。2005年2月2日，美国“每日科学”网站报道，澳大利亚作为一个农业大国，在农业生产，以及家畜饲养方面具有得天独厚的优势。然而，牛羊成群给这个国家带来的也并非全都是好事。因为农业发展的需要，澳大利亚成为受家畜排放出的大量甲烷气体困扰最为严重的国家之一。该国科学家正致力于减少家畜排放甲烷气体的研究工作，近日他们在这一研究领域取得了最新进展。

为了解决家畜排放出大量甲烷气体的问题，一种新型的“甲烷室”在澳大利亚应运而生。它有望帮助澳大利亚本国从牛羊排放的大量甲烷气体中解脱出来，同时也可以减轻温室效应引起的全球变暖现象。

澳大利亚联邦科学和工业研究组织，家畜产业部的科学家们一直致力于减少家畜排放甲烷气体的研究。近日，他们建立了4个“甲烷室”。它们就像4间透明的小卧室，研究者可以通过它们，准确地测出家畜在24小时里连续排放出的甲烷量。目前，这些“甲烷室”已经在一项旨在减少甲烷气体排放的试验中，有效运转了4个多月。

这项研究的负责人丹尼斯·赖特博士表示，这种新型的“甲烷室”与以前在家畜身后附上一个大桶来测量甲烷排放量比较，无疑是一个明显的进步。他说：“在这里，家畜（羊）可以看到自己的同类和研究人员，这样它们的压力才会更小，行动才会更自然。家畜的进食也不会因此而受到影响。”

赖特博士还表示，这种“甲烷室”具备的户外系统可以让研究者不间断地随时记录下家畜排放的甲烷量，同时这种方法也更精确，效率也更高。报道说，这种新型的“甲烷室”还将被更广泛地用在其他研究项目中。

以前曾有研究显示，牛、羊等动物会排放出甲烷气体，而甲烷与其他物质燃烧后所产生的废气，则会加重温室效应，对地球的大气环境构成威胁。目前世界上共有大约10.5亿头牛和13亿只羊，它们所排放的甲烷，占全世界甲烷排放量的五分之一。

2002年的一份统计资料显示，在澳大利亚的温室气体中，甲烷占14%，而在新西兰，这一比例竟然高达50%。尽管其他国家的温室气体主要来自工业和汽车排放，但是这两国的温室效应，却应归咎于成千上万头牛羊排放的甲烷。澳大利亚有关部门说，该国每年由牛羊排放的甲烷有6000万吨。

对此，赖特博士也表示：“牛羊等家畜排放的甲烷气占澳大利亚人造温室气体的12%之多，所以致力于减少甲烷排放量的研究工作非常重要。”

3.减少废气排放的其他新成果

开发出新型温室气体排放管理软件。2007年9月，澳大利亚的企业管理系列软件服务与解决方案提供商-供应链咨询公司，研发了一种新型软件，它能帮助分析、跟踪、控制整个生产链上温室气体的排放。用户可以借助该软件和碳排放的数据，分析复杂的供应链各环节。这能帮助使用该软件的公司直观地了解供应链各环节的碳排放实时水平，以便加以控制，并帮助公司作出经济可行的决策。

供应链咨询公司的市场营销经理约翰·纳德沃尔尼克，在一份报告中说：“像杜邦、IBM、3M和沃尔玛这样的大公司，很早就开始在生产销售过程中采用环保措施。如今但凡有社会责任感的企业，都应该有一套自己的碳排放管理方案。有前瞻性的企业，已经开始打造他们的‘绿色供应链’，并将在环保方面提高自身的竞争力。”他同时也指出，虽然很多公司都意识到了“绿色供应链”的意义所在，但却始终停留在口头上，对如何迈出实际的第一步很茫然。

纳德沃尔尼克进一步指出：“这就是为什么我们要建立‘碳排放管理’模型。它只需五个步骤，就能在全公司范围内实施碳排放管理措施，并使用碳观察平台，这为后台支持提供了技术保证。”

该软件还能真实展现生产周期评估数据，帮助企业记录产品生产过程中、整个企业内和所关联的外部供应链环境中的碳排放的痕迹。它能帮助公司监控碳的释放，当其超过正常水平时，仪器便会自动报警。同时，供应链咨询公司强调，它还能帮助用户明确碳排放管理和经济效益之间的关系，即通过减少二氧化碳等温室气体的排放来提高效益。

二、发展清洁煤技术

1.清洁煤发电技术的新进展

（1）推进煤炭清洁发电技术。2006年2月，有关媒体报道，英国能源科技在世界上处于领先地位，尤其在减少二氧化碳排放的清洁能源研发方面具有优势。

英国对气候变暖和海平面上升十分敏感，对控制温室气体和碳排放也格外重视，目前已经研发出碳减排的组合技术，也称绿色煤炭技术或清洁煤技术。

应用这一技术可以减少碳排放50%～60%，使燃煤发电对环境的影响达到燃气发电的水平。由于煤炭价格相对便宜，因而清洁煤技术具有广阔的应用前景。英国在提高能源使用效率的同时，为减少碳排放，研究开发了碳的收集和储存技术，把燃煤排放的二氧化碳储存在地层中，可减少85%的二氧化碳排放，为煤炭等化石燃料应用提供了新的选择。英国计划到2030年，将60%的碳排放收集、储存起来。

当前世界发电燃料再度转为以煤炭为主，是由多种因素促成的。其中，最重要的是清洁煤技术的研究开发，使煤炭变得更加环保、更为经济，这证明了科学技术对于世界能源利用的积极推进作用。

（2）开发简单而经济的清洁煤炭燃烧技术。2006年4月，位于斯德哥尔摩的瑞典瀑布能源公司透露，该公司计划建造煤基含氧燃料试验电厂，以开发更加简单、更经济实用的煤炭汽化技术。

煤炭汽化是指把煤转化成气态燃料的过程，这一技术是新一代清洁型火力发电厂的研究前沿。包括美国电力公司和德国RWE公司，都已经在开发能捕获二氧化碳的大规模煤炭汽化工厂。现在，瑞典瀑布能源公司生产的一种主要设备，超过了煤炭汽化技术的要求。该公司打算投资5000万美元，试验开发一种更简单、更有潜在经济价值的煤基含氧燃料技术。