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...     

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。      

微藻矿化去除Pb2+的研究

藻类作为水体中的初级生产力,通过生物积累、生物矿化等生理功能与环境中的重金属相互作用、对重金属地球生 物化学循环起到关键作用。为了探讨藻类生物矿化去除水体中重金属的现象,文中研究了淡水微藻FZUL-321对Pb2+的去除 及矿化。结果表明：微藻FZUL-321对Pb2+有较强的去除能力,且是一个快速去除的过程。随着Pb2+浓度增大,该微藻对Pb2+ 的去除效果也增大。在弱酸性条件下（pH5.0）,其去除Pb2+的效果较好。如在Pb2+初始浓度为100mg/L,pH5.0,去除时间 为40min,此时Pb2+的去除量为423.2×10-3干重。原子力显微镜（AFM）对细胞表面的形貌进行观察,发现微藻FZUL-321与 Pb2+作用后,细胞形貌和尺寸变化较大,如细胞褶皱并塌陷,细胞表面变得粗糙等。傅里叶红外光谱（FT-IR）结果表明藻 细胞表面的羧基、氨基和磷酸基团等官能团参与前期Pb2+的吸附沉淀。最终,通过一系列生化作用,微藻FZUL-321将离子 态的Pb2+矿化,X射线衍射（XRD）分析显示,矿化产物为Pb5(PO4)3OH。     

微藻及其碳酸酐酶对石灰岩土壤系统中钙元素迁移的驱动作用实验研究

本文以微藻(莱茵衣藻)为材料,通过室内模拟石灰岩土壤系统,对接种微藻的土柱进行不同淋滤条件的处理,系统监测了淋出液的电导率、Ca2+浓度和碳酸酐酶的活性。结果表明,以双蒸水进行淋滤的土柱,Ca2+总淋出量在24 d时仅为以微藻培养液进行淋滤土柱的11.9%,且淋出液碳酸酐酶的平均活性与Ca2+总淋出量间有较好的相关性,说明微藻及其碳酸酐酶对石灰岩土壤系统中的Ca元素迁移有较强的驱动作用。本文的研究结果为探讨藻类碳酸酐酶在岩溶发育中的作用提供了一定的科学依据,进一步深入研究将有助于弄清藻类及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的作用。     

中国煤炭地质研究取得的重大进展与今后的主要研究方向

国务院关于加强地质工作决定发布以来,中国煤炭地质勘查技术研究与找矿取得了重大成就,保障了国家对能源资源的需求。但当前符合科学绿色开发的煤炭产能比例仍然偏低,在开发条件较好、已经逐渐成为煤炭主力产区的西部地区,水资源破坏和地表生态损伤严重仍制约着西部煤炭资源的绿色开发。煤炭利用面临着大气污染控制、温室气体减排和生态环境保护的多重压力。煤炭地质科学研究仍然存在着8个方面的研究重点亟待提升。     

山西省废弃矿井煤层气地面钻井开发关键问题与对策

随着我国煤炭去产能政策的有力实施,一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃.废弃矿井仍赋存着大量的煤层气资源,其开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措.基于山西省煤基重点科技攻关(煤层气产业链)项目相关研究,系统阐述了废弃矿井煤层气开发面临着资源量评...     

碳酸酐酶胞外酶影响下的岩溶湖泊微藻碳汇研究

以岩溶湖泊——红枫湖的微藻为研究对象,通过添加两种标记稳定碳同位素组成的无机碳进行室内模拟岩溶环境条件;并通过添加不同浓度的乙酰唑胺（AZ）,来模拟岩溶湖泊中碳酸酐酶胞外酶活性差异的各类微藻。重点监测微藻蛋白质含量及其稳定碳同位素组成变化等指标,计算其对不同来源无机碳的吸收利用份额,并结合微藻的生物量生长指标,最终计算出碳酸酐酶胞外酶活性差异的各种微藻的碳汇能力。结果显示:在岩溶湖泊的自然水体中,碳酸酐酶胞外酶活性强的微藻碳汇能力是缺乏碳酸酐酶胞外酶的微藻碳汇能力的5倍。碳酸酐酶胞外酶对微藻光合碳汇能力的影响显著。      

煤炭实验室二氧化碳排放核算方法探讨

煤炭实验室服务于煤炭生产、加工、利用等环节,在测试过程中会产生大量二氧化碳排放。煤炭实验室宜采用排放因子法计算碳排放量,该方法不仅可以简化核算过程,而且便于与其他行业碳排放量进行横向对比;煤炭实验室中二氧化碳排放源主要来源包括：煤炭燃烧排放、碳酸盐实验分解排放、实验压缩气体排放、购入的电力产生的排放;阐述了煤炭实验室4种主要碳排放源的碳排放因子和活动数据计算方法,进行了煤炭实验室碳排放分析和研究。     

供热燃煤锅炉清洁生产新工艺

以天津市和河北省某供热中心节能减排改造工程为例,介绍炉内清洁燃烧与炉外烟气净化有机结合的新工艺,达到清洁生产的效果     

煤炭国家规划矿区管理及与煤炭矿区辨析

针对煤炭国家规划矿区与煤炭矿区易混淆不清问题,基于相关标准和通知,详细解读了煤炭国家规划矿区和煤炭矿区的定义,梳理了第一、二批煤炭国家规划矿区和《全国矿产资源规划（2016-2020年）》划定的煤炭国家规划矿区基本情况,并从划定目的、划定依据和形成时段等方面详细阐述了二者的区别。指明煤炭国家规划矿区划定主管部门是自然资源部,划定主要目的是控制矿权设置,规范矿业权管理;煤炭矿区划定主管部门是国家发展改革委,划定目的主要是为生产开发做准备。在未来煤炭国家规划矿区管理工作中,建议加强煤炭规划矿区基本理论、划定标准及规划矿区内矿产资源与环境影响等方面的研究。      

论煤地质学与碳中和

煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现"碳中和"国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注.系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景,探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向.取得以下认识:推进清洁煤地质研...     

二氧化碳地质存储与煤层气强化开发有效性研究述评

煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采（CO₂-ECBM）技术融温室气体减排与化石新能源开发为一体,极具发展前景。CO₂-ECBM技术有效性是经济性、长期性和安全性的基础和前提,建立深部煤层CO₂-ECBM有效性理论和生产技术在中国的需求尤为迫切。中国、美国、英国、澳大利亚、日本等国家在该领域开展了大量实验模拟、数值模拟和工程探索研究。研究工作表明:CO₂可注性、CO₂封存机制与存储容量、CH₄增产效果构成了CO₂-ECBM有效性的核心内涵,其中CO₂可注性更为关键;CO₂注入时煤储层发生体积应变效应和地球化学反应效应,其导致的渗透率快速衰减与可注性变差制约着CO₂-ECBM的有效性;CO₂/CH₄竞争吸附与置换是主要的CO₂封存机制,地层条件下CO₂/CH₄竞争吸附与置换封存决定了有效存储容量的主体,对于超临界CO₂,改进的吸附势模型（Modified D-R model）表征计算结果与实验模拟结果的拟合度最好;通过优化注入参数、间歇性注入、先压后注、与N₂交替注入等方式可以提高深部煤层的CO₂可注性,试验井组煤层气生产井可实现最高3.8倍的增产效果;沁水盆地深部无烟煤CO₂-ECBM技术的有效性已得到实验室研究和工程试验的初步证实。中国科学家在持续开展和不断深化CO₂-ECBM技术的研究工作,CO₂-ECBM有效性的关键科学技术问题有望在中国得到破解。      

玄武岩封存CO2技术方法及其进展

玄武岩封存CO₂为碳捕集与封存（CCS）提供了一种新的具有潜在意义的选择。当今世界上已有三个示范工程案例,即日本Nagaoka、美国Wallula和冰岛Carbfix,这些实例初步证实了CO₂玄武岩封存的技术和经济可行性。玄武岩封存CO₂相关技术研究进展包括:（1）Carbfix项目采用水溶液替代胺溶剂来捕集烟气中的CO₂气体,以便同时对CO₂和其他可溶于水的气体进行捕获,而在排放点源只需简单加装水洗塔等设备作为气体分离装置;（2）冰岛提出了适用于CO₂饱和溶液注入与封存的Carbfix方法,设计出能分别注入气体和水溶液的专用系统;（3）Carbfix在注入与封存CO₂过程中首次采用示踪元素监测方法,并通过质量平衡方法定量估算注入CO₂发生碳酸盐化的百分比,发现往玄武岩里注入CO₂不到2年就有95%被完全矿化。今后仍需进一步研究的技术问题包括:（1）CO₂饱和溶液与超临界CO₂两种注入形式如何选择;（2）能否用海水替代淡水溶解CO₂;（3）如何提高地球化学模拟的准确性;（4）如何降低碳捕集、分离和运输环节成本。相关探讨对我国利用基性超基性岩进行CO₂封存具有一定借鉴意义。     

稻田CH4的排放规律

通过对我国长江中下游地区、西南地区及华中地区这三大主要水稻区稻田CH_4排放的多年测量,描述了稻田CH_4排放的一般规律及特征。稻田CH_4排放的日变化有三种型式,即下午最大值型式、夜间最大值型式以及下午、夜间双峰型式,导致这三种型式的主要原因是CH_4排放路径的日变化;不同品种水稻的不同生理特性、天气条件会通过改变CH_4排放路径的日变化来改变CH_4排放日变化的型式;随着水稻生长,CH_4排放日变化幅度也会随着变化。 早稻与晚稻稻田CH_4排放的季节变化型式不一致。早稻的CH_4排放一般出现三个排放峰值,其中第一个与第三个峰值是由土壤中CH_4的产生率增加引起的,第二个峰值则是由于CH_4排放路径的畅通引起的。四川地区单季稻CH_4排放的季节变化与早稻比较一致,但是没有第一个排放峰值的出现。引起早、晚稻不同季节变化的原因是水稻生长季节中气温的季节变化。灌溉水状态也能够较大程度的影响稻田CH_4的排放的季节变化。 含SO_4~(2-)的肥料能够降低CH_4的排放,但其作用的大小取决于土壤中有机物质(肥)的数量;施尿素、KCl也能够使CH_4排放降低,但它的降低效应没有有机肥使CH_4排放增大的正效应大,这说明有机肥对CH_4排放的影响很大,而在空气中堆腐过的沼渣肥使稻田CH_4的排放大大降低。不同的施肥使     

CO2地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

CO₂地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO₂减排效果,推行CO₂地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO₂地质封存与利用方式,统计了全球范围内的CO₂地质封存与利用示范工程,重点介绍了我国典型CO₂地质封存与利用示范工程案例,并对CO₂地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前,CO₂地质封存与利用方式主要包括CO₂驱油封存、CO₂驱替煤层气封存、CO₂咸水层封存、CO₂枯竭油气藏封存、CO₂驱替页岩气封存、CO₂深部咸水层封存与采水、CO₂封存与增强型地热发电、CO₂封存与铀矿地浸开采等;国内外在CO₂驱油封存、CO₂咸水层封存以及CO...     

煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究

开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析,是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法,厘清煤矿区碳排放源边界,并建立碳排放量核算模型,明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明:煤矿区碳排放(CH₄和CO₂)来源可划分为自然排放和人为排放两大类,并细分为5种类型,针对不同碳排放源提出相应的数学模型;同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入,提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度,加强绿色矿山修复和建设,积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施,逐步实现低碳、绿色产业体系;此外,煤矿相关单位应高瞻远瞩,深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用,与相关高校加强合作,在我国碳减排目标下,大力推动煤制氢技术的发展,突破CO₂-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题,以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。      

CO2注气压力对瓦斯扩散系数影响规律实验研究

煤层CH₄解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率,为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,选取晋城赵庄煤矿煤样,研究不同注气压力对驱替CH₄过程的影响以及驱替过程中CH₄扩散系数的变化规律,利用自主研发的CO₂驱替CH₄试验平台,在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO₂驱替CH₄实验。结果表明:驱替压力越大,达到最大CH₄排放量的时间越短,CO₂突破时间越快,置换效率越大,驱替效果越好;CH₄气体驱替过程分为3个阶段,先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳;在同一注气压力下,瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律,注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时,瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10-5、3.36×10-5、4.62×10-5 cm2/s。从实验结果可知,不同注气压力下,CO₂对CH₄主要起到驱替作用、置换吸附-解吸作用及稀释驱替作用;每个阶段的CH₄气体运移情况不同,根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数,使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO₂深埋与瓦斯（煤层气）高效抽采具有理论指导意义。      

黑龙江林甸地区深部咸水层CO2地质储存条件与潜力评估

CO₂地质储存是减少碳排放、缓解温室效应的有效措施。经地热勘探与综合研究,黑龙江林甸地区埋藏深度940～2062 m的中生代白垩系泉头组三四段、青山口组和姚家组砂岩层状地层中蕴含丰富的咸水,溶解性总固体可达2000～9000 mg/L,孔隙发育较好,水流速缓慢,其上盖层以白垩系嫩江组、四方台组、明水组的层状泥质岩为主,厚度为800～1300 m,未被主要断裂带穿透,封闭良好,决定了其可以作为储存CO₂的良好地质储体。同时,大庆市紧邻林甸地区,化工企业众多,碳源集中且充足,规模大,距离短,为研究区的CO₂地质储存提供了有利条件。因林甸地区油气资源匮乏,缺少石油井,本次工作首次利用地热勘探井,根据CO₂地质储存技术机理,采用国际权威潜力评估公式,开展了深部咸水层CO₂地质储存的潜力评估。结果表明,其深部咸水层CO₂理论储存量为478.91×108 t,有效储存量为11.49×108 t,储存潜力较大,未来可作为大庆、齐齐哈尔等邻近城市减碳的地质储存场所。此项工作的开展,为林甸地区下一步实施CO₂地质储存适宜性评价、目标靶区筛选和场地选址及示范工程建设提供了技术支撑。     

The Geochemical Context of Gas Hydrate in the Eastern Nankai Trough

Abstract. Geochemical studies for gas hydrate, gas and organic matter collected from gas hydrate research wells drilled at the landward side of the eastern Nankai Trough, offshore Tokai, Japan, are reported. Organic matter in the 2355 m marine sediments drilled to Eocene is mainly composed of Type III kerogen with both marine and terrigenous organic input. The gas hydrate-bearing shallow sediments are immature for hydrocarbon generation, whereas the sediments below 2100 mbsf are thermally mature. The origins of gases change from microbial to thermogenic at around 1500 mbsf.
Carbon isotope compositions of CH₄ and CO₂, and hydrocarbon compositions consistently suggest that the CH₄ in the gas hydrate-bearing sediments is generated by microbial reduction of CO₂. The δ¹³C depth-profiles of CH₄ and CO₂ suggest that the microbial methanogenesis is less active in the Nankai Trough sediments compared with other gas hydrate-bearing sediments where solid gas hydrate samples of microbial origin were recovered. Since in situ generative-potential of microbial methane in the Nankai Trough sediments is interpreted to be low due to the low total organic carbon content (0.5 % on the average) in the gas hydrate-bearing shallow sediments, upward migration of microbial methane and selective accumulation into permeable sands should be necessary for the high concentration of gas hydrate in discrete sand layers.