2013年03月26日08:33 來源：人民網(wǎng)-財經(jīng)頻道
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除了發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電力，還對廢熱加以利用的“熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”作為能源利用效率高的節(jié)能技術(shù)逐漸得到推廣。
而且進(jìn)一步有效利用廢氣中所含二氧化碳的“熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)”也開始受到關(guān)注。熱電冷三聯(lián)產(chǎn)分為兩種，即將二氧化碳用于促進(jìn)作物生長發(fā)育的“農(nóng)業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)”，和用于廢堿液中和等的“工業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)”。在全球范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的利用越來越多。
綜合熱效率超過90％
位于美國加利福尼亞州卡馬里奧的Houweling’s Tomatoes在面積達(dá)125英畝（約0.5平方公里）溫室中，每年生產(chǎn)著幾百萬個西紅柿（圖1）。該農(nóng)場僅種植非轉(zhuǎn)基因作物，還從保護(hù)地球環(huán)境的角度出發(fā)，致力于開展可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)，因此而聞名全球。通過鋪設(shè)面積達(dá)5英畝（約2萬平方米）太陽能電池板、循環(huán)利用雨水罐中的水等，減輕環(huán)境負(fù)荷。
圖1 Houweling's Tomatoes的西紅柿栽培景象
Houweling’s Tomatoes還于2012年8月安裝了全美也少見的高效率分散型能源系統(tǒng)。設(shè)置了美國通用電氣公司制造的8.7兆瓦的燃?xì)鈾C(jī)（圖2）。由此構(gòu)筑了熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，將發(fā)電時產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)闇厮�，用于為溫室加溫，同時將二氧化碳濃度較高的燃?xì)鈾C(jī)廢氣送入溫室，以促進(jìn)作物的生長發(fā)育。
圖2 Houweling's Tomatoes設(shè)置的通用電氣燃?xì)鈾C(jī)
整套設(shè)備的發(fā)電效率為45.5％，包括廢熱利用在內(nèi)，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的綜合熱效率超過90％。送入溫室的廢氣中的二氧化碳每年可達(dá)到2.14萬噸。燃?xì)鈾C(jī)主要在地區(qū)電力需求達(dá)到高峰的白天運(yùn)轉(zhuǎn)，因此還可為負(fù)荷平均化做貢獻(xiàn)。
送入溫室的二氧化碳白天用于作物的光合作用，可促進(jìn)作物的生長發(fā)育。對于廢氣中所含的一氧化碳（CO）、碳化氫（HC）、氮氧化物（NOx）及其他微量有害物質(zhì)，通過利用催化劑進(jìn)行處理，也將含量降低到地區(qū)大氣污染管理標(biāo)準(zhǔn)以下。
提高二氧化碳濃度，增加收獲量
在美國，將燃?xì)鈾C(jī)廢氣中所含的二氧化碳用于農(nóng)業(yè)的嘗試剛剛開始，但在歐洲，已經(jīng)出現(xiàn)了很多事例。通用電氣已在全球供應(yīng)了800多臺燃?xì)鈾C(jī)用于溫室栽培，通過約2吉瓦（GW）的發(fā)電系統(tǒng)，將廢氣用于促進(jìn)作物的生長發(fā)育。該公司內(nèi)部率先研究利用廢氣中的二氧化碳的是設(shè)在荷蘭的研究所。溫室栽培業(yè)較為發(fā)達(dá)的荷蘭早已開始將獨立發(fā)電設(shè)備及鍋爐產(chǎn)生的二氧化碳用于農(nóng)業(yè)。
在日本，大阪燃?xì)夤�、農(nóng)業(yè)及食品產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究機(jī)構(gòu)花卉研究所等一直在致力于采用農(nóng)業(yè)熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。大氣中的二氧化碳濃度通常為360PPM（1PPM為100萬分之1），但花卉研究所的實驗結(jié)果證實，如果將二氧化碳濃度提高到700～1000PPM左右，葉菜收獲量會增加25～30％，水果會增加20％左右，花卉會增加40％左右。
作為在田地中的實際應(yīng)用事例，大阪燃?xì)庠?jīng)與茨城縣筑波市合作，在該市的花卉栽培農(nóng)戶構(gòu)筑了使用燃?xì)鈾C(jī)的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（圖3）。業(yè)務(wù)用途方面，豐田汽車公司旗下從事花卉生產(chǎn)及銷售業(yè)務(wù)的Toyotafloritech公司也采用了使用微型燃?xì)廨啓C(jī)的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)，每年大約生產(chǎn)400萬盆花卉。
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圖3 筑波市與大阪燃?xì)夤餐捎玫幕ɑ茉耘酂犭娎淙?lián)產(chǎn)系統(tǒng) 通過下面的塑料筒供應(yīng)二氧化碳。 |
溫室栽培二氧化碳利用在荷蘭獲得進(jìn)展
作為熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的新形式，目前受到關(guān)注的是二氧化碳捕獲及利用（CCU）。CCU是從廢氣中積極分離二氧化碳，將高濃度二氧化碳用于農(nóng)業(yè)及工業(yè)。
原來一直在探討的是二氧化碳捕獲及封存（CCS），即從火力發(fā)電站等的廢氣中分離及捕獲二氧化碳，將之壓入地下取水層封存起來，后來產(chǎn)生了新的思路，即探討將分離出的二氧化碳用于經(jīng)濟(jì)價值高的用途，于是又開始稱為CCU。CCS在碳排放交易制度下只能轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)價值，但CCU不會受到碳排放權(quán)交易價格變動的影響，有可能成為穩(wěn)定的收入源。
作為捕獲的二氧化碳的利用方法，此前也曾嘗試壓入油田及氣田，以增加油氣產(chǎn)量，而CCU則是更積極地將二氧化碳用作原料等。
荷蘭已有了這方面的領(lǐng)先事例。近幾年來在該國，將煉油廠等化學(xué)工廠排放的二氧化碳用于溫室栽培的業(yè)務(wù)已進(jìn)入軌道。位于鹿特丹近郊工業(yè)區(qū)的英荷殼牌石油公司煉油廠從2005年起，將精煉工序產(chǎn)生的二氧化碳濃度提高到100％左右，供應(yīng)給海牙南部的園藝農(nóng)戶溫室（圖4）。
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圖4 荷蘭海牙南部的園藝農(nóng)戶 由英荷殼牌石油的煉油廠供應(yīng)二氧化碳，用于蔬菜栽培。 |
當(dāng)?shù)厝細(xì)夤九c建筑公司合資成立的OCAP公司從殼牌石油購買二氧化碳，通過管線供應(yīng)并銷售給農(nóng)戶。2012年1月，還建設(shè)了從鹿特丹近郊的從事生物乙醇制造業(yè)務(wù)的Abengona公司供應(yīng)二氧化碳的設(shè)施。
在工廠中壓縮二氧化碳，并利用管線輸送。在輸送過程中與空氣混合，使?jié)舛冉档?％并送入溫室。溫室內(nèi)的二氧化碳平均濃度為通常的2倍左右（760PPM）。據(jù)稱在二氧化碳較多的環(huán)境下，蔬菜生長可加快25％左右。現(xiàn)在每年總共向約500家農(nóng)戶（溫室總面積約為13平方公里）供應(yīng)30萬噸二氧化碳。
CCU之所以開始受到關(guān)注，是因為可以像荷蘭一樣，使工廠與農(nóng)戶聯(lián)動。現(xiàn)在瞄準(zhǔn)CCS項目，從廢氣中高效捕獲二氧化碳的技術(shù)開發(fā)已經(jīng)取得一定進(jìn)展。如果將來二氧化碳捕獲成本大幅下降，向溫室農(nóng)戶提供二氧化碳的服務(wù)業(yè)務(wù)可行性可能會提高。
將二氧化碳用于工業(yè)用途
作為今后利用二氧化碳的一種前景，還出現(xiàn)了將之作為化學(xué)原料用于工業(yè)用途的嘗試。例如將二氧化碳儲存在碳酸鹽礦物中以制造建筑材料，或者利用混凝土吸收二氧化碳等舉措。
并且還確立了以二氧化碳和氫為原料制造甲醇的工藝。不過，要將化學(xué)性質(zhì)不活躍的二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆浣?jīng)濟(jì)價值的材料及燃料，需要投入一定的能源。如果這些能源使用化石燃料，由于會排放二氧化碳，因此不會為解決全球變暖問題做出貢獻(xiàn)。
CCU的最終目標(biāo)是利用可再生能源，將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫牟牧霞叭剂稀Ｔ谠撗芯款I(lǐng)域備受關(guān)注的，是利用藻類及人工光合作用制造碳化氫等。植物可通過光合作用，利用陽光將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物。
最近備受關(guān)注的，是利用光合作用在體內(nèi)儲存碳化氫油的藻類。人工光合作用指的是將金屬催化劑及金屬配位化合物等可量產(chǎn)的設(shè)備作為反應(yīng)場，利用太陽能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟瘹涞募夹g(shù)。
近年來在全球，這方面的研究日趨活躍。在日本，藻類領(lǐng)域有風(fēng)險企業(yè)Euglena公司，人工光合作用領(lǐng)域有松下公司和豐田中央研究所等，已取得了具有劃時代意義的成果。
除了促進(jìn)作物生長，二氧化碳的用途如果能夠擴(kuò)展到通過工業(yè)手法制造碳化氫，二氧化碳供應(yīng)服務(wù)需求會大幅增加。這樣一來，與太陽能及風(fēng)力所發(fā)的電力一樣，以碳循環(huán)為前提的液體碳化氫燃料將成為可再生能源的二次能源（能源介質(zhì)），擺脫化石燃料時代的能源系統(tǒng)選項會進(jìn)一步增加。
通過熱電冷三聯(lián)產(chǎn)及CCU有效利用二氧化碳，從其發(fā)展可以了解一些今后新一代能源社會的前景。（日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）
