温室气体监测解决方案
2022-04-16576随着工业快速发展、人口高速增长,人类的活动区域不断扩张,化石能源的大量开采使用、植被的减少、化肥的过量使用等等原因,虽然人们创造了更好的生活,但也造成了生态环境的恶化,其中亟需解决的就是温室气体含量的持续性大幅增加问题。
什么是温室气体?
温室气体是大气中能吸收地面反射中的长波辐射、并重新发射辐射的一些气体,因本身分子结构含有极性共价键,内部极性发生变化的震动产生了红外线吸收,所以拥有吸收红外光谱、保存红外热能的能力,他们的存在使地球表面变得更暖,避免了昼夜温差、四季温差过大,从总体来看,具备这一特征的温室气体大约有30多种。适量的温室气体是对地球生态和人类有利的,但过量的温室气体会给地球生态带来负面影响。京都议定书里面规定控制的六种温室气体有:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、六氟化硫(SF6)、全氟碳化物(PFCs)、氢氟碳化物(HFCs)。
温室气体含量变化
从工业化前夕到现在,大气中的各温室气体含量有了很大程度的增加,这些可以从下面这张图中直观看到,其中CH4的含量增加到了原来的近2.6倍。
(数据来自中国温室气体公报)
造成这种现象的原因,主要是人类的生产活动,尤其是工业革命后,生产技术的进步让人类走上了发展的快车道,同时能源消耗、污染排放和对生态环境的改变也进入了加速模式,让地球生态系统逐渐失衡。CO2、CH4、N2O是自然界中一直存在的气体,SF6、PFCs、HFCs制冷剂等几乎全是人工合成物质。
各温室气体的GWP和贡献
值得一提的是,虽然都是温室气体,但每种气体的升温作用是不同的,主要取决于三个因素,一是此种气体吸收红外辐射的能力,二是其在大气中的含量,三是这种气体在大气中的存留时间。为了统一度量整体温室效应的结果,同时考虑CO2是人类活动产生温室效应的主要气体,规定以CO2当量为度量温室效应的基本单位。目前,使用全球变暖潜能值GWP来衡量温室气体自身对温室效应的影响;GWP是一个相对值,表征某一种温室气体能够捕获得到的空气中的热量,即一定时间内,温室气体所捕获到的热量相对于同样质量的CO2所捕获的热量之比。这样可把不同温室气体的效应标准化。
下表中对几种主要温室气体的GWP、大气中含量(2019年底,来自中国温室气体公报)、留存时间做了简单统计,可以有一个直观感受,评估危害时,气体含量和留存时间因素都要考虑。
下图就是各主要温室气体的贡献量,综合考虑了上述各要素。
温室气体的来源
哪些活动导致了温室气体的持续增加呢,不同气体的来源有较大差异,主要来源见下表。
CO2 | 主要是工业化生产需求的生物质燃料燃烧排放,生产生活带来的土地利用变化等 |
CH4 | 主要来自采矿泄漏、水稻种植、反刍动物饲养、污水处理等人类活动 |
N2O | 自然源(约60%海洋、土壤、森林正常生物过程)和人为源(约40%,化肥过量使用和各类工业过程) |
SF6、HCFCs、HFCs等 | 由人工合成并排放,用于制冷剂、发泡剂、喷雾剂、清洗剂、灭火剂、绝缘材料等 |
温室气体的监测
温室气体含量的增加导致了全球变暖,这对许多地区的自然生态系统已经产生了影响,如气候异常、海平面升高、冰川冻土融化、动植物分布范围变化,等等,随着全球气候变暖,天气事件发生的频率也有所提高。应对温室效应带来的全球灾难已经得到越来越多国家的认同和重视。
2020年, 提出了“双碳”目标,为贯彻落实碳达峰、碳中和重大宣示,从生态环境部到科研院所,从企业到个人,采取了各种行动,助力实现碳达峰目标、碳中和愿景。
为了有效控制温室气体的排放,建立碳核算体系,需要精确监测大气中的温室气体实时含量,精确监测污染源、移动源温室气体排放量,精确监测煤炭开采、天然气输运过程、沼气能源外泄CH4气体含量,精确监测土壤、污水、海水中某些温室气体含量,监测工业生产、农业养殖活动中的温室气体排放量。同时,一些监测数据还可以用于反馈调整生产和工艺,提高能效、避免浪费。
非分散红外(NDIR)气体传感器就是一种可靠的高性价比、高精度温室气体测量工具,NDIR气体传感器可以有很低的检出限、很好的温度适用性、稳定性和抗干扰能力。
针对不同领域的温室气体监测需求,青岛崂应海纳光电环保集团有限公司(以下简称“崂应”)基于掌握的多次反射长光程气室和NDIR气体测量核心技术,开发了一系列NDIR温室气体传感器,技术成熟、性能优异稳定,对比同类产品,检出限低、体积小巧、温度适用性好、准确度高,在业内有良好的口碑,现已广泛应用于污染源排放、大气、土壤、污水治理、农业、医疗、过程控制等领域。
针对不同温室气体监测需求,崂应有不同的传感器配置可供选择,根据具体需求也可定制光学气体传感器气体种类、量程等参数:
种类 | 型号 | 量程 | 典型应用 | 备注 | |
多组分NDIR光学传感器 | LYNDIR-CO/CO2/N2O/CH4 | CO:(0~500)ppm | 污染源排放监测等 | 精度均优于±2%FS,量程、气体组分可组合定制 | |
多组分NDIR光学传感器 | LYNDIR-CO/N2O/CH4 | CO:(0~500)ppm、(0~5000)ppm | 污染源排放监测、污水治理监测等 | ||
CO2 | LYNDIR-CO2-2F900 | (0~500)ppm、(0~1000)ppm、(0~1000)ppm | 大气监测等 | ||
LYNDIR-CO2-2Z140 | (0~2000)ppm、(0~5000)ppm、0~2% | 大气、土壤监测,农业种植养殖等 | |||
LYNDIR-CO2-2Z018 | 0~1%、0~10%、0~20% | CO2培养箱、污染源排放监测 | |||
LYNDIR-CO2-2Z007 | 0~20%、0~25% | 污染源排放监测、 | |||
N2O | LYNDIR-NO2-2F1500 | (0~100)ppm、(0~500)ppm | 污水治理监测、土壤、食品添加剂监测 | ||
CH4 | LYNDIR-CH4-2F1500 | (0~1000)ppm | 环境空气CH4监测 | ||
LYNDIR-CH4-2F900 | (0~1000)ppm、0~10% | 沼气、天然气污水、治理监测 | |||
LYNDIR-CH4-2F627 | (0~2000)ppm、0~10% | ||||
LYNDIR-CH4-2Z140 | (0~1500)ppm、0~2% | ||||
LYNDIR-CH4-2F300扩散式 | (0~5000)ppm | 煤矿瓦斯监测 | |||
SF6 | LYNDIR-SF6-2Z200 | (0~1500)ppm、(0~5000)ppm | SF6泄露检测 |
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