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新聞動(dòng)態(tài)首頁(yè) / 新聞動(dòng)態(tài)
中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究人員針對(duì)含氮燃料的低溫氧化和熱解過(guò)程進(jìn)行了相關(guān)研究，使用了可調(diào)諧真空紫外光電離和分子束質(zhì)譜技術(shù)研究了含氮燃料的模型分子，硝基甲烷和吡啶熱解及低溫氧化主要產(chǎn)物和中間組分，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了新的中間產(chǎn)物，基于實(shí)驗(yàn)發(fā)展了硝基甲烷和吡啶的動(dòng)力學(xué)模型。
生成速率分析表明，在硝基甲烷低溫氧化過(guò)程中，由于碳氮鍵裂變和漫游介導(dǎo)異構(gòu)化作用，硝基甲烷熱解和氧化的主要分解途徑不同；而在吡啶的低溫氧化過(guò)程中，吡啶主要通過(guò)C5H5N→C5H4N→C5H4NO2→HCN +CO+ CH2CHCO和C5H5N→C5H5NO→C2H2+ HCN + CH2CO兩條路徑進(jìn)行消耗。靈敏度分析表明，碳氮鍵斷裂和漫游異構(gòu)化作用在低溫氧化及熱解過(guò)程中均對(duì)硝基甲烷的消耗有促進(jìn)作用；在吡啶的低溫氧化過(guò)程中，C5H4N+O2=>C5H4NO2和C5H5N+OH=C5H4N+H2O反應(yīng)對(duì)吡啶消耗有顯著的促進(jìn)作用，而C5H4N+HO2=C5H4NO+OH則起到較強(qiáng)的抑制作用。
化石燃料的高效清潔利用對(duì)解決日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題具有重要意義。燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOx）會(huì)引起酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題。因此，需要嚴(yán)格控制NOx的排放。目前，NOx的排放主要來(lái)源于含氮燃料的燃燒過(guò)程。通過(guò)建立含氮燃料燃燒動(dòng)力學(xué)模型，可以掌握含氮燃料燃燒過(guò)程中氮的轉(zhuǎn)移規(guī)律，為控制NOx排放具有重要的指導(dǎo)意義。
據(jù)了解，化石能源是目前全球消耗的最主要能源，2006年全球消耗的能源中化石能源占比高達(dá)87.9%，我國(guó)的比例高達(dá)93.8%。但隨著人類(lèi)的不斷開(kāi)采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世紀(jì)將被開(kāi)采殆盡。從另一方面看，由于化石能源的使用過(guò)程中會(huì)新增大量溫室氣體CO2，同時(shí)可能產(chǎn)生一些有污染的煙氣，威脅全球生態(tài)。因而，開(kāi)發(fā)更清潔的可再生能源是今后發(fā)展的方向。
上述研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、面上基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題和中組部青年千人計(jì)劃項(xiàng)目的支持。相關(guān)研究在Combustion and Flame（2019， 202： 394-404; 2019, 203: 247-254）發(fā)表論文2篇。
圖1 硝基甲烷在0K時(shí)分解的勢(shì)能面
圖2 （a）吡啶和（b）氰化氫在950K時(shí)的靈敏度分析
作為人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，煤炭、石油、天然氣等化石能源支撐了19世紀(jì)到20世紀(jì)近200年來(lái)人類(lèi)文明的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。然而，化石能源的不可再生性和人類(lèi)對(duì)其的巨大消耗，使化石能源正在逐漸走向枯竭。
據(jù)美國(guó)地質(zhì)局估計(jì)，全世界最終可采石油儲(chǔ)量為3萬(wàn)億桶。由此推算，世界石油產(chǎn)量的頂峰將在2030年出現(xiàn)。由于剩余儲(chǔ)量開(kāi)采難度增大，石油產(chǎn)量會(huì)快速下降。世界煤炭總可采儲(chǔ)量大約為8475億噸。長(zhǎng)期來(lái)看，盡管世界煤炭可采儲(chǔ)量相對(duì)穩(wěn)定，但還是出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。按當(dāng)前的消費(fèi)水平，最多也只能維持200年左右的時(shí)間。世界天然氣儲(chǔ)量大約為177萬(wàn)億立方米。如果年開(kāi)采量維持在2.3萬(wàn)億立方米，則天然氣將在80年內(nèi)枯竭。
就我國(guó)而言，化石類(lèi)能源探明儲(chǔ)量約7500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，總量較大，但人均能源擁有量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。煤炭、石油、天然氣人均剩余可采儲(chǔ)量，分別只有世界平均水平的58.6%、7.69%和7.05%。近幾年，我國(guó)的能源生產(chǎn)一直保持著快速增長(zhǎng)勢(shì)頭。2006年，我國(guó)能源生產(chǎn)總量為20.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，煤炭比重高達(dá)76.4%，原油比重下降為12.6%，天然氣占3.3%。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量相對(duì)豐富，但從中長(zhǎng)期來(lái)看，仍面臨諸如賦存條件、勘探水平、運(yùn)輸條件、安全因素等多方面因素的限制，能被有效開(kāi)發(fā)利用的煤炭資源量明顯不足。
化石能源的利用，也是造成環(huán)境變化與污染的關(guān)鍵因素。大量的化石能源消費(fèi)，引起溫室氣體排放，使大氣中溫室氣體濃度增加、溫室效應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致全球氣候變暖。1860年以來(lái)，全球平均氣溫提高了0.4℃——0.8℃。IPCC(政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì))所做的氣候變化預(yù)估報(bào)告的結(jié)論是，CO2為溫室氣體的主要部分，其中約90%以上的人為CO2排放是化石能源消費(fèi)活動(dòng)產(chǎn)生的?；茉?，特別是煤炭的使用帶來(lái)大量的二氧化硫和煙塵排放，也是造成我國(guó)大氣污染的主要來(lái)源。盡管應(yīng)對(duì)措施初步遏制了酸雨范圍逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)，但酸雨仍在局部地區(qū)加重;機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重，特別是在大城市，煤煙型空氣污染已開(kāi)始轉(zhuǎn)向煤煙與尾氣排放的混合型污染。隨著化石能源儲(chǔ)量的逐步降低，全球能源危機(jī)也日益迫近。以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)，具有明顯的不可持續(xù)性。
可再生能源，是指在自然界中可以不斷再生、永續(xù)利用、取之不盡、用之不竭的能源資源總稱?？稍偕茉吹奶攸c(diǎn)，恰恰是可再生性和環(huán)境友好性。按照技術(shù)種類(lèi)，可再生能源可分為太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等。過(guò)去30年間，全球可再生能源增長(zhǎng)率，超過(guò)了一次能源的增長(zhǎng)率。增長(zhǎng)速度最快的分別是，風(fēng)電、太陽(yáng)能和地?zé)帷Ｔ?971年至2004年間，風(fēng)電增長(zhǎng)了48.1%，太陽(yáng)能增長(zhǎng)了28.1%，地?zé)崮茉鲩L(zhǎng)了7.5%。小水電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)?、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)，在價(jià)格上已經(jīng)具有了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)自《可再生能源法》頒布實(shí)施以來(lái)，可再生能源產(chǎn)業(yè)也取得了高速發(fā)展。截至2008年底，我國(guó)有70多家風(fēng)電設(shè)備整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，總生產(chǎn)能力已接近1000萬(wàn)千瓦。風(fēng)電裝機(jī)容量連續(xù)翻番，2008年當(dāng)年完成裝機(jī)容量620萬(wàn)千瓦，超過(guò)過(guò)去20年的總和，累計(jì)達(dá)到1217萬(wàn)千瓦，居世界第四位。