91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：鄭曉敏

  本課題組曾以浙江省一種優(yōu)勢(shì)大型海藻銅藻為原材料，用2種不同的方法（ZnCl2活化法和水熱炭化-KOH活化法）制備了高比表面積活性炭，并將所得炭材料用于CO2的吸附捕集19-101，但活性炭系統(tǒng)整個(gè)生命周期的碳減排效果如何仍需進(jìn)行進(jìn)一步的分析評(píng)價(jià)。本文將原料生長(zhǎng)、原料運(yùn)輸、活性炭制備和活性炭吸附CO2等階段納入評(píng)價(jià)范圍，通過(guò)建立完整的LCA評(píng)價(jià)支撐數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)活性炭系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期溫室氣體排放評(píng)價(jià)，以期對(duì)活性炭生產(chǎn)與應(yīng)用過(guò)程的碳減排研究提供建議和參考。

1研究方法

1.1研究對(duì)象、系統(tǒng)邊界與功能單位

    本文以銅藻基活性炭系統(tǒng)為研究對(duì)象。銅藻基活性炭全生命周期系統(tǒng)邊界包括原料生長(zhǎng)、原料運(yùn)輸、活性炭制備和活性炭吸附CO2 4個(gè)主要階段�；钚蕴康闹苽潆A段包括原料預(yù)處理和炭化活化2個(gè)過(guò)程，本文考察了ZnC12活化法和水熱炭化-KOH活化法2種不同的活性炭制備方法，所得活性炭分別記作ZAC和HKAC。在活性炭吸附CO2階段，設(shè)置了不考慮活性炭再生和活性炭進(jìn)行多次吸附與再生循環(huán)2種不同的情景。其系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

    本文的計(jì)算對(duì)象為銅藻基活性炭全生命周期中溫室氣體的凈排放量。活性炭整個(gè)生命周期是一個(gè)相對(duì)較復(fù)雜的系統(tǒng)，為了使模型簡(jiǎn)化，將以下2項(xiàng)排除在計(jì)算邊界之外：(l)與銅藻生長(zhǎng)與運(yùn)輸、活性炭制備與應(yīng)用過(guò)程中所使用的設(shè)備（貨車、反應(yīng)裝置、干燥箱等）和試劑（ZnCI：、KOH、HCI等）制造相關(guān)的溫室氣體排放；(2)整個(gè)過(guò)程中人工勞動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體排放。

    在此基礎(chǔ)上，溫室氣體的凈排放量涉及CO2的生物吸收和物理捕集以及溫室氣體的直接和間接排放，具體包括：(l)銅藻生長(zhǎng)過(guò)程中CO2的凈吸收量（光合作用和呼吸作用的共同結(jié)果）；(2)活性炭制備階段直接排放的CO2；(3)活性炭吸附階段捕集的CO2; (4)4個(gè)階段中化石燃料和電力等能源的消耗所帶來(lái)的間接溫室氣體排放。生命周期分析研究需要引入功能單位的概念，以使不同研究的結(jié)果具有可比性，本文以“1 kg活性炭”為功能單位。

1.2計(jì)算模型

    將直接排放和間接排放的各種溫室氣體依據(jù)全球增溫潛勢(shì)值轉(zhuǎn)化為二氧化碳當(dāng)量(CO2-eq)。由于實(shí)驗(yàn)室小試中能量利用率相對(duì)較低，本文在計(jì)算中保持電力設(shè)備數(shù)據(jù)不變，其他數(shù)據(jù)依據(jù)功能單位的選擇做相應(yīng)放大。

1.2.1全生命周期溫室氣體凈排放量計(jì)算模型

    式(1)~(3)中，GHGlc為全生命周期溫室氣體凈排放量；GHGin為能源間接排放量；GHGf為活性炭自身固定的CO2量，即銅藻生長(zhǎng)過(guò)程中CO2的凈吸收量減去活性炭制備過(guò)程中直接排放的CO2量，GHGf的計(jì)算假設(shè)活性炭中的碳元素全部來(lái)源于銅藻吸收的CO2；GHGad為活性炭的CO2吸附量；EF,為所需能源f的排放因子，表示消耗每單位量能源物質(zhì)所排放的溫室氣體量的統(tǒng)計(jì)平均值，其中的溫室氣體量以二氧化碳當(dāng)量計(jì)；A為所消耗能源i的量；Ci為活性炭中碳元素含量(%)；44/12為C-CO2的轉(zhuǎn)換系數(shù)；

1.2.2各階段溫室氣體吸收、吸附或排放計(jì)算模型

    銅藻生長(zhǎng)階段：本研究所用銅藻來(lái)源于浙江省南麂列島近岸藻場(chǎng)，人工培養(yǎng)采用張力型筏架，銅藻生長(zhǎng)過(guò)程包括幼苗培育期、快速生長(zhǎng)期、繁殖期、人工收獲期等階段。依據(jù)l.l節(jié)中為使模型簡(jiǎn)化所做的假設(shè)，本文將銅藻人工養(yǎng)殖過(guò)程中有關(guān)設(shè)備的制造和人工勞動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體排放排除在計(jì)算范圍之外，只考慮銅藻自身在光合作用和呼吸作用共同作用下CO2的凈吸收量。其計(jì)算模型為：

    式(4)中，GHG1為銅藻生長(zhǎng)階段C02的凈吸收量；Mi為生產(chǎn)1 kg活性炭所需原料銅藻的質(zhì)量，可根據(jù)活性炭的得率y計(jì)算；Mco2/MSH為銅藻生長(zhǎng)過(guò)程中固定的CO2量與自身質(zhì)量之比。

銅藻運(yùn)輸階段計(jì)算模型為：

    式(5)中，GHG2為銅藻運(yùn)輸階段消耗化石燃料帶來(lái)的間接溫室氣體排放量；EFt為我國(guó)公路運(yùn)輸排放因子，表示貨車運(yùn)輸單位質(zhì)量貨物行駛單位距離所排放的溫室氣體量（以二氧化碳當(dāng)量計(jì)）；M1為生產(chǎn)l kg活性炭所需原料銅藻的質(zhì)量；S為銅藻產(chǎn)地與實(shí)驗(yàn)室之間距離。

活性炭制備階段計(jì)算模型為：

    此階段溫室氣體排放（GHG3）包括制備過(guò)程中的直接排放（GHG3d）和電力消耗帶來(lái)的間接排放(GHG3m)。假設(shè)在此階段，1.2.2節(jié)中銅藻生長(zhǎng)所吸收的CO2-部分經(jīng)過(guò)炭化活化等過(guò)程直接排放到大氣環(huán)境中，一部分仍然固定在活性炭中，因此，直接排放量可用差值法計(jì)算而得，等于銅藻生長(zhǎng)過(guò)程中CO2的凈吸收量與活性炭中固定的CO2量之差；間接排放量的計(jì)算用排放因子法，EFe為電力排放因子，Ae為此階段的耗電量。

    活性炭吸附CO2階段：在不考慮活性炭再生的情況下，1 kg活性炭吸附的二氧化碳量可由實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)經(jīng)線性放大而得。在考慮活性炭的多次吸附與再生循環(huán)時(shí)，計(jì)算模型為：

    這種情況下，此階段的溫室氣體凈排放量(GHG4)等于再生耗能所帶來(lái)的間接溫室氣體排放量（GHG4）與活性炭吸附捕集CO2量(GHG4ad)之差。間接溫室氣體排放量計(jì)算方法與前面所述相同，為電力排放因子(EFe)與此階段耗電量(Ae2)之積。

1.3數(shù)據(jù)收集與整理

    銅藻生長(zhǎng)過(guò)程中固定的CO2量與自身質(zhì)量之比MC02/MSH=1：1；假設(shè)銅藻生長(zhǎng)地與實(shí)驗(yàn)室距離為10 km；用2種不同方法所制得活性炭的得率、碳元素含量和CO2的吸附容量如表1所示；公路貨運(yùn)和電力排放因子數(shù)據(jù)如表2所示；活性炭制備階段與活性炭

再生過(guò)程中所用電力設(shè)備的功率數(shù)據(jù)如表3所示。電力設(shè)備在不同階段的運(yùn)行時(shí)間已在系統(tǒng)流程圖（圖1）中標(biāo)注出，這里不再贅述。以上有關(guān)活性炭制備和活性炭吸附CO2的數(shù)據(jù)雖然來(lái)自實(shí)驗(yàn)室小試，但通過(guò)后續(xù)的計(jì)算與分析．找出溫室氣體排放的關(guān)鍵排放源，對(duì)銅藻基活性炭生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室小試到中試乃至工業(yè)化生產(chǎn)的過(guò)程中更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有一定指導(dǎo)意義。

2結(jié)果與討論

2.1全生命周期溫室氣體凈排放量

    以“1 kg活性炭”為功能單位，在不考慮活性炭再生的情況下，按照1.2.2節(jié)的計(jì)算模型，2種不同方法制得活性炭的全生命周期溫室氣體凈排放量如表4所示。

    ZAC和HKAC全生命周期溫室氣體凈排放量（以C02-eq計(jì)）分別為5.926 kg和7.734 kg，能源消耗帶來(lái)的較多間接溫室氣體排放是導(dǎo)致活性炭系統(tǒng)向環(huán)境排放溫室氣體的主要原因。HKAC較低的碳元素含量導(dǎo)致其自身固定的CO2較少。HKAC的CO2吸附容量是ZAC CO2吸附容量的2倍多，但由于前者較大的能源間接排放量和較小的活性炭固定CO2量，致使HKAC全生命周期的溫室氣體凈排放量較大。

2.2各階段溫室氣體吸收、吸附或排放量

    不考慮再生的情況下，活性炭系統(tǒng)各階段的溫室氣體吸收或排放情況如表5所示。

    與ZAC相比，HKAC較低的活性炭得率使生產(chǎn)1kg活性炭所需的原料量較大，導(dǎo)致原料生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的CO2量和原料運(yùn)輸過(guò)程中排放的CO2量略大。與農(nóng)業(yè)廢棄物（稻殼、秸稈等）為原料制備的活性炭相比，銅藻基活性炭在原料生長(zhǎng)階段不需要施加氮肥，從而避免了因氮肥效應(yīng)產(chǎn)生N20而帶來(lái)的溫室氣體排放，這在一定程度上減少了溫室氣體排放總量�；钚蕴恐苽潆A段的CO2排放量很大，這是導(dǎo)致全生命周期溫室氣體凈排放量較大的原因。HKAC較復(fù)雜的制備工藝導(dǎo)致其在制備階段的溫室氣體間接排放量較ZAC大。與目前工業(yè)上常用的醇胺法等溶液吸收法相比，活性炭吸附階段的CO2吸附容量仍有待提高。

    如果不考慮原料生長(zhǎng)階段吸收的CO2量和活性炭吸附階段捕集的CO2量，只考慮原料運(yùn)輸和活性炭制備階段排放的CO2量，ZAC和HKAC排放量分別為9.310 kg CO2-eq和11.719 kg CO2-eq，其中能源間接排放量分別為8.792 kg CO2-eq和10.413 kg CO2-eq，占比分別為94.4%和88.8%。而在間接溫室氣體排放中，原料運(yùn)輸階段消耗化石燃料帶來(lái)的間接溫室氣體排放量很小，活性炭制備階段電力消耗帶來(lái)的溫室氣體排放為最主要的排放源。因此，減少活性炭制備過(guò)程中的電力消耗是活性炭工業(yè)碳減排研究的主要方向。

    ZAC和HKAC制備階段不同過(guò)程的電力消耗帶來(lái)的間接溫室氣體排放如圖2所示，電力消耗主要集中在活化反應(yīng)和產(chǎn)品烘干過(guò)程中，因此改進(jìn)活化和干燥工藝、提高能源利用率是未來(lái)的研究方向。

    ZAC和HKAC在制備階段直接的溫室氣體排放分別為0.518 kg CO2-eq和1.306 kg CO2-eq，ZAC的直接溫室氣體排放量較小與其活性炭得率和活性炭中碳元素含量都較高有關(guān)。因此，提高活性炭得率和活性炭中碳元素含量不僅可以節(jié)約資源、提高活化程度，還能減少活性炭制備過(guò)程中的直接溫室氣體排放，取得經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的“雙贏”。

2.3再生情景下的溫室氣體排放

    活性炭用于吸附CO2的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是吸附劑易于再生，因此本文考察了活性炭多次吸附與再生循環(huán)情景下的溫室氣體排放。活性炭脫附再生是在脫附溫度(120℃)下熱脫附10 min，進(jìn)行4次吸附與再生循環(huán)后，活性炭吸附能力基本保持不變。在一次吸附與脫附過(guò)程中，消耗電力帶來(lái)的間接溫室氣體排放量為0.054 kg CO2-eq，與ZAC吸附捕集CO2的量基本持平，而HKAC凈捕集CO2的量為0.055 kg，活性炭捕集CO2能力還不是很理想。因此，還需要通過(guò)活性炭表面化學(xué)改性等方法提高活性炭吸附CO2的吸附容量并通過(guò)改進(jìn)工藝、提高能源利用率等方法進(jìn)一步減少再生能耗。

2.4與相關(guān)研究結(jié)果的比較

    一些相關(guān)研究只涉及活性炭制備階段的溫室氣體排放量，因此本文選取活性炭制備階段的溫室氣體排放量進(jìn)行比較分析，如表6所示。與其它研究結(jié)果相比，本研究中ZnC12活化法活性炭溫室氣體排放量相對(duì)較低，具有一定碳減排優(yōu)勢(shì)；水熱炭化-KOH活化法活性炭溫室氣體排放量較文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]報(bào)道數(shù)據(jù)略高，仍有一定碳減排潛力。

3結(jié)論與建議

    (l)ZAC和HKAC全生命周期溫室氣體凈排放量（以CO2-eq計(jì)）分別為5.926 kg和7.734 kg，活性炭制備階段的溫室氣體排放量分別為9.307 kg和11.715 kg，與其他結(jié)果相比，ZnC12活化法銅藻基活性炭具有一定碳減排優(yōu)勢(shì)。

    (2)活性炭制備階段電力消耗帶來(lái)的間接溫室氣體排放是最大的排放源。因此，減少電力消耗、提高能源利用率是活性炭工藝優(yōu)化的研究方向。

    (3)較高的活性炭得率和活性炭碳元素含量不僅在經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢(shì)，還有利于減少活性炭制備過(guò)程中直接的溫室氣體排放量。因此，優(yōu)化活性炭制備工藝，以提高活性炭得率和活性炭碳元素含量，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的“雙贏”。

(4)由于活性炭吸附CO2的吸附容量有限，導(dǎo)致其在吸附再生循環(huán)中的溫室氣體減排效果不佳。因此，通過(guò)活性炭表面化學(xué)改性等方法提高CO2吸附容量并在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低再生能耗是未來(lái)的研究方向。

4摘要：運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)(LCA)的方法，以原料生長(zhǎng)、原料運(yùn)輸、活性炭制備和活性炭吸附CO2 4個(gè)階段為系統(tǒng)邊界，對(duì)2種不同方法制備的銅藻基活性炭系統(tǒng)進(jìn)行分析，計(jì)算其全生命周期溫室氣體( GHG)排放量。結(jié)果表明：每生產(chǎn)lk活性炭，Znao活化法活性炭(ZAC)和水熱炭-KOH活化法活性炭(HKAC)全生命周期溫室氣體凈排放量（以CO2-eq計(jì)）分別為5.926kg和7.734 kg;活性炭制備階段電力消耗帶來(lái)的問(wèn)接溫室氣體排放是最大的排放源；提高活性炭得率和活性炭中碳元素含量有利于減少制備階段的直接溫室氣體排放。最后，依據(jù)計(jì)算和分析結(jié)果給出相應(yīng)建議，以期對(duì)活性炭生產(chǎn)與應(yīng)用過(guò)程的碳減排研究提供參考。