书城科普读物青少年身边的环保丛书:人类的环保之路
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第18章 加强用科技手段除污防害(1)

补洞之道

关于影响地球环境全局的臭氧层被破坏问题,各国已达成共识,于1987年签订了“禁止毁坏臭氧层”的蒙特利尔协议书,规定工业国必须在2000年禁止生产和使用氯氟烃产品,发展中国家的期限延长10年。1990年,大约60个国家在伦敦签署了到2000年停止使用和生产氯氟烃及其他几种制品的协议,美国也在上面签了字。因此,研制氯氟烃等化学代用品,寻找补救臭氧层的方法已成为科学家们的重要课题。

溴化锂制冷技术

工程师也正在寻找和设计新的制冷设备。一种方法是用普通水作为制冷剂,待运行结束、冷却后,被另一种液体溴化锂吸收,使积累的热量迅速散掉。这些混合液体进入一台锅炉,在那里较易挥发的制冷剂变成气体状态,随后进入冷凝器冷却,还原成液体制冷剂状态。在此期间,这种吸收剂溴化锂在这个系统里不间断地循环。这种方法在日本已得到广泛使用。美国四大制冷设备生产厂——凯利公司、斯奈德通用公司、特兰制冷公司和约克国际公司都在依据日本的设计制造吸收机。

另一种方法是由美国马萨诸塞州沃尔瑟姆热电子技术公司发明的固态致冷法。它以热电偶现象为基础,将一个装置内电路的两块半导体材料联结起来,当一端受冷,另一端受热,两端由此产生电压。相反,如果增加一个电荷,这种材料要么变热,要么变冷,这取决于电流的方向。正是利用这个原理,该公司着手制造一种厚度不超过5.08厘米的空调机样机。这种空调机表面积依房间面积大小而定。这台样机长45.72厘米、宽30.48厘米,打算把它装在墙上或窗前。但是,这种空调机的热电偶材料碲化铋和碲化铅很脆弱,工程师们不得不给它们加套,以保证它们正常工作。而且,其热电效率只有10%~15%,低于以压缩机为基础的空调机25%~30%的热电效率。工程师们正在为提高其热电效率、降低成本而努力。

汽车污染净化研究

汽车是另一个重要的大气污染源。据统计,进入欧洲大气层的氧化氮,42%是汽车造成的。此外,汽车还排放肮脏的碳氢化合物和一氧化碳。科学家们正在研究减少汽车废气的净化器。

欧共体规定,1992年所有新车必须配备诸如催化转换器之类的新技术产品。但是,由于开始时抑制污染物的催化转换器尚未加热到工作状态,因而在最初几分钟内排出的仍然是未经处理的污染物。为解决这个问题,美国科宁公司推出了一种新产品,给催化转换器安装电预热器。经测试,其排放的非甲烷烃类和一氧化碳气体还不到加利福尼亚州为1997年型汽车制定标准限量的50%,也符合对氮氧化物排放的规定。但美中不足的是,这种装置外加一个金属栅,其能量来自一个电池组,增加了汽车的重量和提高了汽车的成本。科宁公司为此正在与汽车公司合作,努力减少所需能量,实现实用化。

雷诺推出电动汽车从20世纪80年代中期开始各大汽车公司认识到生态环境问题的重要性,纷纷研究和开发无污染汽车新产品。其中,电动汽车就是其中之一。例如,雷诺汽车公司从1986年开始研究电动汽车,1997年投入市场。标致汽车公司于1990年已开始出售“J—5”型电动汽车。最近又宣布投入10亿法郎研制新型电动车。菲亚特、沃尔沃、巴伐利亚等欧洲汽车公司都制定了生产电动汽车的计划。在美国,通用公司、福特公司、克莱克斯三大公司联合组成财团,为制造电动汽车已获得政府资助3.5亿美元。加利福尼亚州规定,所有汽车厂从1998年开始,“无污染汽车”的产量应占生产总量的2%,到2003年为5%,2005年达10%。

石油环保技术的研究开发

进入21世纪,石油加工科学技术的首要任务仍然是为了生产质优价廉的产品而研究开发新技术、新产品,其中环保技术是需要研究解决的一大课题。保护人类赖以生存的生态环境是全世界的呼声。一些国家对石油加工工业环保要求越来越高,为了达到这些要求所采取的措施耗资会很大。

一个不排放有污染的废水、废气、废物,不造成噪声的石油加工厂将是21世纪的目标。为此应在现有环保技术的基础上,进一步研究开发无泄漏、不排放的工艺流程和设备。对污水和废气的处理可考虑研究开发高效吸附剂或离子交换树脂,回收低浓度的排放物质。对噪音的处理:1.要求机械制造工业发展低噪音的机械;2.从设备安装上寻找噪音源并寻求解决办法;3.邀请声学专家共同研究如何防止噪音的传播。

炼油工业另一个重要的环保任务,是提高发动机燃料的质量,以求减少排气中氮、硫的氧化物和一氧化碳、烃类以及铅的含量。根据国外环保要求,汽油和柴油的氢含量应高,芳烃和外烃含量应低,还不能加铅。这就需要炼油科研工作者对现有催化裂化、重整、加氢等技术沿着少产芳烃、多产异构烷烃这个方向加以提高,同时探索发展新的加工工艺和催化剂,比如高异构化性能的减压馏分加氢裂化催化剂。有关内燃机排气污染问题,不少人认为解决的办法从改进发动机设计入手比从改进燃料入手更为有效。促进发动机设计部门与燃料研究部门共同研究解决这个问题是重要举措。

炼油和石化领域可进行探索和创新的课题很多,但要得到推广应用,开发的成果无论是产品、工艺或催化剂,都必须比国内外现有的在质量和成本上有明显的优势才有实现可能。

离子交换树脂的主要应用

(1)水处理。离子交换树脂在水处理领域的需求量很大,约占其产量的90%,主要用于水中的各种阴阳离子的去除,目前,多用在火力发电厂的纯水处理上。

(2)食品工业。离子交换树脂可用于糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如,高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后,再经水解反应,产生葡萄糖与果糖,而后经离子交换处理,可以生成高果糖浆。

(3)石油化学工业。在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。用离子交换树脂代替无机酸、碱,同样可进行上述反应,且优点更多。如树脂可反复使用,产品容易分离,反应器不会被腐蚀,不污染环境,反应容易控制等。

(4)环境保护。许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质,这些可用离子交换树脂进行回收使用,如去除电镀废液中的金属离子,回收电影制片废液里的有用物质等。

(5)其他。离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。

用海洋封存二氧化碳

海洋封存二氧化碳,是控制化石燃料燃烧导致气候变化的有效手段。地球上三个主要的天然碳储层(海洋、陆地、大气)中,海洋碳储层的储量到目前为止是最大的,海洋碳储层的储量比陆地碳储层要高出数倍,而陆地碳储层的储量要大于大气碳储层的储量。因此,海洋的开发空间潜力巨大。

目前,利用海洋封存二氧化碳的方法至少有两种:1.从大规模工业点源捕集二氧化碳并把二氧化碳直接注入深海;2.通过添加营养素使海洋肥化来增强大气二氧化碳的捕捉和提取。上述两种方法在原理上存在较大差异,但是两种方法均能提高海洋储层封存碳的速率,从而减少大气储层所承受的碳负荷。目前海洋肥化方面仍存在极大的不确定性,因此国际上把注意力更多地放在第一种方法上。