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關鍵詞:溫室效應;防治
1 溫室效應的定義
溫室效應是指透射陽光的的密閉空間由于與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應,具體到地球上就是太陽的短波輻射可以透過大氣層射入地面,而地面增暖后放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質吸收,從而產生的大氣變暖的效應。而大氣中也存在著一些能夠吸收長波輻射的物質如水汽、CO2、CH3、N2O、SO2、O3、CFCS、微塵等。通常將這些氣體稱之為溫室氣體,其中CO2的全球變暖潛能最小,但是其含量卻遠遠超過了其他氣體,因此是主要的溫室效應貢獻者。
2 溫室效應的來源及危害
自歐洲工業革命以來,大量的森林燃燒、火山爆發、汽車尾氣的排放等使得大氣中的CO2的濃度持續攀升,這是“溫室效應”加劇的主要原因。而化石類礦物質燃料的燃燒排放的CO2占了較大的比例,在歐洲工業革命之前的1000年,大氣中的CO2濃度一直維持在280mL/m3,工業革命后大氣中的CO2含量迅速增加,到1995年大氣中的CO2濃度已經達到358mL/m3。自十八世紀以來大氣中的CO2濃度已經增加了30%,而且還在以每年0.5%的速度增加。由此導致了許多嚴重的后果:全球氣溫持續升高,據聯合國氣候變化專門委員會(IPCC)的結果,目前全球平均溫度比1000年前上升了0.3℃到0.6℃。而在此前地球的平均溫度變化不超過2℃。聯合國還預測到2050年全球CO2排放量繼續增加,全球平均氣溫可能上升1.5℃到4.5℃,將大大超過以往一萬年的速度;冰川融化,海平面上升,由于全球氣候變暖直接導致了兩級冰川消融,海水受熱膨脹,從而海平面上升,據世界氣象組織預測如果地球溫度照現在的速度繼續升高,到2050年南北極冰山將大幅融化,上海、東京、紐約和悉尼等沿海城市將被淹沒;加重區域性自然災害,IPCC 第四次評估報告指出, 未來全球地表溫度將繼續升高, 極端天氣氣候事件與氣象災害的頻率和強度繼續增大。同時地球的生命系統和生態環境也將面臨嚴重的考驗。
3 溫室效應的防治
溫室氣體的罪魁禍首是CO2,想要合理控制溫室效應關鍵在于控制CO2向大氣的排放量。然而溫室效應具有區域性、特殊性和全球性的特點,雖然全國都在想了很多辦法來控制自己區域內的溫室效應,但是僅僅依靠一個或幾個國家是遠遠不夠的,必須加強全世界各國的合作才能真正解決溫室效應這個世界難題。
針對這個問題,我覺得應該采取長期加短期的治理模式,即長期大范圍調控加短期針對性應對的方式來逐步解決溫室效應問題。
3.1 長期治理機制
3.1.1 加強世界各國間的合作。溫室效應作為人類可持續發展中面臨的重大挑戰,正受到國際社會越來越廣泛的關注。加強國際間的合作不僅能夠使環保理念在更廣的范圍內得到傳播和發展,而且能夠創造出更加先進的技術來治理溫室效應。通過制定協議等方式更能有效的制約各國的行為以及實現逐步解決溫室效應的目標,例如在1997年149個國家通過的的《京東協議書》使人們減排的任務更加明確。
3.1.2 將環保問題納入施政綱領。溫室效應是在工業化發展過程中產生的副產物,要發展就會產生溫室氣體。以前,西方各國多采用先污染后治理的方式,結果產生了許多嚴重的后果:安第斯山脈延續在秘魯境內的著名山峰胡阿斯卡魯,山上冰雪已經融化了1280公頃,冰山覆蓋率僅為30年前的40%;智利的奧希金斯冰山100年來“縮水”了15公里;阿根廷的烏帕薩拉冰山正以每年14米的速度消失。在哥倫比亞,冰山較之1850年消失了80%,而厄瓜多爾的主要冰山在20年間損失一半。 為此需要不斷完善法制政策,由“末端治理”向“重在預防”轉變;由經濟與環境兼顧向可持續發展優先轉變:由“被動治污”向“主動治污”轉變:推動環境革命,建設“低能耗、二氧化碳低排放型城市”
3.1.3 開發新能源、調整能源結構。在我國,電力行業是溫室氣體排放的主要部門之一。而在我國的電力裝機容量中,火電(主要是煤電)占絕對統治地位,這是因為我國的煤炭資源豐富且成本較低,并且煤電的投資建設周期較短,能夠很快的滿足國內經濟發展對電力的需求。這樣國情下以煤為主的能源消費結構必將導致大量的溫室氣體排放,而煤作為化石能源具有不可再生的特點,過分的依賴煤炭資源不僅對我們的環境產生惡劣的影響而且對我國未來的發展也會產生一定的威脅,因此開發新能源就顯得特別重要,而隨著科技的進步,水能、風能、太陽能、核能等新能源的開發和利用正在一步步成為可能。水力發電是目前在我國技術應用最廣泛的新能源,水能發電具有成本低廉、技術成熟輸出穩定等諸多優點;風能發電是繼水電之后比較成熟的可再生能源發電技術,我國風能資源總技術可開發量至少為10億千瓦,是目前主要的替代能源之一;太陽能是最清潔的能源之一,我國目前已有建筑屋頂總面積約100億平方米,可安裝約20億平方米的太陽能熱水器。
3.2 短期治理機制
3.2.1 嚴格執行減排標準。眾所周知,環境保護與經濟發展是一種相互制約的關系,一些地方政府片面的追求GDP的發展而忽視對對環境的重視,對那些產生環境污染而應該受到相應處罰的單位采取寬容的處理方式,從而使環境問題一步步惡化起來,為社會經濟發展埋下了重大隱患。因此對執法者加強教育,使之真正認識到環境問題的重要性從而加大執法力度,打消一部分人的僥幸心理,進而實現減排目標。
3.2.2 采用經濟手段加以調控。加大對新能源的開發力度、培養人才,為實現清潔生產奠定基礎,鼓勵使用新技術、新設備淘汰落后的生產設備來實現節能減排,逐步建立碳排放權的交易制度,通過政策補貼、適當提高碳稅來使廠家認識到節能減排帶來的利益問題,從而使廠家越來越重視節能減排。
4 結語
大氣中的水蒸氣、二氧化碳和其它微量氣體,如甲烷、氟里昂等,能夠吸收地球的長波輻射,阻礙地球向外空散發熱量,就像在地球周圍形成一個溫室一樣,于是科學家們把這類氣體稱做“溫室氣體”。溫室氣體吸收地球的長波輻射再反射回地球,從而減少地球向外層空間的能量凈排放,大氣層和地球表面將變熱,這就是溫室效應。
大氣中能產生溫室效應的氣體已經發現的約30種,其中二氧化碳起主要作用,甲烷、氟里昂和氧化亞氮也起著相當重要的作用。本世紀以來所進行的一些科學觀測表明,大氣中的各種溫室氣體都在增加。按一些專家的測算,地球表面溫度已經上升了0.3℃~0.6℃,導致全球海平面上升了10~25厘米。許多學者的預測表明,到下世紀中葉前,世界能源的格局如果不發生根本性的轉變,地球表面溫度將進一步上升。
溫室效應的主要危害
海平面上升全世界大約有1/3的人口生活在沿海岸線60公里的范圍內,經濟發達,城市密集。全球氣候變暖導致的海洋水體膨脹和兩極冰雪融化,可能在2100年前使二氧化碳增加和氣候變暖,可能會增加植物的光合作用,延長生長季節,使世界海面上升50厘米,危及全球沿海地區,這些地區遭受淹沒或海水侵入。
加劇洪澇、干旱及其它氣象災害氣候變暖導致的氣候災害增多可能是一個更為突出的問題。厄爾尼諾現象就是一例。厄爾尼諾出現時,東南太平洋高壓明顯減弱,印度尼西亞和澳大利亞的氣壓升高,同時,赤道太平洋上空的信風減弱,因此有時候人們也把厄爾尼諾稱為暖信風。目前對厄爾尼諾的認識還很不夠,要徹底解開這個謎尚待時日。但很明顯,厄爾尼諾給人類帶來的災難是嚴重的,最主要的就是使全球氣候失調。
但這一切努力也可能是徒勞的。在地球溫室效應所掀起的巨大自然災害面前,人類的科學家全都顯得那樣軟弱和茫然。
根據準確的預測,由于南北極冰帽的消融,到公元2050元,曼哈頓將不得不修建難以想像的大壩,以阻止由十水位高漲,大西洋海水徹底淹沒曼哈頓的災難發生。而持續的干旱將使北美的玉米、小麥大面積連年減產。更有甚者,美國的芝加哥地區將下陷為一片泥沼,就像密執安湖一樣。與此同時,加利福尼亞湖將干涸,加州的整個地區將受到春寒和夏季高溫熱浪的侵襲。整個洛杉磯的水位將下降到現在的一半……
地球——這個人類賴以生存的星球,究竟出了什么問題?幾乎全球的氣象學家都把目光投向了這里。他們以極其焦慮的心情關注著下個世紀的氣候,并開始研究引起上述現象的、已經存在了幾百萬年的“溫室效應”,這實際上也是在深入研究大氣與海洋是如何相互作用、如何相互交換熱量之謎。目前,科學家們正在為尋求“溫室效應”的以下兩個基本課題的答案而付出艱辛的勞動——
第一個課題:在人類開始用煤、石油作為能源之前,二氧化碳是如何通過海洋、植物、生物在氮氣中循環的?
第二個課題:日益提高的大氣層溫度是怎樣影響氣候的?
我們可以說,“溫室效應”拉響了地球變化和瀕臨危機的警報。至下個世紀,由于溫度要上升華氏3~6度,將造成海面上升數英尺,吞噬沿海的大面積陸地,而異常的氣候又會使大片沃土成為荒灘。
當然,千百年來“溫室效應”就如一只大氣斗篷,遮蔽著地球,二氧化碳吸收陽光,打亂了地球初始的秩序,使地球變得宜人生存。否則的話,地球的溫度將比現在低50℃,那我們就很可能已是冰球之客了。
吃藥喝水是大家都熟悉的事。但有些人卻想當然,偏要發明用茶沖服藥物的方法服藥,這看上去似乎沒有問題,其實不然。茶里含有一種叫躁酸的物質,它可以與藥物中的蛋白質、生物堿、重金屬鹽等物質發生反應而產生沉淀,這不但影響到藥物的療效,還會產生一些副作用。因此,像胃蛋白酶、富馬酸鐵等藥物就不能以茶服之了。茶葉里還含有咖啡因、茶堿等成分,它們有興奮神經的作用,所以在服用中樞神經抑制藥物時不易使用茶水送服。
又比如蒸鍋水一例。在家庭中蒸饅頭或小菜的水叫蒸鍋水。這種水不能喝也不能煮飯或燒粥,這是什么原因呢?蒸鍋水中含有微量的硝酸鹽,當水被長時間加熱時,硝酸鹽的濃度相對地增加,它在受熱分解后變成亞硝酸鹽。亞硝酸鹽對人的健康是十分有害的,可以使人體血液里的血紅蛋白變性,不能再與氧氣結合。亞硝酸鹽也能使人體血壓下降,嚴重時可引起虛脫。
諸如此類的例子非常多。如果不知道有關的化學知識,麻煩肯定是少不了的。化學不但在日常生活中起著很重要的作用,它還可以改善我們的生活。
德國多家科研機構最近宣布合作研制成功以普通有機聚合物為中心的太陽能電池。研究人員發現,當聚合塑料離子受陽光照射的時候,其表面碳原子的電子震動明顯加快,振幅加大,但反回碳原子軌道的速度卻慢得多,這樣在若干微妙的時間內就形成了"電子—空穴"。為了使其形成電流,研究人員制成了一個"夾層",其一面是金屬鋁,另一面是鋅-銦金屬氧化物,中間填充塑料離子。這樣的夾層本身在兩層之間就存在電場,聚合塑料離子起到了絕緣層的作用。 但是當陽光照射的時候,由于聚合有機物的碳原子產生"電子-空穴對",帶負電的電子向鋁金屬層流動,而帶正電"空穴"鋅-銦金屬氧化物層流動,結果就形成了電流。雖然太陽能電池的普及離我們還有一段距離,但是它的使用將使太陽能的利用向前推進一步。我們在這里不禁要感謝化學。
當然,再造福于人類的同時,我們也對環境進行了不少破壞。利用化學知識可以解釋很多環境中出現的問題。
我們對溫室效應一詞并不陌生,而由于溫室效應的加劇,這一詞也越來越多地掛在了人們嘴邊。溫室效應加劇究竟是怎樣形成的呢?這還要借助化學知識來進行解釋。地球大氣層中的二氧化碳和水蒸氣等允許部分太陽輻射(短波輻射)透過大氣層到達地面,它還能吸收太陽和地球表面發出的長波輻射,僅讓很少一部分熱輻射喪失到宇宙空間。由于大氣層得到的熱量多于喪失的,所以地球保持相對穩定的氣溫,這種現象叫做溫室效應。他對地球上的生物起到了保護作用。但是由于人口激增、人類活動繁,化工燃料的燃燒量猛增,再加上森林的濫砍濫伐而急劇減少,導致大氣中二氧化碳和各種氣體微粒含量不斷增加,致使吸收及反射回地面的長波輻射增多,引起地球表面溫度上升,造成溫室效應加劇,氣候變暖。因此二氧化碳量的增加被認為是大氣污染的最主要原因。我想,溫室效應的加劇給我們帶來的危害就不用再多說了。我們通過分析找到了問題的所在之處,就可以找到解決問題的方法。為減緩溫室效應的加劇,即要設法減少礦物燃料的使用量,開發新能源,又要禁止砍伐森林,特別是要嚴密地控制人口的增長。
關鍵詞:清潔發展機制(CDM) 硝酸 N2O
一、CDM概述
清潔發展機制,簡稱CDM (Clean Development Mechanism),是《京都議定書》中引入的三個靈活履約機制之一。根據“共同但有區別的責任”原則,已完成工業革命的發達國家應對全球變暖承擔更多的歷史責任,因此《京都議定書》只給發達國家制定了減排任務,但沒有對發展中國家作出要求。按其規定,發達國家締約方為實現溫室氣體減排義務,從2005年開始至2012年必須將溫室氣體排放水平在1990年的基礎上平均減少5.2%,由于發達國家減排溫室氣體的成本是發展中國家的幾倍甚至幾十倍,發達國家通過在發展中國家實施具有溫室氣體減排效果的項目,把項目所產生的溫室氣體減少的排放量作為履行京都議定書所規定的一部分義務。一方面,對發達國家而言,給予其一些履約的靈活性,使其得以較低成本履行義務;另一方面,對發展中國家而言,協助發達國家利用減排成本低的優勢從發達國家獲得資金和技術,促進其可持續發展,對世界而言,可以使全球在實現共同減排目標的前提下減少總的減排成本。因此,CDM是一種雙贏(Win-Win)的選擇。中國是溫室氣體減排潛力較大的發展中國家之一, 加之具有良好的投資環境, 開展CDM合作的市場前景廣闊, 為主要的發達國家所看好,2004年5月31日, 中國國家發改委、科技部和外交部聯合了《清潔發展機制項目運行管理暫行辦法》, 已于2004 年6月30日開始實施。
二、生產工藝
1.N2O的性質
一氧化二氮,是一種無色有甜味的氣體,又稱笑氣,是一種氧化劑,化學式N2O,在室溫下穩定,有輕微麻醉作用,并能致人發笑,能溶于水、乙醇、乙醚及濃硫酸中。該氣體早期被用于牙科手術的麻醉,是人類最早應用于醫療的麻醉劑之一。它可由NH4NO3在微熱條件下分解產生,產物除N2O外還有H2O,此反應的化學方程式為:NH4NO3====N2O+2H2O;等電子體理論認為N2O與CO2分子具有相似的結構(包括電子式),其空間構型是直線型,N2O為極性分子。
N2O的Lewis電子式
2.N2O 的產生和危害
本裝置生產的硝酸采用雙加壓法,其簡易流程見下圖:
硝酸生產的簡易流程圖
氨氣與一次空氣混合后進入氧化爐發生化學反應,在這一過程中,氨氣經過氧化轉變成一氧化氮、氮氣以及氧化亞氮,具體反應見如下反應式。
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O (1)
4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O(2)
4NH3 + 4O2 2N2O + 6H2O (3)
反應中生成的N2O是一種惰性氣體,在硝酸裝置正常生產操作條件下不能被轉化為有用的N2O ,也不能被水吸收,而是直接排入大氣,給環境帶來負面影響。近年來隨著研究的深入,發現N2O是一種極強的溫室效應氣體,同單位比CO2的溫室效應破壞力要強大310倍,對臭氧層的破壞作用比氟里昂更甚,能在大氣中存留150~170年,一旦形成便不容易消失。N2O造成的溫室效應占總的溫室效應的6%,是一種危害極大的有害氣體 。
3.N2O的減排
在生產硝酸的過程中,大約每生產一噸100%的硝酸就會產生2~22千克的N2O,因此考慮到N2O給氣候變化帶來的影響,硝酸生成過程應采取N2O減排措施。N2O催化降解技術是在氨氧化爐中剛剛形成的N2O在催化劑的催化降解作用下分解成N2和O2, 2N2O 2N2 + O2。降解催化劑采用BASF(巴斯夫公司)的催化劑。此方法簡單有效,無需對已有的硝酸生產裝置做重大改變,運行成本比較經濟合理,對N2O分解率也較高。在生產裝置運行過程中利用氣體分析儀以及氣體體積流量計對尾氣中N2O濃度以及尾氣體積流量進行測量,從而計算產生的減排量。本裝置中N2O會被催化降解為N2以及O2,這兩種氣體不會影響空氣質量,固體廢棄物主要是更換后的廢棄催化劑,該廢棄物會在適當的條件下被有資質的固體廢物處理中心進行安全處理,不會對當地環境造成危害,此外,不會造成額外的能源以及原材料(氨氣,空氣,水)的消耗,也不會直接或間接產生額外的溫室氣體排放。作為CDM項目,硝酸裝置N2O減排成本低 ,投資回報率高,是可實現環境效益和經濟效益雙贏的項目。
三、結語
該項目是一個新型的領域,時效性很強, 一方面可為公司爭取到良好的經濟效益;另一方面又可極大的改善公司周邊環境,為公司帶來良好的社會效益,為世界環境保護作出應有的貢獻。
參考文獻:
[1]楊詩敬,陸瑩. 硝酸尾氣NOx 治理技術綜述. 河南化工. 2005年.第22卷.