在保護環境大時代背景下,清潔能源的關注度與日俱增,我國的科普教材、政府部門的有關環保文件、專家學者的學術論文都在關注清潔能源,其中將天然氣列為清潔能源說事的居多,那么天然氣究竟是不是清潔能源,直接關系到環保舉措的科學性,因此十分重要。

本文通過列舉了解天然氣,包括概念、成因、本質、主要成份、基本特點和用途與優點,從天然氣的本質、主要成分、目前具體用途等闡明天然氣不是清潔能源。

關鍵詞:天然氣  清潔能源

一、了解天然氣

1、概念

廣義上的天然氣,是指自然界中天然存在的一切氣體,包括大氣圈、水圈、和岩石圈中各種自然過程形成的氣體(包括油田氣、氣田氣、泥火山氣、煤層氣和生物生成氣等)。

狹義上的天然氣,即人們長期以來通用的“天然氣”的定義,是從能量角度出發的狹義定義,是指天然蘊藏於地層中的烴類和非烴類氣體的混合物。在石油地質學中,通常指油田氣和氣田氣。

本文旨在闡述狹義定義的天然氣。

2、成因

天然氣(Natural Gas)是埋藏在地下的古生物,經過億萬年的高溫和高壓等作用而形成的。

3、本質

天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態化石燃料。

4、主要成份

天然氣主要成分烷烴,其中甲烷(CH4)占絕大多數,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體,如氦和氬等。

5、基本特點

天然氣是較為安全的燃氣之一,它不含一氧化碳,比空氣輕,一旦泄漏,立即會向上擴散,不易積聚形成爆炸性氣體,安全性較高

6、用途與優點

天然氣主要用途是作燃料,可制造炭黑、化學藥品和液化石油氣,由天然氣生產的丙烷、丁烷是現代工業的重要原料。

采用天然氣作為能源,可減少煤和石油的用量,能大幅度減少二氧化硫、二氧化碳和粉塵排放量,並有助於減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,有利於改善環境質量;天然氣作為汽車燃料,具有單位熱值高、排氣汙染小、供應可靠、價格低等優點;天然氣與人工煤氣相比,同比熱值價格相當,並且天然氣相對清潔,能延長灶具的使用壽命,也有利於用戶減少維修費用的支出。

二、天然氣不是清潔能源

因此在這方面,這個行業整體的狀態就是任重而道遠,所以將這個行業歸屬於朝陽產業也並不為過,做得好,是對社會的貢獻,同時企業本身也會具有一定的獲益。當然除此之外,像塑膠回收等相關的行業也是需要受到關注的

清潔能源

經“科普中國”科學百科詞條編寫與應用工作項目審核的清潔能源,即綠色能源,是指不排放汙染物、能夠直接用於生產生活的能源,它包括核能和“可再生能源”,如水力能、風力能、太陽能、生物能(沼氣)、地熱能(包括地源和水源)海潮能等。

1、從本質上看

如前述,天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態化石燃料。化石燃料也稱礦石燃料,是一種烴或烴的衍生物的混合物,其包括的天然資源為煤炭、石油和天然氣等,是由死去的有機物和植物在地下分解而形成的,是不可再生能源。因此天然氣不是清潔能源。

2、從主要成分上看

如前述,天然氣主要成分烷烴,一般含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣及少量一氧化碳及微量的稀有氣體,如氦和氬等。

2012 年9 月 1 日,《天然氣》(GB17820-2012)強制性國家標准正式實施。該標准雖然對天然氣氣質要求有較大幅度提高,但,其中:每立方米天然氣總硫含量由不大於100毫克提高到不大於60毫克;二氧化碳含量由小於或等於3%提高為小於或等於2%。

這說明天然氣依然含硫和二氧化碳,足以說明天然氣不是清潔能源。

3、從具體用途上看

目前天然氣的主要用途有天然氣發電、天然氣化工、城市燃氣、壓縮天然氣汽車,除天然氣化工外,其它三種用途都是以天然氣的燃燒方式來實現能源利用的。

首先,我們不妨列舉一下甲烷燃燒方程式:

完全燃燒:CH4+2O2=CO2+2H2O(反應條件為點燃)

因此在這方面,這個行業整體的狀態就是任重而道遠,所以將這個行業歸屬於朝陽產業也並不為過,做得好,是對社會的貢獻,同時企業本身也會具有一定的獲益。當然除此之外,像環保回收等相關的行業也是需要受到關注的

甲烷+氧氣→二氧化碳+水蒸氣

不完全燃燒:2CH4+3O2=2CO+4H2O

甲烷+氧氣→一氧化碳+水蒸氣

大家都知道二氧化碳是溫室氣體,而一氧化碳對人體的危害也是普遍認知的。

此外,從甲烷完全燃燒的方程式上可看到:1立方米天然氣完全燃燒,可生成1立方米二氧化碳,1mol(1)的天然氣完全燃燒產生2mol的液態水,西安交通大學車得福教授研究得出的結論:每立方米天然氣燃燒能釋放出1.55公斤的液態水。例如:2017年冬季的北京地區,平均每天燃燒1個億立方米天然氣,那么如此推算冬季的北京地區,每天就有人為地向空氣中排放15.5萬噸的液態水。

誠然,霧霾的生成是一個很複雜的物理和化學反應過程,需要對應的氣候條件和諸多霧霾因子同時並存,但我們必須清楚一個關鍵點:霧霾是霧與霾的迭加。德國馬克斯-普朗克研究所研究員蘇杭博士說:“空氣中含水量越多,就越容易產生化學反應。”天然氣鍋爐排放的大量液態水,在一定區域內靜穩與濕度大的天氣出現,且霧霾因子pM2.5並存時,會對霧霾的生成起到助推(幫凶)的作用。

其次,我們當前所稱的工業煙氣脫硝,即脫除工業煙氣中的氮氧化物(NOx)。NOx主要指NO和NO2,其次是N2O3, N2O, N2O4和N2O5。燃料燃燒過程中,NOx的形成途徑主要有兩條: 一是有機地結合在燃料中的氮化物在高溫火焰中發生熱分解,並進一步氧化而生成NOx;二是燃料燃燒用的空氣中的氮在高溫狀態與燃燒空氣中的氧發生化合反應而生成NOx。NOx的生成量雖然與燃燒的容量、結構、燃燒設備、燃料品質、爐內溫度水平和氧量、運行方式等有關,雖然天然氣本身沒有氮化物,但燃燒中氮氧化物的產生必定以一定量的形式客觀存在,這一點不難從相關天然氣鍋爐煙氣排放國家標准中找到答案。

但不可忽視的是:氮氧化物涉及到pM2.5生成,尤其采暖季能源消耗與冬季擴散條件不利的雙重因素疊加,會直接涉及到霧霾的生成。

單以天然氣鍋爐為例:天然氣在燃燒過程中需要空氣,而空氣中80%是氮氣,約21%是氧氣。常溫下,氮氣是一種很穩定的氣體,但在高溫條件下就會產生氮氧化物。

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