【化学视觉下碳中和的方法探究3100字】

化学视觉下碳中和的方法研究目录TOC\o"1-2"\h\u25100化学视觉下碳中和的方法研究 11626关键词：碳中和；能源转型；碳达峰 122242一、化学视觉下碳中和的方法 121922（一）CO2的热化学转化 120041（二）CO2的光化学转化 229650（三）CO2的电化学转化 218987（四）CO2的光电转化 220979（五）CO2的光热转化 215121二、稳步实现碳达峰、碳中和的战略路径 323429（一）关注减排“关键”行业，制定分行业减排政策 33884（二）转变低碳强度行业的能源消费结构 331713（三）从全局出发统筹碳市场发展 42739参考文献 4摘要：在气候雄心峰会上，中国政府提出了碳中和的任务目标，在2030年初步实现碳达峰，至2060年实现碳中和的目标。基于全球气温升高的背景，中国国内也积极努力进行节能减排的行动，一方面降低碳排放，另一方面积极推动环保新能源发展，如太阳能、风能、光能等。新能源的转型也迫在眉睫，如何实现在新能源的转型过程中，应该如何把握转型的方向尤其关键，本文基于此问题从化学角度进行相关探讨、研究。关键词：碳中和；能源转型；碳达峰“碳”即二氧化碳，“中和”即正负相抵。排出的二氧化碳或温室气体被植树造林、节能减排等形式抵消，这就是所谓的“碳中和”。二氧化碳的含量升高是导致全球升温的主要原因之一，二氧化碳还会导致温室效应，因为CO2的自身的物理性质，具有吸热以及隔热的作用，由于这样的性质，CO2的逐渐增多，从而会使得保温能力增强，全球气温升高。此外气候异常变化加剧，极端天气越发频繁，更容易导致洪涝、干旱等自然灾害。人们也越来越重视环境问题，减少和利用大气中的二氧化碳越来越受到人们的关注，随着工业技术的进步，越来越多的人们开始考虑利用二氧化碳这个环保而资源丰富的有机工业起始原料。一、化学视觉下碳中和的方法（一）CO2的热化学转化CO2作为一种经济而丰富的化工原料，将CO2热催化转化为更具有利用价值的工业产品具有很大的发展前景，它不仅有助于缓解因CO2排放量增加而引起的气候变化，而且为基本的化学品或材料提供了可持续的生产方式。CO2分子在热力学上是稳定的，但在动力学上是惰性的。因此，在向有附加值的化学物质转化过程中，CO2分子的活化是向增值化学品转化的控速步骤。然而，基于CO2化学惰性，其转化需要的条件十分苛刻，例如高温和高压，以加速反应速率或改变化学平衡。因此，CO2形成甲烷、一氧化碳、甲醇或其他碳氢化合物的加氢反应具有发展前景的途径ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Thampi</Author><Year>1987</Year><RecNum>13</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="20zzfvzplw5fsxewe2a5z05ysfxap90rssfe"timestamp="1621913629">13</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Thampi,K.Ravindranathan</author><author>Kiwi,John</author><author>Grätzel,Michael</author></authors></contributors><titles><title>Methanationandphoto-methanationofcarbondioxideatroomtemperatureandatmosphericpressure</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>506-508</pages><volume>327</volume><number>6122</number><dates><year>1987</year><pub-dates><date>1987/06/01</date></pub-dates></dates><isbn>1476-4687</isbn><urls><related-urls><url>/10.1038/327506a0</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/327506a0</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[1]。（二）CO2的光化学转化CO2光化学转化被认为是一种清洁和环境友好的技术，利用的是最可行和广泛丰富的可再生能源之一，即太阳能。随着大气中二氧化碳浓度的不断增加，以二氧化碳为原料，利用太阳能将CO2转化为化学燃料（如CH4、C2H6、CH3OH、C2H5OH等长链碳氢化合物）受到广泛关注。CO2的光化学转化的优势在于使用取之不尽用之不竭的太阳能来对反应进行催化，并且操作简单以及成本低，从而促进了该技术的进一步发展ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Ulmer</Author><Year>2019</Year><RecNum>14</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>14</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="20zzfvzplw5fsxewe2a5z05ysfxap90rssfe"timestamp="1621913648">14</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Ulmer,Ulrich</author><author>Dingle,Thomas</author><author>Duchesne,Paul</author><author>Morris,Robert</author><author>Tavasoli,Alexandra</author><author>Wood,Thomas</author><author>Ozin,Geoffrey</author></authors></contributors><titles><title>FundamentalsandapplicationsofphotocatalyticCO2methanation</title><secondary-title>NatureCommunications</secondary-title></titles><periodical><full-title>NatureCommunications</full-title></periodical><volume>10</volume><dates><year>2019</year><pub-dates><date>12/01</date></pub-dates></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/s41467-019-10996-2</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[2]。（三）CO2的电化学转化将电化学法将CO2还原为燃料和化学物质为碳中和、碳循环以及可再生能源的存储和利用提供了重要途径。电化学二氧化碳还原反应对特定产物的活性和选择性取决于所选择的电催化剂和反应条件。在过去的几十年里，研究者们为开发新型的多相和均相电催化剂付出了巨大的努力ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Jiang</Author><Year>2018</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="20zzfvzplw5fsxewe2a5z05ysfxap90rssfe"timestamp="1621913661">15</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Jiang,Kun</author><author>Siahrostami,Samira</author><author>Zheng,Tingting</author><author>Hu,Yongfeng</author><author>Hwang,Sooyeon</author><author>Stavitski,Eli</author><author>Peng,Yande</author><author>Dynes,James</author><author>Gangishetty,Mahesh</author><author>Su,Dong</author><author>Attenkofer,Klaus</author><author>Wang,Haotian</author></authors></contributors><titles><title>IsolatedNiSingleAtomsinGrapheneNanosheetsforHigh-PerformanceCO2Reduction</title><secondary-title>Energy&EnvironmentalScience</secondary-title></titles><periodical><full-title>Energy&EnvironmentalScience</full-title></periodical><volume>11</volume><dates><year>2018</year><pub-dates><date>02/01</date></pub-dates></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1039/C7EE03245E</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[3]。（四）CO2的光电转化光电催化在广泛的太阳光谱驱动下在水分解方面显示出巨大潜力，但它仍处于初期阶段。近年来，在水性环境中进行CO2的光电化学转化变得很有吸引力，因为它可以使用可再生太阳能产生燃料或化学物质。与光催化和电催化相比，CO2的光电化学还原可以整合其优势，同时实现更高的催化效率和减少的电能输入ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Zhang</Author><Year>2018</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="20zzfvzplw5fsxewe2a5z05ysfxap90rssfe"timestamp="1621913673">16</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Zhang,Ning</author><author>Long,Ran</author><author>Gao,Chao</author><author>Xiong,Yujie</author></authors></contributors><titles><title>RecentprogressonadvanceddesignforphotoelectrochemicalreductionofCO2tofuels</title><secondary-title>ScienceChinaMaterials</secondary-title></titles><periodical><full-title>ScienceChinaMaterials</full-title></periodical><volume>61</volume><dates><year>2018</year><pub-dates><date>01/31</date></pub-dates></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1007/s40843-017-9151-y</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[4]。（五）CO2的光热转化CO2排放量增加（全球变暖）和化石燃料过度开采（能源危机）的背景下提出的，并随着对可再生能源（例如太阳能）的利用而发展。太阳能被转化并储存在CO2衍生产品中，这些产品可以作为一种活性“工作碳”用于供应基本化学品或作为我们日常生活中的替代能源。这种做法模仿了自然的光合作用过程，将提供一个人造的太阳能动力的“碳循环”概念ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2020</Year><RecNum>17</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="20zzfvzplw5fsxewe2a5z05ysfxap90rssfe"timestamp="1621913719">17</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,lu</author><author>Dong,Yuchan</author><author>Yan,Tingjiang</author><author>Hu,Zhixin</author><author>Jelle,Abdinoor</author><author>Meira,Débora</author><author>Duchesne,Paul</author><author>Loh,Joel</author><author>Qiu,Chenyue</author><author>Storey,Emily</author><author>Xu,Yangfan</author><author>Sun,Wei</author><author>Ghoussoub,Mireille</author><author>Kherani,Nazir</author><author>Helmy,Amr</author><author>Ozin,Geoffrey</author></authors></contributors><titles><title>BlackindiumoxideaphotothermalCO2hydrogenationcatalyst</title><secondary-title>NatureCommunications</secondary-title></titles><periodical><full-title>NatureCommunications</full-title></periodical><volume>11</volume><dates><year>2020</year><pub-dates><date>05/15</date></pub-dates></dates><urls></urls><electronic-resource-num>10.1038/s41467-020-16336-z</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[5]。另外，在光热CO2催化过程中反应温度较低，所以可以抑制副反应并改善催化剂的长期稳定性。二、稳步实现碳达峰、碳中和的战略路径（一）关注减排“关键”行业，制定分行业减排政策由于我国各个工业行业表现出不同的行业特征，因此行业间差异较大，无论是行业的能源消费量，又或是产生的二氧化碳排放量以及CO2减排成本都各有所异。因此，应该厘清各行业特征，根据各行业减排空间的大小，针对不同行业制定出“特定化”的减排方案，而不是对所有行业实行“一刀切”的减排政策。减排政策的制定尤其应该从“关键”行业入手规划详细的减排方案。在不考虑其他影响因素的前提下，选取的减排“关键”行业应该是CO2边际减排成本较低的行业，因为对这些行业而言，每降低1单位的二氧化碳排放量所需要付出的成本较少，故而可以在对经济影响较小的情况下实现减排目标。根笔者建议可以选择石油加工、化纤制造、烟草加工、黑色金属加工、电力生产供应等行业作为减排的“关键”行业。（二）转变低碳强度行业的能源消费结构鼓励太阳能、风能等清洁能源在低碳强度行业中的使用，提升清洁能源在能源消费总量中所占的比重，对于减小CO2边际减排成本以及减排目标的实现具有重要意义。那么应该如何转变低碳强度行业的能源消费结构？在具体措施方面，首先减少煤炭的消费比重，提高清洁能源的消费比重。在保障能源安全的前提下，可以拓展能源进口渠道，与多国建立天然气贸易协定。我国的能源禀赋呈现出“富煤、贫油、少气”的特征，因而决定了长期以来行业发展所需要的能源投入以煤炭消费为主体。煤炭燃烧产生的二氧化碳排放量高于石油和天然气燃烧产生的二氧化碳排放量，因此通过进口天然气，提高天然气在能源消费总量中所占的比例，可以在一定程度上改善能源消费结构，从而降低二氧化碳排放量。其次，通过技术创新，不仅可以实现传统能源的清洁高效利用以及新型清洁能源的深度开发利用，也可以促进产品升级、加快产品更新换代，提高行业产出、实现经济效益，降低行业碳强度、实