探索催化燃燒控制甲烷等溫室氣體的低碳技術(shù)特性

2020年9月，中國在聯(lián)合國大會上向世界宣布了2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)（簡稱“雙碳”）。降低碳排放、推進(jìn)綠色發(fā)展是功在當(dāng)代、利在千秋的大事。

能源的使用直接會對人類的生存環(huán)境產(chǎn)生直接影響，造成氣候變化，而氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下，世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體。從全球來看，甲烷是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體。國家計劃制定一份全面、有力度的甲烷國家行動計劃，爭取在21世紀(jì)20年代取得控制和減少甲烷排放的顯著效果。

低碳催化燃燒是一種無焰的燃燒方式，輻射效率高。催化燃燒反應(yīng)較低的活化能容許反應(yīng)在貧碳?xì)浠衔餄舛认掳l(fā)生，因此絕熱反應(yīng)的溫度低于NOx形成的限制，并完全氧化，不形成CO和未完全燃燒的碳?xì)浠衔?，燃燒發(fā)生在常規(guī)氣相易燃極限之外，因此燃燒更加穩(wěn)定。

中法英科研人員在滯止點流動反應(yīng)器中首次從實驗和模擬的角度提出了燃料轉(zhuǎn)化率和一氧化碳選擇性與鉑表面溫度（一直到超過了單相點燃溫度區(qū)）的關(guān)系。科學(xué)研究理論發(fā)現(xiàn)在世界范圍內(nèi)公開，已得到多家國際研究機構(gòu)的驗證和確認(rèn)。

通過貧甲烷催化燃燒技術(shù)可以使煙氣中的氮氧化物、CO和未完全燃燒的碳?xì)浠衔锏任廴疚锏陀?ppm，達(dá)到近零排放。具有燃料消耗少、燃燒完全、污染小等一系列優(yōu)點。

采用此原理，催化燃燒低碳能源環(huán)保團隊開發(fā)了催化燃燒燒制古建釉彩專用爐窯，提出了尾礦、粉煤灰再生利用的一種新辦法，形成了尾礦、粉煤灰摻和催化燃燒利用新技術(shù)，并極大地縮短燒制需要的時間，降低了成本，創(chuàng)新了其生產(chǎn)工藝。

天然氣催化燃燒技術(shù)燒出的類寶石色彩釉藝術(shù)陳設(shè)特征明顯、胎釉結(jié)合緊密，手感光滑，藝術(shù)氣息強烈，極為美觀。花紋流暢、顏色清雅細(xì)膩，靈動，晶瑩剔透，具有很高的欣賞和藝術(shù)價值。煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，其燃燒后會產(chǎn)生大量煤灰，如何開發(fā)其價值。利用好粉煤灰成為關(guān)鍵，既減少環(huán)境污染，又可以增加工業(yè)產(chǎn)值。通過陶泥與粉煤灰不同比例的摻混，進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)有良好的成型性，較好的強度?？梢杂行Ю妹夯?，解決環(huán)保問題。

利用這套0-1創(chuàng)新的催化燃燒工業(yè)設(shè)備制作的彩釉生態(tài)環(huán)保藝術(shù)作品在國際展覽中展出，此高科技藝術(shù)品引起廣范關(guān)注。

在實驗中，貧甲烷低碳催化燃燒處在穩(wěn)定狀態(tài)時，煙氣中二氧化碳濃度比普通燃燒要低很多，污染物達(dá)到近零排放。在通入一段時間催化燃燒煙氣條件下的植株，生長更加茂盛，有更多的新枝椏長出，催化燃燒煙氣對植物的生長具有一定的促進(jìn)作用。在增強光合作用實踐中將這部分二氧化碳以有機物的形式固定在植物中，控制甲烷和二氧化碳等溫室氣體。對此應(yīng)把握碳交易市場的主動權(quán)，通過碳排放權(quán)獲得經(jīng)濟創(chuàng)收。

中國是全球甲烷排放量較大的國家，在煤炭開采、農(nóng)業(yè)、城市固體廢棄物、污水處理、石油天然氣等領(lǐng)域，需要研究制定有效的甲烷減排措施，促進(jìn)甲烷回收利用和減排技術(shù)的發(fā)展。

通過調(diào)研垃圾填埋場，發(fā)現(xiàn)填埋場中產(chǎn)生的甲烷氣體可以回收利用, 在地下建有填埋場氣體收集系統(tǒng), 以保證填埋場氣體的有序收集和遷移而不造成填埋場內(nèi)不必要的氣體高壓。在垃圾填埋場作業(yè)過程中, 填埋作業(yè)面的甲烷排放是填埋場的主要排放源。因此,應(yīng)用于貧甲烷催化燃燒技術(shù)是促進(jìn)填埋場低碳減排的關(guān)鍵。

貧甲烷催化燃燒工業(yè)裝備由供氣系統(tǒng)、催化燃燒器、爐窯主體構(gòu)成。將回收的甲烷氣體通過檢測、以合適比例混合接入此工業(yè)裝備，保持過?？諝庀禂?shù)為2進(jìn)行全預(yù)混式穩(wěn)定的催化燃燒，以控制甲烷溫室氣體并用于尾礦、粉煤灰固廢轉(zhuǎn)化裝飾藝術(shù)材料。催化燃燒煙氣中的二氧化碳將投放至周圍植物溫室大棚中，為植物進(jìn)行光合作用提供條件，為植物提供營養(yǎng)。植物產(chǎn)生的大量氧氣，形成富氧環(huán)境。

除此之外，本團隊利用VR模擬技術(shù)，模擬了植物園的場景，預(yù)計在植物園中放置機器人進(jìn)行科普和引導(dǎo)，同時引入貧甲烷催化燃燒工業(yè)生產(chǎn)全屋智能化，將日趨成熟的AI技術(shù)應(yīng)用到植物生態(tài)園，實現(xiàn)智慧產(chǎn)業(yè)園區(qū)。利用先進(jìn)的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)及多媒體技術(shù)等, 借鑒當(dāng)今先進(jìn)的管理技術(shù)和管理手段, 建設(shè)一套具有實用性、先進(jìn)性及開放性的“綜合遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)”。使園區(qū)工作管理更加規(guī)范化、科學(xué)化和信息化, 為園區(qū)安全高效的工作做好有力保障。

在國內(nèi)外人們都認(rèn)識到了甲烷的排放對于氣候的顯著影響。本團隊研究課題有效利用了溫室氣體，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的雙重目的。通過甲烷催化燃燒技術(shù)生成的二氧化碳也應(yīng)用到植物園中，既可促進(jìn)植物茁壯成長，又彌補了該技術(shù)處理二氧化碳的短板，對城市品味和城市環(huán)境的提升有極大的幫助，可有效推動經(jīng)濟發(fā)展，帶動工業(yè)項目的建設(shè)和城市改造升級。通過科技創(chuàng)新的手段帶動城市綠色低碳發(fā)展必將成為未來的趨勢。