探索催化燃烧控制甲烷等温室气体的低碳技术特性

2020年9月，中国在联合国大会上向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标（简称“双碳”）。降低碳排放、推进绿色发展是功在当代、利在千秋的大事。

能源的使用直接会对人类的生存环境产生直接影响，造成气候变化，而气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体。从全球来看，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体。国家计划制定一份全面、有力度的甲烷国家行动计划，争取在21世纪20年代取得控制和减少甲烷排放的显著效果。

低碳催化燃烧是一种无焰的燃烧方式，辐射效率高。催化燃烧反应较低的活化能容许反应在贫碳氢化合物浓度下发生，因此绝热反应的温度低于NOx形成的限制，并完全氧化，不形成CO和未完全燃烧的碳氢化合物，燃烧发生在常规气相易燃极限之外，因此燃烧更加稳定。

中法英科研人员在滞止点流动反应器中首次从实验和模拟的角度提出了燃料转化率和一氧化碳选择性与铂表面温度（一直到超过了单相点燃温度区）的关系。科学研究理论发现在世界范围内公开，已得到多家国际研究机构的验证和确认。

通过贫甲烷催化燃烧技术可以使烟气中的氮氧化物、CO和未完全燃烧的碳氢化合物等污染物低于4ppm，达到近零排放。具有燃料消耗少、燃烧完全、污染小等一系列优点。

采用此原理，催化燃烧低碳能源环保团队开发了催化燃烧烧制古建釉彩专用炉窑，提出了尾矿、粉煤灰再生利用的一种新办法，形成了尾矿、粉煤灰掺和催化燃烧利用新技术，并极大地缩短烧制需要的时间，降低了成本，创新了其生产工艺。

天然气催化燃烧技术烧出的类宝石色彩釉艺术陈设特征明显、胎釉结合紧密，手感光滑，艺术气息强烈，极为美观。花纹流畅、颜色清雅细腻，灵动，晶莹剔透，具有很高的欣赏和艺术价值。煤炭是我国重要的基础能源，其燃烧后会产生大量煤灰，如何开发其价值。利用好粉煤灰成为关键，既减少环境污染，又可以增加工业产值。通过陶泥与粉煤灰不同比例的掺混，进行实验，发现有良好的成型性，较好的强度。可以有效利用煤灰，解决环保问题。

利用这套0-1创新的催化燃烧工业设备制作的彩釉生态环保艺术作品在国际展览中展出，此高科技艺术品引起广范关注。

在实验中，贫甲烷低碳催化燃烧处在稳定状态时，烟气中二氧化碳浓度比普通燃烧要低很多，污染物达到近零排放。在通入一段时间催化燃烧烟气条件下的植株，生长更加茂盛，有更多的新枝桠长出，催化燃烧烟气对植物的生长具有一定的促进作用。在增强光合作用实践中将这部分二氧化碳以有机物的形式固定在植物中，控制甲烷和二氧化碳等温室气体。对此应把握碳交易市场的主动权，通过碳排放权获得经济创收。

中国是全球甲烷排放量较大的国家，在煤炭开采、农业、城市固体废弃物、污水处理、石油天然气等领域，需要研究制定有效的甲烷减排措施，促进甲烷回收利用和减排技术的发展。

通过调研垃圾填埋场，发现填埋场中产生的甲烷气体可以回收利用, 在地下建有填埋场气体收集系统, 以保证填埋场气体的有序收集和迁移而不造成填埋场内不必要的气体高压。在垃圾填埋场作业过程中, 填埋作业面的甲烷排放是填埋场的主要排放源。因此,应用于贫甲烷催化燃烧技术是促进填埋场低碳减排的关键。

贫甲烷催化燃烧工业装备由供气系统、催化燃烧器、炉窑主体构成。将回收的甲烷气体通过检测、以合适比例混合接入此工业装备，保持过剩空气系数为2进行全预混式稳定的催化燃烧，以控制甲烷温室气体并用于尾矿、粉煤灰固废转化装饰艺术材料。催化燃烧烟气中的二氧化碳将投放至周围植物温室大棚中，为植物进行光合作用提供条件，为植物提供营养。植物产生的大量氧气，形成富氧环境。

除此之外，本团队利用VR模拟技术，模拟了植物园的场景，预计在植物园中放置机器人进行科普和引导，同时引入贫甲烷催化燃烧工业生产全屋智能化，将日趋成熟的AI技术应用到植物生态园，实现智慧产业园区。利用先进的计算机网络技术、通信技术及多媒体技术等, 借鉴当今先进的管理技术和管理手段, 建设一套具有实用性、先进性及开放性的“综合远程监控管理系统”。使园区工作管理更加规范化、科学化和信息化, 为园区安全高效的工作做好有力保障。

在国内外人们都认识到了甲烷的排放对于气候的显著影响。本团队研究课题有效利用了温室气体，达到了节能和环保的双重目的。通过甲烷催化燃烧技术生成的二氧化碳也应用到植物园中，既可促进植物茁壮成长，又弥补了该技术处理二氧化碳的短板，对城市品味和城市环境的提升有极大的帮助，可有效推动经济发展，带动工业项目的建设和城市改造升级。通过科技创新的手段带动城市绿色低碳发展必将成为未来的趋势。