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温室气体排放

温室气体排放,造成温室效应,使全球气温上升。地球在吸收太阳辐射的同时,本身也向外层空间辐射热量,其热辐射以3~30μm的长波红外线为主。当这样的长波辐射进入大气层时,易被某些分子量较大、极性较强的气体分子所吸收。由于红外线的能量较低,不足以导致分子键能的断裂,因此气体分子吸收红外线辐射后没有化学反应发生,而只是阻挡热量自地球向外逃逸,相当于地球和外层空间的一个绝热层,即 “温室” 的作用。大气中某些微量组分对地球长波辐射吸收作用使近地面热量得以保持,从而导致全球气温升高的现象被称为温室效应。

由于人类活动或者自然形成的温室气体,如:水汽(H2O)、氟利昂、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)、臭氧(O3)、氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫等的排放。

温室气体排放来源多为世界重工业发展产生,温室气体一旦超出大气标准,便会造成温室效应,使全球气温上升,威胁人类生存。因此,控制温室气体排放已成为全人类面临的一个主要问题。

例如2009年年末在哥本哈根展开的全球气候会议,就是全球达成控制温室气体排放限制的一个世界性大会。

导致温室效应的大气微量组分被称为温室气体。H2O和大气中早已存在的CO2是天然的温室气体。正是在它们的作用下,才形成了对地球生物最适宜的环境温度,从而使得生命能够在地球上生存和繁衍,假如没有大气层和这些天然的温室气体,地球的表面温度将比现在低33℃,人类和大多数动植物将面临生存危机。全球气候变暖的主要原因是由于人类在自身发展过程中对能源的过度使用和自然资源的过度开发,造成大气中温室气体的浓度以极快的速度增长所致。这些温室气体有二氧化碳、甲烷、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫等六类。表1给出了人类活动对一些温室气体变化的影响。

表1 人为活动对一些温室气体变化的影响

① CO2、CH4、N2O的增长速率是以1984年为基础计算的,而CFC-11和HCFC-22是以1990年为基础计算的。 [1]

全球变暖已成为制约人类经济社会可持续发展的重要障碍,控制污染物和温室气体排放是我们需要高度重视的。奥运场馆在节能减排方面的成功给了我们很大的信心,只要我们高度重视,发展替代煤炭电力的新能源,从理论上到实践中都是可行的。2005年,我国发电量就超过了5亿千瓦时。但是,中国发电的80%是以燃煤为主的。从中国能源利用现状中就不难看出,地球升高的气温是人类用煤炭“烧”热的。因此,欲削减二氧化碳排放,减少煤炭、天然气等不可再生资源利用才是硬道理。为此,应充分开发利用新能源,如太阳能、风能、生物质能、氢能、潮汐能、水能(小水电)等,多管齐下,将温室气体封杀在源头。先来看生物质能利用的例子。2008年1月,全球最大的蒙牛生物质能沼气发电厂在呼和浩特市正式向国家电网并网供电。这个总投资4500万元的生物质能电厂,利用的是养殖场牛粪经厌氧发酵产生的甲烷气。甲烷与天然气成分基本一致,过去作为温室气体在养殖过程中释放到大气中去了。养殖场粪便污染也是养殖业的“老大难”问题,生物质电厂的运转将上述问题一揽子解决了,并带来可观的经济效益和环境效益。蒙牛年发电量1000万度,直接进入国家电网,年可减排二氧化碳约2.5万吨。作为电力产品的副产品,该电厂还年产余热650万兆焦、有机肥1.3万吨、沼气液17万吨。如果充分利用有机肥和沼渣、沼液还田并替代化肥,还可减少相当数量的温室气体排放,减少化肥工业污染,保护生态环境。 [2]

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的统计,全球化学工业每年使用二氧化碳约为1.15亿吨,将二氧化碳作为各种合成工艺过程的原来。而因人类活动主要是燃烧化石燃料,引起的每年全球二氧化碳变化约为237亿吨。

如今大气中的二氧化碳水平比过去65万年高了27%。工业革命时代开始大量燃烧煤炭,二氧化碳开始上升。近几十年来越来越多的国家走向工业化,道路上的汽车也越来越多,人类造成气候变化所需时间要比气候系统的自然变化周期短得多。尽管火山爆发会释放二氧化碳和其他气体,地球自转轴和轨道的微小变化会对地球表面温度造成重大影响,但仍然无法与现在正持续加速的人类活动相比。

由于使用化石燃料增多,使对流层臭氧量增多,若不在作出改变这将使2100年农作物的产量下降40%。如果不加以控制,受温度和二氧化碳上升的影响,使全球平均臭氧到2100年还会增加50%,这将使植物生长带来无法预计的影响。

国际能源局(IEA)报告到2030年全球温室气体排放将比现在增加57%。这将使地球表面温度提高3℃,如果中国或印度继续坚持发展以煤为主要能用,温度则要上升6℃。因温度上升已引起阿尔卑斯山脉地区的冰川积雪和冰层覆盖快速下降,使北极海上冰层范围减少,引起西伯利亚和加拿大永久冻土解冻。

温室气体排放导致全球平均气温上升,引发冰盖融化、极端天气、干旱和海平面上升,这种全球性影响将会危及人类生命和生活。据估计,每年有500万人死于由气候变化及碳过度排放引起的空气污染、饥荒和疾病。如果当前的化石燃料消费模式不发生改变,到2030年死亡人数将会上升到600万人。其中超过90%发生在发展中国家。该报告评估了气候变化在2010年到2030年间对人类和经济产生的影响。 [3]

CO2对温室效应的贡献达60%。自1750~1994年,大气中的CO2体积分数已从2.80×10-4(280ppm) 上升到3.58×10-4(358ppm),2000年更达到3.68×10-4(368ppm)。由于CO2在大气中的寿命长达50~200a,即使CO2的排放能维持在现有水平上,它的浓度在22世纪仍将翻一翻。如果人类对CO2的排放不采取有效的控制措施,预测在今后100年内,全球气温将提高1.4 ~ 5.8℃,海平面将继续上升88cm。因此,1997年通过的 《 〈联合国气候变化框架公约〉 京都议定书》要求: 发达国家排放的六种温室气体,要比1990年减少5.2%;到2008~2012年期间,与 1990年相比,欧盟平均削减8%,美国削减7%,日本、加拿大削减6%,东欧各国削减5%~8%,新西兰、俄罗斯、乌克兰0%,澳大利亚增长8%,冰岛增长10%。我国作为一个发展中国家,《京都议定书》对中国没有规定温室气体排放减排的义务。

六种温室气体中,CO2在大气中的含量最高,所以它成为削减与控制的重点。但是,其它几种温室气体的作用也不可低估。为了评价各种温室气体对气候变化影响的相对能力,人们采用了一个被称为 “全球变暖潜势” (global warming potential,GWP) 的参数。

表2 部分温室气体的全球变暖潜在趋势

(a)

所谓“辐射强迫”是指由于大气中某种因素(如温室气体浓度、气溶胶水平等)的改变引起的对流层顶向下的净辐射通量的变化(单位为W/m2)。如果有辐射强迫存在,地球大气系统将通过调整温度来达到新的能量平衡,从而导致地球温度的上升或下降。表2列出了部分温室气体的全球变暖潜在趋势。 [1]

世界银行发布报告,2003年全球二氧化碳排放已比1990年高出16%,1960年时, 低中收入国家仅占世界排放量1/3,而现在中国在1990~2003年间排放总量增加73%,印度排放总量增加88%,美国和日本排放总量增加20%和15%,欧盟国家排放总量仅增加3%。因此排放主要来自于工业化国家和快速发展中国家,在中国和印度,化石燃料用于发电占世界发电量66%;在中东,化石燃料用于发电占93%,东亚和南亚占82%,拉美和加勒比海地区占38%。

发展中国家,温室气体还主要来自于农业和土地使用及森林砍伐,世界银行及英国政府2007年发布报告,森林砍伐使印度尼西亚成为仅次于美国和中国的世界第三大排放国。1990~2005年间,在低收入国家砍伐森林近4.5万平方公里。

美国科学院于2007年下旬发布的研究报告显示,2000~2004年间世界二氧化碳排放的增加速率是上世纪90年代的近三倍。增加速率加大主要由于经济活动的能力密度增大,以及能力体系的碳密度增大,同时,由于人口增多,人均DDP增大也是造成这一问题的原因之一。2000~2004年间,发展中国家占总排放量约为40%,2004年全球排放增长的73%来自于发展中国家和少数发达经济体,上述占世界人口80%,同年,发达国家占总排放量约为60%,这些国家自工业革命起至今占了积累排放量的77%。


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