從源頭控制溫室氣體的甲烷催化燃燒低碳機(jī)理技術(shù)應(yīng)用方案

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活垃圾的產(chǎn)生量也在不斷增加。2019年，城市生活垃圾的產(chǎn)生量已達(dá)到2.2億噸，農(nóng)村生活垃圾的產(chǎn)生量也達(dá)到了1.8億噸。垃圾主要分為有機(jī)垃圾、無機(jī)垃圾、可回收物和有害垃圾等幾類。在垃圾處理技術(shù)方面，填埋和焚燒由于操作簡單，被廣泛應(yīng)用。但是，這兩種方法對環(huán)境造成的污染極為嚴(yán)重。近年來，中國政府高度重視環(huán)保工作，大力推廣垃圾分類和資源回收利用，以提高垃圾處理技術(shù)水平。

在全球氣候治理中，中國積極承擔(dān)符合自身發(fā)展階段和國情的國際責(zé)任，是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的首批締約國，并為達(dá)成《京都議定書》《巴黎協(xié)定》及其實施細(xì)則作出重要貢獻(xiàn)。

對于垃圾處理問題，我國政府已經(jīng)給予了高度重視，并出臺了一系列政策和法規(guī)，如《固體廢物污染環(huán)境防治法》、《生活垃圾分類制度實施方案》等。同時，地方政府也根據(jù)實際情況，制定相應(yīng)的地方性政策和法規(guī)，以推進(jìn)垃圾處理工作的實施。

然而，垃圾產(chǎn)生量的持續(xù)增長使得我國垃圾處理能力顯得不足，特別是在一些城市和地區(qū)，垃圾處理設(shè)施的建設(shè)進(jìn)度跟不上垃圾產(chǎn)生的增長速度，導(dǎo)致難以滿足當(dāng)?shù)氐奶幚硇枨蟆１M管我國已經(jīng)在垃圾分類和資源回收利用方面進(jìn)行了推廣，但實際效果仍有待提升。目前，我國城市居民的垃圾分類參與率僅為約60%，資源回收利用率大約為35%，與國際先進(jìn)水平相比，我國在垃圾處理技術(shù)方面還有較大的提升空間。在焚燒、填埋等技術(shù)領(lǐng)域，需要努力提高處理效率和環(huán)保性能。

為了解決目前垃圾處理方法導(dǎo)致的環(huán)境污染和能源浪費問題，本團(tuán)隊提出了一套創(chuàng)新的全產(chǎn)業(yè)鏈方案，該方案結(jié)合了厭氧消化技術(shù)和甲烷催化燃燒技術(shù)，以實現(xiàn)生活垃圾的資源化、減量和無害化處理，真正實現(xiàn)“變廢為寶”。

從“十四五”的溫室氣體管控力度和固廢轉(zhuǎn)化的角度，提出了工業(yè)智慧制造車間與植物園區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品固碳相結(jié)合的綜合環(huán)境治理低碳模式。

實現(xiàn)減少溫室氣體排放，能源資源化利用和污染物協(xié)同控制等多重效應(yīng)，堅持以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)，培育發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的新動能。

在此背景下，對中國甲烷排放控制現(xiàn)狀進(jìn)行充分調(diào)研，在垃圾等領(lǐng)域，使用垃圾高效分選機(jī)，采用專有浮選法結(jié)合高端傳感器技術(shù)研發(fā)為無人化設(shè)備，為一項垃圾管理創(chuàng)新技術(shù)。在厭氧發(fā)酵和甲烷的生產(chǎn)方面，采用厭氧消化技術(shù)作為一種主流的處理工藝，因其污染小、資源回收率高等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。厭氧消化是在無氧環(huán)境下，通過多種兼性厭氧和專性厭氧微生物降解有機(jī)質(zhì)，最終產(chǎn)生以甲烷為主要成分的混合氣體。這一工藝不僅符合我國的能源政策和發(fā)展方向，還可以回收生物質(zhì)能源沼氣，實現(xiàn)生活垃圾的能源化利用。進(jìn)一步地，沼氣可以通過提純轉(zhuǎn)化為生物甲烷。隨著可再生能源在未來的能源市場中占據(jù)越來越重要的地位，生物甲烷作為一種可再生能源，不僅可以替代傳統(tǒng)的化石能源，還能有效減少二氧化碳等溫室氣體的排放。因此，利用沼氣替代傳統(tǒng)能源，是實現(xiàn)我國“雙碳”目標(biāo)計劃的重要途徑。

催化燃燒技術(shù)是一種高效的清潔燃燒技術(shù)，使得燃料可以在較低的溫度下充分燃燒。這種技術(shù)可顯著提高燃料的燃燒效率并降低排放煙氣中污染物的含量。燃燒產(chǎn)生的煙氣幾乎近零污染，不會因不完全燃燒產(chǎn)生一氧化碳和碳?xì)浠衔铮膊粫a(chǎn)生氮氧化物。計算可得催化燃燒完全預(yù)混的過?？諝庀禂?shù)為 2.0左右。在去除水蒸汽后，由此計算其煙氣中CO2的濃度為 6％左右。穩(wěn)定的催化燃燒在燃料稀薄的情況下依然能進(jìn)行，可見催化燃燒方式可節(jié)約燃料。

在我校北京市重點實驗室采用21世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的新原理（相差理論），研發(fā)成功了甲烷催化燃燒低碳機(jī)理降碳近零污染物排放爐窯。

由低碳機(jī)理甲烷催化燃燒設(shè)備組成的車間對尾礦、粉煤灰固廢來燒制具備國禮級表面處理優(yōu)勢，達(dá)到類寶石色的藝術(shù)品來進(jìn)行國際交流。

粉煤灰又稱飛灰，是煤炭燃燒后的一種產(chǎn)物。大量粉煤灰若不進(jìn)行管控和處理直接排放，會嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境：降低空氣品質(zhì)，污染水源并堵塞水流，侵害土壤。部分粉煤灰中的化學(xué)物質(zhì)能直接危害人體健康。

將礦石進(jìn)行分選后，有效組分含量最低的那一部分就是尾礦。伴隨著經(jīng)濟(jì)的

飛速發(fā)展，冶金、制造、建筑等行業(yè)對相關(guān)礦石資源的需求激增，礦產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展勢頭有增無減，帶來的負(fù)面影響就是尾礦的產(chǎn)生量日益增多，數(shù)量之多給環(huán)境

帶來諸多難題，間接給經(jīng)濟(jì)帶來不少負(fù)擔(dān)。尾礦的堆放需要大片場地，而且考慮到揚(yáng)沙揚(yáng)塵問題，堆場的建設(shè)及維護(hù)成本巨大。部分尾礦中殘存的選礦試劑和重金屬元素會對生態(tài)環(huán)境（植被、土壤、水源）造成嚴(yán)重危害。

經(jīng)研究者發(fā)現(xiàn)尾礦和粉煤灰對于替代部分琉璃磚原料有著重要意義，這能有效降低琉璃磚的生產(chǎn)成本。

為了響應(yīng)國家固體廢棄物綜合利用的號召并解決粉煤灰和尾礦造成的環(huán)境污染提出以下方案：以粉煤灰和尾礦代替部分琉璃瓦原材料制作琉璃胚，建設(shè)甲烷催化燃燒車間，以由生活垃圾綜合處理得到的生物甲烷為原料，利用甲烷催化燃燒爐窯燒制琉璃瓦及琉璃藝術(shù)品。實現(xiàn)對生活垃圾、尾礦、粉煤灰的綜合利用。

琉璃是一種古老的工藝品，其歷史可以追溯至唐朝時期。建筑琉璃以其絢麗的色彩和清澈溫潤的品質(zhì)而聞名，在中國古代建筑中常作為裝飾材料使用，琉璃的制作過程相當(dāng)復(fù)雜，包括構(gòu)思、設(shè)計、雕刻、燒制、精細(xì)打磨等多個環(huán)節(jié)，每一步都需要精細(xì)的手工技藝。在古代，由于生產(chǎn)力的限制，琉璃成為了珍貴的裝飾品。隨著甲烷催化燃燒低碳技術(shù)的應(yīng)用，琉璃的制作過程得到了簡化，使琉璃制品更加普及。

在現(xiàn)代室內(nèi)設(shè)計中，琉璃作為裝飾元素，打破了傳統(tǒng)的單一風(fēng)格，變得更加豐富多彩。設(shè)計師們將傳統(tǒng)與現(xiàn)代元素相結(jié)合，使琉璃藝術(shù)得到了新的發(fā)展。這種融合了現(xiàn)代人文精神的琉璃飾品不僅體現(xiàn)了中華民族的傳統(tǒng)藝術(shù)，還滿足了現(xiàn)代人的審美需求。

琉璃作為中國的文化遺產(chǎn)，承載著深厚的文化底蘊(yùn)。將現(xiàn)代科技融入琉璃制作中，不僅為琉璃藝術(shù)注入了新的活力，也使它在國際舞臺上更加光彩奪目，不僅展現(xiàn)了中國藝術(shù)的精髓，也增強(qiáng)了中國人民的文化自信。

隨著社會發(fā)展，生化垃圾處理問題愈發(fā)嚴(yán)峻，但是當(dāng)下對生活垃圾低碳處理的投入與研發(fā)較為不足，需政策與人才的支持。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，催化燃燒車間可引進(jìn)人工智能技術(shù)進(jìn)行輔佐，實現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)業(yè)鏈。