废弃混凝土再生原理与再生混凝土基本问题

从混凝土的历史沿革入手,本文首先阐述了砂石骨料与胶凝材料经科学设计实现原料到产品的制备合成原理;而后针对服役后废弃混凝土的分离、分解和分级,剖析了混凝土再生的路径与原则,揭示了废弃混凝土加工成再生骨料和再生粉料演变机理;进一步分析了再生原料制备新混凝土面临的基本问题以及多尺度性能改善机制,并对比传统与现代配合比设计方法,提出了基于机器学习的再生混凝土设计与制备模式,提炼了再生混凝土性能设计与应用的三方面准则.最后,围绕全再生骨料混凝土、碱激发再生骨料混凝土和3D打印再生混凝土等技术,对再生混凝土的创新与未来发展提出了建议.本文旨在充分发挥废弃混凝土的资源化再利用价值与低碳潜力,构建混凝土循环再生新范式,助力建筑业绿色低碳转型.     

微矿分离:煤炭清洁化与土壤改良的新契机

报道一种新型的矿物分离技术.该技术集成了磨矿、分离、颗粒级配和土壤改良技术,是结合微纳米科学与材料加工技术等开发的一种多学科交叉的能源化工创新性技术.利用此技术可以高效地选择性脱除含碳材料源中的微量元素及矿物质,制备出清洁固体燃料(clean solid fuel, CSF)、清洁类液体燃料(pseudo liquid fuel, PLF)以及土壤改良矿物质(soil remediation minerals, SRM),简称为微矿分离(RMS)技术.该技术主要包括4个工艺步骤:(1)基于矿物嵌布形态解构,采用流体磨实现碳质组分与无机组分的高效解离;(2)采用颗粒表面改性、多相流界面调控及专用助剂等将碳质颗粒和无机颗粒高效分离;(3)分离之后形成的碳质颗粒流,脱水制成CSF,或者进入PLF制备单元,同时无机颗粒流经脱水制成SRM;(4)采用多峰级配将碳质颗粒制成高浓度PLF. RMS工艺技术经小试和工业放大试验,已完成工业放大验证,可燃体回收率大于80%的同时CSF灰分小于7%. SRM制成的天然矿物质肥料和土壤改良剂,可有效缓解表土流失问题,提高植被及作物产量,通过植物及土壤增量固碳,进而达到碳中和目的.RMS技术可生产低成本的清洁燃料并可实现煤基固废的资源化利用,为煤炭的高效清洁化利用和CO2减排提供了可靠的途径.     

天然气耦合煤炭的低碳能源系统:中国向低碳能源过渡时期的解决方案?

基于我国向低碳能源过渡时期所面临的以高碳能源为主的能源结构与绿色、低碳发展迫切需求之间的巨大矛盾,本文根据绿色碳科学的概念,提出了"天然气耦合煤炭的低碳能源系统"的设想,即根据我国煤层气、页岩气、致密气等天然气资源和煤炭资源地理分布的一致性,就地利用低碳高氢的天然气与高碳低氢的煤炭耦合制合成气,取消水煤气变换装置,提高系统的碳效和能效,使得碳氧化生成CO2反应发生于能源使用过程而非能源工业自身,最终实现二氧化碳的减排,使其成为近期我国向低碳能源过渡时期最有可能实现的低碳能源战略解决方案.在此基础上,构建了集成煤-天然气制油系统(CGTL)、集成煤-天然气制甲醇-MTG制汽油系统(CGTG)和集成微藻生物质-煤-天然气制油系统(BCGTL),并对其进行相应技术评价.     

二氧化碳化学:碳捕集、活化与资源化

正国际能源署宣称,如不部署碳捕集与封存(CCUS),几乎不可能实现净零排放.据报道, 2050年, CO_2化学利用潜力约为每年3～6亿吨CO_2用于能源载体和燃料;资源化利用总规模为10～42亿吨.对工业CO_2利用途径的生命周期分析表明,CO_2化学利用减排潜力显著.例如,聚碳酸酯多元醇生产过程中,     

我国典型区域二氧化碳和细颗粒物精细化协同减排路径

随着碳达峰、碳中和目标的提出,我国环境保护进入减污降碳协同治理新阶段.目前研究主要探寻空气质量政策或气候政策对二氧化碳和细颗粒物的减排效益.而从二氧化碳和细颗粒物排放终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素等角度出发,来探究我国典型区域协同减排路径精细化方法的研究则鲜见报道.本研究基于2000～2020年我国京津冀、长江三角洲、珠江三角洲典型区域能源消耗数据,首先探明了3个典型区域二氧化碳和细颗粒物终端能源消费的重点排放行业均为工业;并进一步甄别了终端能源消费重点行业中PM_2.5排放主要能源为煤类能源,而CO₂排放主要能源由煤类能源逐渐转向煤、气类能源,但煤类仍为主导地位;随后使用因素分解模型解析了能源强度、技术进步等主导因素对单位国内生产总值的二氧化碳以及细颗粒物的影响效应;最终利用能源-环境核算预测模型,基于上述研究识别的终端能源消费重点行业、主要能源以及主导因素进行情景分析,旨在判断典型区域不同情景下碳达峰情况,进而寻找协同减排最优路径.结果发现,“技术进步”因素在前期减排效果最好;“能效提升”因素的减排效果在长时期碳污协同减排将起到...     

抑制全球变暖新思路

为了阻止全球变暇灾难的发生,我们在进行碳排放收费的同时,必须推广低碳排放技术的应用,加大对碳捕获与埋存技术、混合电动汽车和太阳能发电技术的研发力度,以及完善与之配套的政策创新-- 亟需政策创新 气候变化所带来的挑战不仅在于技术层面，与之配套的政策制定也尤为重要。     

硅锗分子筛限域亚铂团簇高效催化丙烷脱氢反应

<正>我国丙烷储量丰富,但丙烷大多采用燃烧供能的方式来使用,这极大地降低了其利用价值.在“双碳”背景下,将丙烷转化为高附加值化学品是提高丙烷利用效率、实现碳基能源高效利用的关键技术之一.在丙烷衍生出的产品中,丙烯可用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷和尼龙66等高附加值产品.对丙烯需求的不断上升以及页岩气转化而产生的丙烷为丙烷脱氢技术的发展带来了新机遇.     

太阳能热化学循环制氢研究进展

太阳能热化学制氢被认为是能源可持续利用最具潜力的途径之一,对推进“碳达峰、碳中和”目标的实现,缓解能源与环境危机具有重大的战略意义.直接热解水虽能实现近零碳排放制氢,然而超高的反应温度以及氢、氧产物分离难等问题,使之难以应用于规模化产氢.太阳能热化学循环间接分解水制氢,通过载氧材料循环来降低直接热解水温度,并实现氢、氧产物分步分离,将间歇、波动、能流密度低的太阳能转化为稳定、高密度的氢气化学能,受到广泛的关注和研究.然而,受限于太阳能热化学循环制氢存在的温度高、效率低、经济性差等诸多瓶颈问题,当前研究仍停留在理论分析与实验研究阶段,阻碍着该项技术的进一步发展.本文围绕太阳能热化学循环制氢,综述了不同循环体系的发展历程及重要进展,并对热化学循环所面临的主要挑战进行了讨论与建议,以期为太阳能热化学循环的研究和发展提供新见解与新思路,为太阳能燃料的高效、稳定、安全以及大规模生产奠定基础.     

“双碳”目标下我国能源电力系统发展前景

<正>习近平主席于2020年9月代表中国宣布应对气候变化的“双碳”目标, 2021年3月部署了“构建清洁低碳安全高效的能源体系”“构建新型电力系统”的“十四五”重点工作任务^[1],并相继出台了多项相关政策要求^[2～4],明确了我国能源电力转型的实施路径. 2022年10月,中国共产党第二十次全国代表大会报告进一步提出“积极稳妥推进碳达峰碳中和.     

珠江三角洲城市群城市碳排放动态模拟与碳达峰

城市是减缓气候变化和实现碳达峰与碳中和目标的关键主体,开展城市碳排放多情景研究与碳达峰研究能为城市碳达峰行动方案的制定提供科学依据.本文基于蒙特卡罗法,为模拟碳排放不确定性演化和愈发注重城市碳减排,调整了不同时间段和不同碳排放情景的概率,同时结合多情景分析、Mann-Kendall趋势检验、Theil-Sen’s趋势斜率估计等方法,动态模拟2021～2035年珠江三角洲(以下简称珠三角)城市群的碳排放量并分析了2006～2035年碳排放的演化路径、碳达峰与碳减排潜力,丰富了后新冠肺炎疫情时期城市碳排放的相关情景研究.结果表明:(1)动态模拟显示珠三角城市群于2020年显著碳达峰, 2035年碳排放量减少至24885万～27006万t,碳强度较2006年降低84.18%～85.21%;相较于基准情景,动态模拟下珠三角城市群2021～2035年累计碳减排潜力为-8168万～12825万t,碳减排潜力有66.79%的概率为正,即较基准情景进一步减排,其中2744万t的概率最大;(2)深圳、珠海、惠州和东莞属于倒“U”型演化的碳达峰类城市,均不晚于2020年碳达峰, 2006～2035年特别是...     

基于过渡金属大环分子的电化学二氧化碳还原研究进展

利用电化学方法还原二氧化碳(CO₂RR)制备高附加值化学品是实现碳中和的重要途径.开发具有低成本、高性能的电催化剂是该技术发展的核心关键.在众多CO₂还原候选材料中,过渡金属卟啉、酞菁等大环分子化合物因具有结构明确和功能可调等特点,在实现高效CO₂RR催化性能和探究结构-性能内在关系等方面表现出良好的发展潜力.基于此,本文总结了过渡金属大环分子催化剂电化学CO₂还原制备碳一(C₁)产物的最新研究进展.首先,重点讨论了不同改性策略及电解池设计对于生成一氧化碳的选择性、稳定性、单位催化活性以及电流密度等性能的影响.随后,探讨了分子催化剂在生成甲醇和甲烷等多电子还原产物的催化潜力.最后,聚焦该材料体系在实际应用中面临的关键挑战,对该领域未来的研究发展方向进行了讨论与展望.     

面向碳中和的高温熔盐电化学技术

高温熔盐电化学反应具有反应动力学快、选择性好的优点,可用于能源存储与转换、金属材料的提取和纯化、二氧化碳的捕集和转化利用、退役金属材料的循环利用等领域,利用清洁电能驱动的高温熔盐电解技术可实现从源头、过程和末端全流程降碳减排.本文简要回顾了近20年来武汉大学在高温熔盐电化学方向的主要研究工作,包括熔盐电解固态化合物冶金(低碳提取)、熔盐捕集-电解转化CO₂(碳捕集与转化)、熔盐电化学制备功能材料(材料低碳制备)、熔盐电解回收能源金属材料(低碳绿色循环)和高温电解器关键材料(析氧阳极),形成了固态化合物还原反应动力学“三相界线”理论,丰富了高温惰性合金析氧阳极选材数据库,揭示了阳极氧化膜稳定服役机制,发明了熔盐电化学阳极氧化冶金新方法,提出了“熔盐电解质酸碱性-电极反应调控”新策略,并为新能源产业可持续发展所需的“前端原材料清洁提取”和“末端退役能源材料回收利用”提供新方法和新技术.以此为线索,评述了面向碳中和的高温熔盐电化学所面临的机遇与挑战,讨论了高温熔盐电解基础理论和应用技术的发展趋势,展望了清洁电能驱动的熔盐电解技术在实现碳达峰、碳中和目标中的潜在贡献.     

多学科融合共促碳达峰与碳中和

<正>实现碳达峰碳中和(简称“双碳”),是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策.党的二十大报告明确提出,要积极稳妥推进碳达峰碳中和,深入推进能源革命,加快规划建设新型能源体系,推动能源清洁低碳高效利用,确保能源安全,提升生态系统碳汇能力,加快发展方式绿色转型.     

第三代生物炼制的挑战与机遇

化学品和燃料的可持续生产以及缓解温室效应是目前人类面临的两大挑战.传统生物炼制技术可进行石化产品的替代生产,且绿色低碳;然而有些人类活动不可避免地产生碳排放,为了实现碳中和目标,迫切需要发展负排放技术以抵消这些排放.近年来,可直接将二氧化碳转化为燃料和化学品的第三代生物炼制技术为我们塑造低碳经济、实现碳中和提供了一个良好的解决方案.本文首先介绍固定二氧化碳的不同天然途径,随后概述可用于基于合成生物学理念设计的不同人工固碳途径;接着,讨论固碳途径能量的来源,特别强调非生物过程辅助的新型能量供给方式;随后,列举第三代生物炼制的生产实例,并讨论其在工业应用过程中值得注意的问题;最后,展望第三代生物炼制的主要优势和面临的挑战,并对未来的研究方向进行讨论.     

直面垃圾——赵由才教授团队城市生活垃圾研究项目侧记

<正>项目名称:生活垃圾能源化与资源化关键技术及应用主要完成人:赵由才、陈泽智、赵爱华等完成单位:同济大学、南京大学、上海市环境工程设计科学研究院有限公司、中国环境科学研究院等所获奖项:2013年国家科技进步奖二等奖项目简介:本项目系统地研发与应用了生活垃圾源头减量与废品回收、卫生填埋与填埋气利用以及焚烧发电、二次污染控制关键技术,使卫生填埋和炉排焚烧发电逐步成为我国生活垃圾大规模、快速消纳处置的两大主流技术。     

关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域. 本文回顾了中国土壤碳库估算的研究成果, 分析了我国土壤碳库在气候变化下的演变态势, 并探讨了土壤有机碳矿化与温室气体的释放问题. 整合已有的研究资料, 可以认为中国土壤总有机碳库接近90 Pg, 无机碳库约为60 Pg, 农田土壤已有的固碳速率在20~25 Tg/a 水平. 农田土壤固碳的理论容量可以达到2.0 Pg 水平, 但农业技术的实施能够实现的技术潜力可能仅为理论潜力的1/3 左右. 因此, 改善土壤管理和农田经营机制可能是提高土壤固碳技术潜力的关键.土壤固碳中有机碳积累并不表现出分解的敏感性, 固碳显得有利于提高农田生产力和改善生态系统功能, 一些农田综合温室气体排放的生命周期评价的案例研究反而显示有机质积累下农业生产的碳排放强度没有提高甚而降低. 未来中国土壤碳库研究的重点发展方向在于: (1)以流域为尺度和地球表层系统为对象的系统固碳与碳汇研究; (2) 生态系统土壤碳固定与稳定机制, 特别是土壤固碳与生产力和生态服务功能的协同机理和多界面过程. 中国土壤碳科学将面临多学科集成和多目标服务的新发展机遇.     

油裂解生气是海相气源灶高效成气的重要途径

干酪根晚期生气潜力和原油裂解气的问题关系到海相高-过成熟地区天然气的来源和勘探前景. 用高磁场固体₁₃C核磁共振技术研究不同类型和演化程度干酪根的结构和油气潜力碳含量, Ⅰ~Ⅲ型干酪根在高-过成熟阶段气潜力碳含量均较低, 表明生气潜力较小, 生气数量有限; 而低成熟Ⅰ型干酪根油潜力碳含量较高, 表明在生油窗阶段大量生油, 为后期发生油裂解生气奠定了物质基础. 原油生气动力学实验表明, 在160℃左右(Ro=1.6%)原油才开始大量裂解形成天然气, 主生气期晚于干酪根的, 但生气数量是干酪根的2~4倍, 这种成因天然气富含甲基环己烷, 具有不同于干酪根晚期热降解气的特征.     

储热技术研究进展与趋势

储热最大的潜力就在于解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题.储热技术的开发和利用能够有效提高能源综合利用水平,对太阳能热利用、电网调峰、工业节能和余热回收、建筑节能等领域都具有重要的应用价值.近年来,储热在基础研究和技术应用方面均受到了极大的关注.本文首先利用Thomson Reuters公司的检索平台Web of Science对显热、潜热及热化学3大类储热技术从2000~2015年的研究趋势进行统计,分析的结果显示在基础研究方面潜热储热是当前最受关注的储热技术,热化学储热的关注度居中,显热储热的关注度最小,这主要取决于3种储热技术的成熟度.其次,在广泛总结前人研究成果的基础上,对比了3类储热的主要技术特色,诸如储能密度、储能规模、储能周期、储能成本、优缺点、未来研究重点等,并指出各储热技术应用领域的选择与拓展应充分考虑其各自的技术特色.最后,对储热技术的最新进展进行重点分析,主要包括近5年来出现的以储热瓷与类离子液体为代表的潜热储热技术、钙基高温热化学储热技术、以及混合储热技术,详细阐述了这些储热技术的原理与发展潜力,旨在为新型储热系统的研究与应用提供详实的参考.     

氧化塘污泥的处置利用

论述了氧化塘污泥农用资源的处置方法,提出有机肥料市场的发展现状,并探讨了氧化塘污泥资源化存在的问题及发展前景.     

VOD法冶炼铁素体不锈钢的碳氮控制

文章介绍太钢第二炼钢厂利用K-OBM-S-VOD法生产超低碳铁素体不锈钢工艺特点,并对此类钢中409L型铁素体不锈钢在VOD法冶炼过程中的碳氮控制进行了总结研究.