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一文讲透碳回收的概念、发展现状及其未来潜力!

  • 原创 2025-03-14
  • 品职教育
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最近看到埃德加·凯西关于2025年的预言:


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2025年前后全球气候变化严峻,海平面上升,低洼地区和沿海城市面临洪水和海岸侵蚀,美国西部海岸和东南沿海被海水吞噬,洛杉矶、旧金山和纽约被毁。

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其实,关于灵媒的预言是否可信,千人有千个态度,你大可把它当作一个趣谈,但不可否认的是全球变暖的确是当今世界面临的最紧迫危机之一。


随着工业化进程的加快,大量的温室气体被排放到大气中,尤其是二氧化碳(CO2),这被认为是全球变暖的主要原因。化石燃料的燃烧是二氧化碳排放的主要来源而碳回收技术作为一种新兴的解决方案,正逐渐引起全球的关注


本文将深入探讨全球变暖、碳回收的原理、技术、应用现状及其在阻止全球变暖中的潜力。


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全球变暖的背景


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全球变暖的原因

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全球变暖是指地球表面温度的持续上升,主要是由于温室气体的增加所导致的。


根据联合国气候变化专门委员会(IPCC)的报告,二氧化碳是温室气体中最主要的一种,主要是由于人类活动导致的温室气体浓度增加而引起的。


其原因可以归结为以下几个方面。



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首先,温室气体的排放是全球变暖的主要原因。


二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)等气体在大气中的浓度不断上升,这些气体能够吸收地球表面辐射出的热量,从而造成温室效应。

人类活动如化石燃料的燃烧、工业生产、交通运输等,都是温室气体的重要来源。此外,农业和畜牧业的活动也释放出大量的甲烷和氧化亚氮。
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其次,森林砍伐和土地利用变化也对全球变暖产生了显著影响。


森林是碳汇,能够吸收大气中的二氧化碳,而大规模的森林砍伐使得原本储存碳的树木被移除,同时减少了二氧化碳的吸收能力。土地的转变,如将森林转换为农业用地或城市开发,进一步加剧了大气中温室气体的浓度。
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第三,工业化进程加速了全球变暖的速度。


在过去的几个世纪中,全球范围内的工业化进程使得资源的开采和能源的使用大幅增加,特别是煤炭、石油和天然气的燃烧,造成了大量的二氧化碳排放。此外,工业生产过程中产生的其他温室气体同样对气候变化产生影响。
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最后,交通运输的增加也是全球变暖的重要因素。


随着全球经济的发展,交通事业不断增长,尤其是航空、汽车等交通工具的普及,使得温室气体的排放大幅增加。运输业的碳足迹在全球变暖中占据了相当大的比例。


总之,全球变暖是一个复杂的过程,是多种因素共同作用的结果。


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全球变暖的影响

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全球变暖对地球及其生态系统产生了深远的影响,涵盖环境、经济、社会等多个方面。


01

极端天气事件增多


极端天气事件包括热浪、暴雨、干旱、飓风、洪水和雷暴等,随着气温的升高,这些现象的频率和强度都有所增加。


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热浪的加剧

全球变暖直接导致了热浪的频发与加剧。根据气象数据,全球多地的高温记录已连续被打破,尤其是在夏季,热浪的持续时间和强度显著增加。

高温不仅对人类健康构成威胁,导致中暑、脱水和心血管疾病,还可能对农业造成影响,作物受到热应激的影响,导致减产。同时,极端高温也增加了电力需求,可能导致电网超负荷,造成停电和其他基础设施的压力
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暴雨和洪水的增加

气候模型表明,随着全球气温升高,空气中的水蒸气含量增加,降水模式将发生变化,某些地区可能经历更频繁和强烈的降雨。暴雨不仅导致城市内涝,还增加了山洪和泥石流的风险,给生命财产安全带来严重威胁。
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干旱现象的加剧

同理,气候变化改变降水分布的模式,也将导致一些地区降水减少,水资源短缺加剧。干旱对农业的影响尤为明显,农作物无法获得足够的水分,导致减产,进而影响粮食安全。

此外,干旱还可能加剧森林火灾的风险,影响生态平衡。
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飓风和风暴的强度增加

全球变暖使得海洋温度升高,这为飓风和其他热带风暴的形成提供了更多能量。研究表明,随着气候变暖,飓风的强度增加,风速升高,降水量也随之增多。

这种强烈的风暴不仅对沿海地区构成威胁,导致洪水和风暴潮,还可能造成广泛的基础设施损毁和经济损失。飓风的频发和强度增加也使得救灾和恢复工作面临更大挑战。

02

海平面上升


这一现象的主要原因是气候变暖导致冰川和极地冰盖的融化,以及海水因温度升高而膨胀。


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冰川和极地冰盖的融化以及海洋热膨胀都是导致海平面上升的原因特别是在北极和南极地区,冰川和冰盖的融化速度不仅加快直接导致大量的淡水释放海洋,导致海平面上升。




同时,根据物理学原理,温度升高会导致水体膨胀,从而使海平面上升。


03

生物多样性丧失


气候变化导致的气温上升、降水模式变化及极端天气事件的增加,直接威胁到众多物种的生存和生态系统的健康这其中的影响就包括栖息地丧失物种迁移、生态系统功下降以及物种加速灭绝


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随着气候变化,许多物种的自然栖息地正在快速改变或消失。森林、湿地、海洋等生态系统受到温度升高和降水模式变化的影响,导致生物栖息地的破坏。


例如,珊瑚礁因海水温度升高而发生白化,进一步威胁依赖这些生态系统的海洋生物。


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此外,许多物种为了适应气候变化,可能会迁移到更适宜的栖息地。这种迁移可能导致物种之间的竞争加剧,影响原有生态系统的平衡,同时也可能使一些物种面临灭绝的风险,尤其是那些适应力较弱或栖息地有限的物种。


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生物多样性的减少意味着自然界在应对环境变化和人类活动方面的能力降低,从而对人类生活产生负面影响。


同时,生态系统中的物种相互依赖,食物链的破坏可能导致生态平衡被打破。某些物种的减少可能导致捕食者失去食物来源,从而影响其生存,形成连锁反应。



一些物种由于生理特征或生态需求,无法迅速适应气候变化的速度和程度,进而面临灭绝的风险关于地理上限局的特有物种,尤其是在小岛屿或特定生态区域中的物种,受到气候变化的影响更为严重。


这些物种通常数量较少,适应能力弱,一旦环境变化超过其承受能力,可能迅速灭绝。


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关于全球变暖的影响远不止以上三方面,还包括农业生产力下降水资源短缺等,这些影响不仅威胁着生态系统的稳定,也对人类的生存和发展构成严峻挑战。


本文就不详细赘述了,感兴趣的同学可以自行翻阅相关文献。



碳回收的定义


碳回收,通常被称为碳捕集与封存(CCS,Carbon Capture and Storage),是一种旨在减少二氧化碳(CO₂)排放并减缓全球变暖的技术和方法。


其基本原理是CO₂产生源(如燃煤发电厂、工业设施等)捕集二氧化碳,将其进行压缩、运输,并最终储存于地下或利用于其他用途,防止其进入大气中,从而减少温室气体的浓度。


碳回收的过程主要分为三个阶段:


01 | 捕集


在这一阶段,技术旨在从排放源捕集CO₂。捕集方法一般有三种类型:

● 前燃烧捕集:在燃料燃烧前,使用化学反应提取出氢气和二氧化碳。

 后燃烧捕集:在燃料燃烧后,利用化学吸收剂从废气中去除CO₂。


● 氧燃烧捕集:采用纯氧而非空气进行燃烧,生成的废气中主要是水蒸气和CO₂,便于分离和捕集。


02 | 运输


在捕集阶段后,捕获的CO₂需要被压缩并运输到储存地点。运输过程需要确保CO₂在高压下保持液体状态,以提高运输效率。碳运输方式主要有两种:


● 管道运输:这是最常见的运输方式,适用于大规模的二氧化碳转移。通过专门设计的管道将二氧化碳从捕获地点输送到储存地点,效率高且成本相对较低。


● 罐车和船舶运输:在某些情况下,如果储存地点距离较远或管道建设不经济,则可以使用罐车或船舶进行运输,但这通常适用于小规模的二氧化碳运输。


03 | 储存


储存是碳回收技术的最后一个环节,捕集到的CO₂需要安全储存,以防其重新释放到大气中。常见的储存方式包括:


● 地质储存:将二氧化碳注入地下深处的岩层中,如油田、气田或盐层。


● 矿物化储存:通过化学反应将二氧化碳转化为矿物质,从而永久封存。


● 海洋储存:将二氧化碳注入海洋深处,但此方法尚处于实验阶段,需谨慎评估其生态影响。


这些储存方式具有良好的密封能,可以长时间CO₂。


以上三个阶段也可以理解为是碳回收的三类技术,此外,碳回收技术还包括碳利用技术除了储存,捕集到的二氧化碳也可以被再利用,形成“碳循环经济”。


常见的利用方式有:



化学品生产利用二氧化碳合成化学原料,如甲醇、尿素等。



建筑材料将二氧化碳用于混凝土的生成,提高混凝土的强度,同时减少水泥的使用。


生物质转化通过微生物等技术,将二氧化碳转化为生物燃料或其他有用的化合物。

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碳回收与化石燃料


碳回收(Carbon Capture)与化石燃料之间的关系密切,主要体现在以下几个方面:


 1、

碳回收的必要性


化石燃料(如煤、石油和天然气)的燃烧是二氧化碳排放的主要来源之一。根据国际能源机构(IEA)的数据,全球大约三分之二的能源需求依赖于化石燃料。


这种依赖造成了大量的温室气体排放,从而引发全球变暖。因此,发展碳回收技术,有助于减少化石燃料使用所带来的环境影响。


 2、

碳回收技术的应用


碳回收技术主要应用于使用化石燃料的行业,如电力、石油和天然气的提炼等。在这些行业中,碳回收技术能够在二氧化碳产生后,捕集并储存二氧化碳,减少其排放到大气中的量。




电力行业许多燃煤和燃气电厂正在采用碳捕集技术,以降低其二氧化碳排放。通过捕集产生的二氧化碳,这些电厂可以在继续使用化石燃料的同时,减轻环境负担。


工业过程在水泥、钢铁等工业生产过程中,化石燃料也被广泛使用,导致大量二氧化碳排放。碳回收技术的应用可以有效减少这些行业的碳足迹。

 3、

促进可持续能源转型


尽管化石燃料在当前能源体系中占据重要地位,但长期来看,全球都在努力向可再生能源转型碳回收技术可以作为过渡方案,使得化石燃料的使用更加清洁,从而在短期内减少对环境的影响。


专注碳回收技术例如,在氢能的生产中,结合碳回收技术可以生产“蓝氢”,即在氢气生产过程中捕获并储存产生的二氧化碳。这种方式不仅能提供清洁的氢能源,还能有效减少二氧化碳的排放。



反思


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碳回收技术在应对全球变暖、尤其是因化石燃料使用而导致的气候变化方面,扮演着至关重要的角色。


通过碳回收技术,我们不仅能够有效地降低大气中的二氧化碳浓度减少化石燃料使用带来的负面影响,还能与可再生能源相结合,推动低碳技术的快速发展。


尽管现实中,碳回收技术仍面临诸多挑战,包括经济成本和技术成熟度等,但随着技术的不断进步和政策的支持,碳回收技术将在未来的气候治理中发挥越来越重要的作用。


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