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碳达峰和碳中和
—《化学与可持续发展》整理与提升
可持续发展
化学与可持续发展
“双碳目标”
碳达峰和碳中和
核心问题：物质和能量转化的化学问题
1 为何要控制二氧化碳的排放量？
3 我们可以为双碳目标做些什么？
2 从科学技术层面，哪些方法有助于实现双碳目标？
1.为何要控制二氧化碳的排放量？
大气中二氧化碳含量的变化趋势
一千年来大气中二氧化碳的含量
【问题】大气中二氧化碳含量的变化趋势是怎样的？为何有这样的趋势？
十八世纪六十年代后，急速升高。
工业革命开始后，大量化石燃料被开发利用。
化石燃料在工业生产中的重要作用
【问题】以金属冶炼工业为例，解释在工业生产中为何消耗大量的化石燃料？
Mn＋＋ne－→M
【知识回顾】金属矿物开发利用
化石燃料在工业生产中的重要作用
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Cu
Hg
Ag
电解法
热分解法
热还原法
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Cu
Hg
Ag
电解法
热分解法
热还原法
H2、CO 、C
化石燃料在工业生产中的重要作用
【知识回顾】金属矿物开发利用
化石燃料
提供能量
提供原料
【知识回顾】煤的综合利用
组成以碳元素为主，含有少量的氢、硫、氮等元素。
煤、石油、天然气的综合利用
煤、石油、天然气的综合利用
化学变化
煤的干馏
煤的气化
煤的液化
将煤转化为可燃性气体
隔绝空气加强热
将煤转化为液体燃料
【知识回顾】煤的综合利用
煤
间接液化：煤 CO和H2 甲醇等
直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料
催化剂
气化
煤的
干馏
【知识回顾】石油的综合利用
煤、石油、天然气的综合利用
主要成分：多种烃的混合物
石油的分馏
（物理变化）
裂化
裂解
催化重整
C16H34 C8H18 + C8H16
催化剂
加热、加压
十六烷
辛烷
辛烯
重油→轻质液体燃料（特别是汽油）
C8H18
辛烷
C4H10
丁烷
＋
C4H8
丁烯
C4H10
丁烷
C2H6
乙烷
＋
C2H4
乙烯
获得乙烯、丙烯、甲烷等化工原料
链状烃 环状烃
催化剂
加热
【知识回顾】天然气的利用
煤、石油、天然气的综合利用
清洁的燃料
合成氨、生产甲醇、合成含两个或多个碳原子的其他有机物等。
主要成分：甲烷
氧化
甲醇
甲烷
大气中二氧化碳含量过高对环境造成的影响
温室气体
作用：维持地球温度
支持光合作用
过低：不利于光合作用，地表昼夜温差增大。
过多：带来温室效应，导致海平面上升、气候反常、生物灭绝等。
控制大气中二氧化碳的含量是可持续发展的必然选择！
【问题】二氧化碳含量过高会对环境造成什么影响呢？
2.从科学技术层面，哪些方法有助于实现双碳目标？
“负碳”
减少二氧化碳的排放
处理已经排放的二氧化碳
“减碳”
化石燃料提供了能量和物质
双碳目标—减碳
风能、水能、太阳能等
生物质资源、废弃塑料等
双碳目标—减碳
我国近年和未来展望的一次能源消费占比曲线图
【问题】我国一次能源消费结构的现状及成因？
未来我国能源发展的趋势？
种类 我国人均剩余可采储量/世界平均可采储量
煤炭 58.6%
石油 7.69%
天然气 7.05%
双碳目标—减碳
2020年全球煤炭储量占比情况
新能源起步晚、成本高、有待研究和推广。
成因：化石燃料易获取、较高的能量密度、成本低等。
富煤、贫油、少气
现状：化石能源占据我国能源结构中的主导地位，其中煤炭的比例最大。
双碳目标—减碳
双碳目标
化石燃料现阶段不可替代
能源发展的趋势
能源高效利用
调整能源结构
构建化石能源清洁高效开发利用体系
双碳目标—减碳—调整能源结构
如何调整能源结构？
大力发展太阳能、风能、地热能、生物质能、海洋能、核能、氢能等新能源。
氢能——二十一 世纪最具发展潜力的能源
双碳目标—减碳—调整能源结构
【问题】氢能从何而来？氢能的哪种来源最值得研究和发展？氢能的优势是什么？
全球（左）中国（右）氢源结构对比图
常见燃料热值
灰—煤制氢 黄—天然气制氢 绿—副产氢 绿—电解水
双碳目标—减碳—调整能源结构
来源
氢能是二次能源，必须从一次能源转化而来。
加工化石燃料
煤的气化
工业副产品
水分解
电解水
氯碱工业
煤的干馏
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解
2H2O → 2H2↑+O2↑
产生碳排放
绿氢
利用太阳能、风能发的电
2H2O → 2H2↑+O2↑
光催化
双碳目标—减碳—调整能源结构
双碳目标—减碳—调整能源结构
氢能的优势：单位质量的氢气燃烧释放的热能多，只生成水。
绿氢
真正意义上的清洁能源
双碳目标—减碳—调整能源结构
2020年中国氢气利用结构
清洁能源
化工原料
双碳目标—减碳—调整能源结构
【知识回顾】生物质资源历史悠久、来源广泛。
转化为燃料
转化为材料、化工原料、生态化肥等
双碳目标—减碳—绿色高效利用化石燃料
【提升】高效清洁利用煤资源
煤中的氢和碳的比例小于1
双碳目标—减碳—绿色高效利用化石燃料
【问题】在获得相同或者更多热量时，怎样降低单位质量煤炭产生的二氧化碳呢？
物质 热值（1000KJ/Kg） 氢碳比
焦炭 29.7
氢气 142.6
乙烷 52 3
乙烯 50.4 2
乙炔 50.0 1
将煤变成氢碳比更高的燃料
双碳目标—减碳—绿色高效利用化石燃料
煤的气化
煤的液化
煤变“油”
煤变“气”
间接液化：煤 CO和H2 甲醇等
直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料
催化剂
气化
双碳目标—减碳—能源的高效利用
改进设备、优化生产路线、寻找更加高效的催化剂、提高原子利用率等。
【问题】在工业生产中，如何不降低产量的同时降低能耗？
改进高效析氧电催化剂
某汽车品牌优化生产线
双碳目标—减碳—能源的高效利用
【知识回顾】原子经济性反应 原子利用率
方法一：
CH2=CH2＋Cl2＋Ca(OH)2 → ＋CaCl2＋H2O
方法二：
2CH2=CH2＋O2 2
乙烯合成环氧乙烷的两种方法
方法二的原子利用率是100%
双碳目标—负碳
【扩展】对二氧化碳捕集、封存与利用（CCUS）
2023年，某企业将捕集到的二氧化碳，运送至胜利油田进行驱油封存，实现了二氧化碳捕集、驱油与封存一体化应用。
海洋也能够吸收、固定、储存CO2
双碳目标—负碳
【扩展】对二氧化碳捕集、封存与利用（CCUS）
二氧化碳是可再生的碳资源
2021年，我国科学家实现从二氧化碳人工合成淀粉。
人对自然资源的利用
自然资源 物质和能量
提供
海水资源
古代
现在
未来
【知识回顾】海水资源开发利用
→
3.我们可以为双碳目标做些什么？
双碳目标—从身边事做起
节约能源
珍惜化学品
和各种材料
做好垃圾分类
化学品的合理使用
某些化学品使用不慎可能给环境或人体带来危害
【知识回顾】化学品的合理使用
化学品的合理使用
【知识回顾】化学品的合理使用
乱用、滥用化学品的危害
化学品的合理使用
充分考虑化学品的性质和使用对象的特点，
科学、安全、有效、合理地进行使用。
【知识回顾】化学品的合理使用
（图片均源于网络）
其他环境问题
废水
废渣
废气
光化学烟雾
水华
酸雨
化学对于我们的重要性
通过学习化学，更加了解能量与物质的变化，在平时的生活中更好地利用能量和使用化学品。
化学在可持续发展战略中发挥重要作用。

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