中国煤炭甲烷管控与减排潜力

甲烷是最主要的非二氧化碳温室气体,受到越来越多的重视。煤炭甲烷是我国最主要的甲烷排放源类型,我国也是世界煤炭甲烷排放量最大的国家,煤炭甲烷的有效排放管控与高效开发利用兼具温室气体减排、能源气体开发利用和灾害气体防治三重意义。基于系统调研和研究工作积累,概述了煤炭甲烷排放管控背景,总结了全球与代表性国家煤炭甲烷排放及其管控现状,阐释了我国煤炭甲烷开发利用与排放管控历程及发展趋势,讨论和前瞻了我国煤炭甲烷减排路径与减排潜力。已有研究工作表明:我国煤炭甲烷排放主要来自煤炭地下开采风排瓦斯,且较长时期内仍是我国煤炭甲烷的主要来源;随着我国关闭矿井增多,由此产生的关闭矿井甲烷排放量呈增长趋势,是我国煤炭甲烷不容忽视的来源。随着碳中和目标的提出,温室气体减排的政策导向逐渐成为我国煤炭甲烷排放管控的重点,明确了煤炭甲烷减排方向。我国煤炭甲烷排放管控形成了以煤层气勘探开发利用、煤矿瓦斯抽采利用、关闭/废弃矿井瓦斯抽采利用、乏风瓦斯利用等全浓度利用,煤炭采前、采中和采后全周期利用为特征的关键技术路径。我国煤炭甲烷排放管控面临巨大压力和严峻挑战,诸多政策、机制、技术问题亟待破解。突破复杂地质条件适配性煤层...     

CO2浓度梯度对两种岩溶微藻碳酸酐酶活性的影响

以经岩溶水驯化的小球藻（Chlorella vulgaris）和喜钙念珠藻(Nostoc calcicola Breb.)为实验对象,在封闭体系中用Willbur和 Anderson 方法比较研究两种不同微藻在不同CO2浓度下碳酸酐酶活性变化情况。结果表明:在低于3%CO2浓度的环境中岩溶微藻可通过快速调节自身碳酸酐酶活性来应对CO2升高带来的生境影响,在影响最大的2.5%的环境下小球藻与喜钙念珠藻碳酸酐酶活性分别提高了1.46倍和2.12倍;岩溶微藻应对CO2浓度增大带来的pH下降有着重要的恢复作用,随培养时间增长培养环境中的pH得到恢复;随着CO2浓度的增大,岩溶因子对碳酸酐酶有着重要的影响;培养48 h时Ca2+与喜钙念珠藻碳酸酐酶的相关性最高,而电导率（EC）与小球藻碳酸酐酶相关程度最高。      

煤炭地下气化：减排的有效之举

在大力发展低碳经济的当今,煤炭地下气化是关系到调整经济结构、提高能源利用效益、发展新兴产业、建设生态文明的一项具有长远意义的战略措施。中国矿业联合会研究员张以诚同志长期从事地矿新闻、地矿史和矿业城市研究,较早地关注煤炭地下气化问题,除做过许多调查研究外,还遍访专家和一些企事业单位领导,主持召开过专门的座谈会,所提＂打一场能源结构调整的‘新淮海战役’——试谈进一步加强煤炭地下气化＂以及＂把淮海经济区建成国家级煤炭地下气化试验区＂的建议,言之有物,值得有关部门和领导参考。     

双同位素示踪定量微藻对碳源利用份额的方法研究

2015年8月,在人工温室培养环境下,以蛋白核小球藻为实验材料,通过向培养液中添加两种标记δ13C的碳酸氢钠来培养微藻,每天定时监测培养液的无机碳稳定同位素组成和微藻生物量,并测定最终获得的微藻藻体的有机碳稳定同位素组成,运用双同位素示踪模型,通过无机碳稳定同位素和有机碳稳定同位素两种方法,分别成功计算出了微藻利用不同碳源的份额,实验结果分别为:添加5.0 mmol/L碳酸氢钠条件下是0.19、添加10.0 mmol/L条件下是0.37、而添加20.0 mmol/L条件下是0.57.并对这两种算法进行了分析.定量计算微藻对不同无机碳源的利用份额,在岩溶湖泊碳循环研究领域具有重要意义.     

油气藏埋存二氧化碳生物转化甲烷的机理和应用研究进展

埋存CO<,2>生物转化CH<,4>技术是利用油、气藏中内源微生物,以埋存的CO<,2>为底物,通过CO<,2>生物还原途径合成CH<,4>的生物技术.此技术因兼备CO<,2>减排的环保意义、生物合成CH<,4>的再生能源意义、延长油气藏寿命和潜在经济收益等优势有着广泛应用前景.CO<,2>的捕集、埋存和油气藏生物多样...     

水泥生产碳排放的产生环节及减排措施

在工业生产过程中,CO2的大量排放被认为是导致气候变暖的重要因素之一,因此控制和减少CO2排放已成为人类社会面临的紧迫任务。水泥工业是人为排放CO2的重要来源之一,这就意味着水泥工业会在一种不断增加的管理压力下减少CO2的排放量,以应对全球变暖的现状。水泥生产过程中CO2的直接排放和间接排放两大排放途径,直接排放主要包括碳酸盐分解,烧成燃料/非烧成燃料的燃烧。间接排放主要是指电力消耗所产生的CO2。针对碳的排放环节,有效可行的CO2减排措施,例如原料、燃料的替代,熟料化学成分的改变,能源效率的提高等,对我国水泥工业的碳减排提出一些建议和看法。     

微藻CO2同化过程的稳定碳同位素分馏值

研究微藻CO2同化过程中的碳同位素分馏值,对研究微藻在碳效应过程中的作用具有重要意义。目前还没有获取微藻CO2同化过程的稳定碳同位素分馏值的在体实验方法。文章以莱茵衣藻、蛋白核小球藻、及野外红枫湖混合藻三种岩溶湖泊微藻为例,利用双向标记建立了能在体获得此分馏值的方法,并通过此分馏值定量了微藻的各种无机碳利用途径份额。获得各自CO2同化过程中的碳同位素分馏值分别为15.3‰、14.8‰、21.7‰。三种藻分馏值差异主要与藻的种类及其细胞体积大小有关。利用此分馏值计算出衣藻、小球藻、混合藻自然培养下的碳酸氢根离子途径利用份额分别为100%、81.1%、97.8%,表明了生长在岩溶湖泊的微藻利用无机碳的途径主要为碳酸氢根离子。      

国际岩矿地球化学固碳技术研究进展

针对"全球变暖"问题, 为实现碳中和, 利用自然碳汇增速固碳的技术研发愈加受到国际社会的重视和增强的资金投入。地质增汇方案中, CO2的碳酸盐矿化固碳为通过矿物、岩石的化学风化反应, 将大气中CO2转化为碳酸盐矿物稳定封存。由于该方案在固碳后CO2返还回大气的风险小, 可达到永久固碳, 因此近年来国际上针对这一固碳方案开展了不少前瞻性研究和工业化运用。该类技术的实现及广泛运用面临的主要挑战和问题有如下几方面: 哪些地质过程可带来快速CO2的碳酸盐矿化, 如何人为利用相关的物理、化学因素以进一步增汇, 以及如若进行大规模工业化技术实施, 其可行性、安全性和成本将如何评估。首先简要归纳无机地质碳汇过程的岩石地球化学原理及控制矿物溶解、碳酸盐化反应速率的主要物理、化学因素; 随后在此理论基础上, 重点介绍地球化学固碳增汇技术的最新国际研究进展, 主要包括基性-超基性岩原位增温固碳技术和异地加速岩石化学风化固碳技术。当前国际上的此类地球化学矿化固碳增汇技术虽绝大多数仍处于探索阶段, 安全性、成本评估体系也尚未完善, 但该类方案的可用资源丰富, 具有巨大的固碳潜力, 而现有的方案也可随着能源结构的转型进一步降低成本。我国具备良好的地质条件, 本文希望国内同行能在这些国际研究进展的启发下, 根据我国国情研发创新性地质增汇工程, 充分挖掘我国的地质碳汇潜力, 解决国家对达成碳中和的紧迫需求, 服务我国2060年碳中和战略。     

我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全

《京都议定书》已于2005年生效,我国面临着CO2减排的巨大压力。分析了我国农业土壤有机碳库及其演变研究的现状,认为当前我国农业在耕地资源严重短缺、耕地地力趋于下降的背景下面临着2个巨大挑战：提高和稳定粮食生产能力与补偿日益增加的工业CO2排放。有机碳贫乏作为我国耕地土壤的基本特点,这一方面提供了我国较大的固碳空间,另一方面也体现了我国实施固碳农业的必要性和紧迫性。目前迫切需要了解我国农业土壤在最近20年来的碳库演变态势与规模,明确我国农业土壤的固碳潜力与容量,在国家层面上实施农业固碳稳产工程,以在农业可持续发展和争取国家CO2排放的较大配额上实现双嬴。      

微藻无机碳利用在岩石风化及碳循环过程中的作用

岩溶碳汇呈现两种不同观点：（1）岩溶碳汇巨大,其机理在于岩溶区藻类及光合细菌利用碳酸氢根离子（${\rm{HCO}}_3^{-}$）实现光合作用,从动力学上加速了岩溶风化过程,促进大气CO2的溶解。（2）岩溶区碳酸盐岩的风化作用,产生${\rm{HCO}}_3^{-}$,随后产生等量的阳离子在海洋中进行碳酸盐岩的沉积作用,这仅仅体现的是碳酸盐岩的搬运作用,不能体现碳汇,在长期尺度上仅仅有硅酸盐岩风化产生净碳汇。文章抓住岩石风化产生${\rm{HCO}}_3^{-}$与微藻光合作用利用${\rm{HCO}}_3^{-}$的耦合点,分析了典型代表性水生生物——微藻在无机碳利用上对岩石风化及碳汇的影响。从微藻光合无机碳利用机制以及光合作用关键性酶－碳酸酐酶（CA）作用两方面,论证了微藻生长对岩石风化及其碳汇的的促进作用;同时论述高pH、高${\rm{HCO}}_3^{-}$的风化环境对微藻生长影响。获得以下新认识：（1）微藻通过胞外碳酸酐酶（CAex） 利用了大量${\rm{HCO}}_3^{-}$,加速岩石风化,并促使风化朝着形成${\rm{HCO}}_3^{-}$的方向进行;（2）微藻加速钙镁硅酸盐岩风化,风化溶出的Ca2+、Mg2+会促使碳酸盐岩的沉积,因此微藻加速硅酸盐岩风化形成净碳汇;（3）长时间尺度下,单纯的碳酸盐岩化学风化并不能直接产生净碳汇,但微藻对${\rm{HCO}}_3^{-}$利用使得碳酸盐岩风化朝着${\rm{HCO}}_3^{-}$转化方向进行,微藻参与碳酸钙沉积作用的同时转化无机碳为惰性有机碳,产生碳汇。故微藻通过CAex的作用,催化加速${\rm{HCO}}_3^{-}$与CO2之间的转化,形成水体${\rm{HCO}}_3^{-}$消耗的动力基础,微藻无机碳利用对岩石风化具有促进作用,从而调节大气CO2、浓度变化。基于当前研究,提出三点展望：（1）开展岩溶区区域水体系统的岩石风化、水生生物碳汇评估成为解决当前区域碳收支不平衡问题的关键;（2）查明岩石风化作用中生物作用碳转化机理及转化量,解决单纯的水化学径流法计算岩石风化碳汇精度不够问题;（3）构建光合生物参与下的新的评估方法,评估当前岩石风化在水生生物、水循环作用下的碳汇的时间尺度问题,厘清岩石风化碳汇在碳收支中的贡献。     

煤吸附气体诱导的基质膨胀研究进展

煤层渗透率变化是注气提高煤层气采收率过程中最为关注的问题之一,而煤的吸附膨胀是造成渗透率伤害的主控因素。系统总结了国内外有关煤吸附膨胀的研究成果,发现争议较多,认为其主要原因在于对膨胀机理的认识深度不够及研究方法不一。相对于膨胀计法和应力计法,光学法观测煤膨胀效应的精度较高,建议尽量采用大块的煤样,以增强对煤储层的代表性。在煤膨胀机理的研究中,建议重点分析煤大分子结构固有的力学性质,及CO2对煤分子结构可能造成的影响。     

平顶山矿区影响煤层气含气量的地质因素研究

通过对研究区煤层气含气量的研究,揭示了影响研究区煤层气含气量的地质因素。沉积因素对煤层气有重要影响：煤层厚度与含气量之间的正相关关系;构造因素对含气量具有控制作用;水文地质因素有利于煤层气的保存。     

淮北煤田上石盒子组层序特征及煤层气评价

淮北煤田煤层气勘探与开发工作尚处于起步阶段。应用层序地层学原理,评价煤田的生、储、盖组合条件,对于指导煤层气的勘探与开发具有实际意义。本文在原来常规的沉积相分析基础上,利用钻孔测井资料,重点对3号煤段的层序地层格架进行了研究,指出K3砂岩为好的储气层,具有煤层气开发前景。     

江苏南部地区煤层气资源

根据江苏南部地区二叠系龙潭组煤系的分布和规模、煤矿瓦斯涌出特征、煤的产气能力、煤层的储集条件等煤层气地质条件综合研究工作，认为该区煤层气资源存在一定的勘探开发前景，对各典型含煤区块煤层气综合评价出有远景区（A类）、较有远景区（B类）和远景差区（C类）。     

Flue gas and pure CO2 sorption properties of coal: A comparative study

Presently many research projects focus on the reduction of anthropogenic CO₂ emissions. It is intended to apply underground storage techniques such as flue gas injection in unminable coal seams. In this context, an experimental study has been performed on the adsorption of pure CO₂ and preferential sorption behavior of flue gas. A coal sample from the Silesian Basin in Poland (0.68% V Rr), measured in the dry and wet state at 353 K has been chosen for this approach. The flue gas used was a custom class industrial flue gas with 10.9% of CO₂, 0.01% of CO, 9% of H₂, 3.01% of CH₄, 3.0% of O₂, 0.106% of SO₂ and nitrogen as balance.Adsorption isotherms of CO₂ and flue gas were measured upto a maximum of 11 MPa using a volumetric method. Total excess sorption capacities for CO₂ on dry and wet Silesia coal ranged between 1.9 and 1.3 mmol/g, respectively. Flue gas sorption capacities on dry and wet Silesia coal were much lower and ranged between 0.45 and 0.2 mmol/g, respectively, at pressures of 8 MPa. The low sorption capacity of wet coal has resulted from water occupying some of the more active adsorption sites and hence reducing the heterogeneity of adsorption sites relative to that of dry coal. Desorption tests with flue gas were conducted to study the degree of preferential sorption of the individual components. These experiments indicate that CO₂ is by far the prefered sorbing component under both wet and dry conditions. This is followed by CH₄. N₂ adsorbs very little on the coal in the presence of CO₂ and CH₄. It is also observed that the adsorption of CO₂ onto coal is not significantly hindered by the addition of other gases, other than dilution effect of the pressure.In addition to the sorption experiments, the density of the flue gas mixture has been determined up to 18 MPa at 318 K. A very good precision of these measurements were documented by volumetric methods.     

徐州王庄煤矿7煤瓦斯赋存时空规律研究

该文在分析江苏徐州王庄煤矿山西组7煤层瓦斯赋存的控制条件的基础上,通过对煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度、顶板20 m含泥率及煤厚的相关性进行多元线性回归,研究了煤层瓦斯含量分布规律。又根据瓦斯地质数学模型法计算公式,得到了该煤矿回采工作面的瓦斯涌出量预测结果;并对矿井煤与瓦斯突出危险性区域进行预测。     

鲍店煤矿瓦斯涌出规律分析

利用构造学、沉积学、数学模型分析等方法,简要分析了鲍店煤矿基本地质条件及影响瓦斯赋存的不同因素,论述了研究区影响瓦斯的主要地质因素,包括地质构造、煤层顶板岩性和上覆基岩厚度。总结了鲍店煤矿瓦斯涌出规侓,认为该井田瓦斯涌出量东北部偏高,西南部较低。     

卫星遥感探测大气CO2浓度研究最新进展

大气CO₂是一种重要的长寿命温室气体,卫星遥感探测大气CO₂浓度,可以连续地获得其全球时空分布变化情况,进而提高对大气CO₂源汇分布及区域和全球碳循环的认识,进一步增强对全球气候变化的研究和预测。卫星遥感探测大气CO₂浓度已经开始成为一个新的研究领域,文章综合论述了利用卫星平台遥感探测大气CO₂浓度分布的最新研究状况。首先简单地叙述了现阶段对大气CO₂浓度时空分布和变化情况的直接仪器观测结果,在此基础上比较全面地综述了卫星遥感测量大气CO₂浓度的主要方法及获得的结果,包括利用近红外反射太阳光谱或地气热红外发射辐射光谱及两者的组合进行得模拟和卫星实测反演研究,最后简单地进行了总结和展望。     

Progress of Tracing Fossil Fuel CO2 by Radiocarbon in Chinese Cities

The main cause of increase in atmospheric CO₂ concentration is the carbon emissions from fossil fuel combustions and so on. Cities are regarded as the hot spots of carbon emissions. On the basis of obtaining the levels and spatial-temporal variation characteristics of atmospheric fossil fuel CO₂ （CO_2ff）， we can provide scientific data for government policy-making and international negotiations on carbon reductions. In the recent ten years， some important progresses have been achieved in the study of tracing urban atmospheric CO_2ff using ¹⁴C by Chinese scientists. The variation characteristics of urban CO_2ff at different temporal and spatial scales were obtained through the analysis of ¹⁴C in air， tree ring and annual plant samples. Our results show that the northern cities are the key points to reduce carbon emissions， and that the CO_2ff emissions can be reduced simultaneously by controlling atmospheric pollutant emissions， indicating a synergistic emission reduction. It was found that CO_2ff in Xi'an was mainly from local coal-burning emissions with the use of improved WRF-CHEM model and δ¹³C. Finally， the yearly CO_2ff traced by tree-ring ¹⁴C in Xi'an showed similar trends and amplitudes with the statistical data of carbon emissions， which indicates that the ¹⁴C tracing method and statistical method can be mutually validated to ensure the reliability of the data. In order to promote the ¹⁴C trace study to serve the national carbon emission reduction task， we suggest that the urban atmospheric Δ¹⁴CO₂ observation network should be established as soon as possible， and that this study should be enhanced with more scientists involved in it and more financial resources to support it.