國外煤碳與環(huán)境及其清潔技術研究進展

邢良 苑雙

摘 要：化石燃料，尤其是煤炭，是當今世界技術和經濟進步所必需的不可或缺的能源。它們燃燒釋放出許多環(huán)境污染物，如二氧化碳、二氧化硫和一系列有機和無機化合物。本文綜述了國外一些國家關于煤炭清潔技術研究方面的最新進展，主要紹了印度、克羅地亞和美國的相關重要研究。本文介紹了克羅地亞、印度、美國的領先國際科學家在煤炭研究方面取得的最新進展，并概述了相關的研究，以解決環(huán)境污染和廢物處理技術。

關鍵詞：煤炭 環(huán)境 清潔技術

中圖分類號：TKl6 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0104-02

煤是化石燃料中最豐富的標本，它是有機物質的沉積物，通常是由粘土礦物、石英粉和沙子組成的無機材料，在燃燒時會產生金屬排放負荷。因此，煤炭的燃燒排放成為人為溫室氣體和氣溶膠的最大來源。盡管如此，在目前高能源需求的情況下，煤仍然是一個充滿活力的產業(yè)[1]?？肆_地亞最大的煤炭開采區(qū)位于伊斯特拉半島東部，該地區(qū)的煤炭具有超高有機硫組分，S含量高達13%～14%，燃燒會產生大量的污染，富含硫的煤炭開采始于18世紀，直到20世紀90年代末才被限制開采?？肆_地亞富含S的煤炭主要用于燃煤發(fā)電廠，近20年才開始使用進口的低硫煤[2]。印度擁有大量的煤炭資源，占世界煤炭總儲量的7%左右，煤炭在印度開采已有230多年的歷史，印度政府于2004年成立的綜合能源政策委員會強調了未來25年印度能源部門煤炭的持續(xù)主導地位，根據(jù)印度地質調查局的數(shù)據(jù)，印度的煤炭儲量估計約為30880.2億t，延伸至1200m的深度，其中只有12.5%屬于焦化類型，而剩余的87.5%屬于動力煤。Chikkatur等[3]指出，煤炭目前占該國主要商業(yè)能源供應總量的50%以上，占總發(fā)電量的70%左右。在過去30年來，印度煤中的灰分含量一直在增加，這主要是因為露天采礦的增加以及本質上較低等級資源的煤炭生產。由于印度煤炭中灰分含量高，每1MW裝機容量需要至少4047m2的土地儲存灰燼，而且有許多大型發(fā)電廠擁有超過4047000m2的土地專用于儲存灰燼。

1 克羅地亞煤碳、環(huán)境及其清潔技術

克羅地亞的煤礦開采約在20年前就已經停止，因此根本不存在煤巖學研究。其煤炭研究主要集中在煤炭開采和燃燒對PPP區(qū)域環(huán)境的不利后果。自20世紀初以來，煤炭一直是克羅地亞能源生產的主要來源，由于使用的煤炭中含有較高含量的S、PAHs（多環(huán)芳烴），并且具有較高的放射性，PPP周圍的土壤被S和PAHs以及Ra-226嚴重污染。Fiket等人確定了研究燃煤地區(qū)土壤樣品中特有的稀土元素，土壤中的PAHs是人為過程的典型產品，它們在表層土壤中的總濃度從對照土壤樣品中的31ng/g變化到距離PPP 100m處的13535ng/g，這主要是由含PAHs的煤燃燒以及附近未燃燒煤堆砌共同產生的，此外，F(xiàn)iket等還給出了有關煤礦開采的環(huán)境污染、土壤和煤中硫同位素的分布對人類健康風險評估指數(shù)。

Franikoviü-Bilinski等描述了煤灰底灰和灰分排放污染的喀斯特河沉積物的磁化學性質。他們發(fā)現(xiàn)接近污染源的磁化率很高，與Co、Fe、Sr、Al、U和B有很強的相關性。Oreanin等分析了前硫酸鹽漿廠的煤灰底和灰分，與世界平均土壤濃度相比，U和Th值分別增加了3.7倍和1.7倍。在土地吸收的影響下，所有灰分和土壤樣本在空氣中1m高處測得的總有效劑量率的平均值為1.60mSv/a，與克羅地亞平均值（0.7015mSv/a）相比，該地區(qū)的污染是雙倍的。然而，在土地上方測量的總有效劑量率的平均值是當?shù)氐?1.4倍（0.14mSv/a）。因此，Oreanin等建議使用10cm厚的低滲透率材料密封地下煤灰底和灰分，以防止放射性核素和重金屬從沉積物質重新分布到環(huán)境中。

2 印度煤碳、環(huán)境及其清潔技術

與克羅地亞不同，印度的煤巖石學和煤炭地球化學研究是一個非?；钴S的科學學科，Singh等人采用綜合方法研究了印度西部Saurashtra盆地與喀沙利耶粘土相關的褐煤礦床，獲得并討論了連續(xù)取樣的有機巖相學和地球化學數(shù)據(jù)。此外，Singh等使用孢粉學和生物標志物證據(jù)來推斷褐煤礦的有機成分、質量、熱成熟度、起源和沉積環(huán)境，包括含褐煤的序列烴源潛力。Singh等人調查了古吉拉特邦坎貝盆地的褐煤沉積物，以了解它們的巖石學和地球化學屬性，因為與印度岡瓦納煤炭上的大量文獻相比，它們的巖石學數(shù)據(jù)很少。Singh等人對Kachchh盆地的褐煤礦床進行了調查，褐煤的巖相學分析表明，該組織的輝綠巖群具有優(yōu)勢。礦物質以中等濃度存在，而S含量高。該研究表明了幾個較干燥時期的森林沼澤狀況。

3 美國煤碳、環(huán)境及其清潔技術

美國領先的煤巖石學和煤炭地球化學研究員James C. Hower和他的國內和國際合作者正在積極研究來自全球各地的煤炭。他們研究了稀土元素、U和放射性核素在煤中的分布，以及其灰分中的汞含量。此外，他還參加了由Wang等人進行的多學科研究。Hower等對來自鏈霉菌屬的新四環(huán)聚酮化合物進行了分離和結構鑒定，這是一種細菌（RM-4-15），位于肯塔基州東部的Ruth Mullins地下煤礦的熱通風口附近。初步的體外抗菌、抗癌和抗真菌測定顯示RM-4-15具有中度抗真菌活性。由國際研究小組進行的一項多學科研究報告稱，由于于煤中存在大量的TiO2礦物，煤炭燃燒生成大量稀有的Magnéli相物質（TixO2x-1，4≤x≤9）。筆者指出，這為跟蹤工業(yè)燃煤的全球固態(tài)排放提供了新的方法。在其第一次毒性試驗中，他們已經證明納米級Magnéli相物質具有潛在的毒性，不像TiO2相那樣具有光活性，似乎在沒有光刺激的情況下仍具有生物活性。

4 結語

本文介紹了國外一些主要國家的煤炭清潔技術，綜述了其中最具吸引力和最先進的幾個主題，本文從多個方面和領域總結了印度和克羅地亞最新的煤炭，環(huán)境和清潔技術研究。很明顯，印度的煤炭和技術研究遠遠超過了克羅地亞，尤其是在研究課題的優(yōu)勢和新穎性方面。然而，克羅地亞的環(huán)境和清潔技術科學可以向國際科學家提高認識。

參考文獻

[1] Das T，Chauhan H，Deka S，et al. Promising carbon nanosheet-based supercapacitor electrode materials from low-grade coals[J].Microporous and Mesoporous Materials，2017，253（15）：80-90.

[2] Franikoviü-Bilinski S，Bilinski H，Maldini K，et al. Chemical and magnetic tracing of coal slag pollutants in karstic river sediments[J].Environmental Earth Sciences， 2017，16（14）：476.

[3] Chikkatur AP， Sagar AD，Sankar TL.Sustainable development of the Indian coal sector[J].Energy，2009，34（8）：942-953.