国外煤碳与环境及其清洁技术研究进展

邢良 苑双

摘 要：化石燃料，尤其是煤炭，是当今世界技术和经济进步所必需的不可或缺的能源。它们燃烧释放出许多环境污染物，如二氧化碳、二氧化硫和一系列有机和无机化合物。本文综述了国外一些国家关于煤炭清洁技术研究方面的最新进展，主要绍了印度、克罗地亚和美国的相关重要研究。本文介绍了克罗地亚、印度、美国的领先国际科学家在煤炭研究方面取得的最新进展，并概述了相关的研究，以解决环境污染和废物处理技术。

关键词：煤炭 环境 清洁技术

中图分类号：TKl6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0104-02

煤是化石燃料中最丰富的标本，它是有机物质的沉积物，通常是由粘土矿物、石英粉和沙子组成的无机材料，在燃燒时会产生金属排放负荷。因此，煤炭的燃烧排放成为人为温室气体和气溶胶的最大来源。尽管如此，在目前高能源需求的情况下，煤仍然是一个充满活力的产业[1]。克罗地亚最大的煤炭开采区位于伊斯特拉半岛东部，该地区的煤炭具有超高有机硫组分，S含量高达13%～14%，燃烧会产生大量的污染，富含硫的煤炭开采始于18世纪，直到20世纪90年代末才被限制开采。克罗地亚富含S的煤炭主要用于燃煤发电厂，近20年才开始使用进口的低硫煤[2]。印度拥有大量的煤炭资源，占世界煤炭总储量的7%左右，煤炭在印度开采已有230多年的历史，印度政府于2004年成立的综合能源政策委员会强调了未来25年印度能源部门煤炭的持续主导地位，根据印度地质调查局的数据，印度的煤炭储量估计约为30880.2亿t，延伸至1200m的深度，其中只有12.5%属于焦化类型，而剩余的87.5%属于动力煤。Chikkatur等[3]指出，煤炭目前占该国主要商业能源供应总量的50%以上，占总发电量的70%左右。在过去30年来，印度煤中的灰分含量一直在增加，这主要是因为露天采矿的增加以及本质上较低等级资源的煤炭生产。由于印度煤炭中灰分含量高，每1MW装机容量需要至少4047m2的土地储存灰烬，而且有许多大型发电厂拥有超过4047000m2的土地专用于储存灰烬。

1 克罗地亚煤碳、环境及其清洁技术

克罗地亚的煤矿开采约在20年前就已经停止，因此根本不存在煤岩学研究。其煤炭研究主要集中在煤炭开采和燃烧对PPP区域环境的不利后果。自20世纪初以来，煤炭一直是克罗地亚能源生产的主要来源，由于使用的煤炭中含有较高含量的S、PAHs（多环芳烃），并且具有较高的放射性，PPP周围的土壤被S和PAHs以及Ra-226严重污染。Fiket等人确定了研究燃煤地区土壤样品中特有的稀土元素，土壤中的PAHs是人为过程的典型产品，它们在表层土壤中的总浓度从对照土壤样品中的31ng/g变化到距离PPP 100m处的13535ng/g，这主要是由含PAHs的煤燃烧以及附近未燃烧煤堆砌共同产生的，此外，Fiket等还给出了有关煤矿开采的环境污染、土壤和煤中硫同位素的分布对人类健康风险评估指数。

Franikoviü-Bilinski等描述了煤灰底灰和灰分排放污染的喀斯特河沉积物的磁化学性质。他们发现接近污染源的磁化率很高，与Co、Fe、Sr、Al、U和B有很强的相关性。Oreanin等分析了前硫酸盐浆厂的煤灰底和灰分，与世界平均土壤浓度相比，U和Th值分别增加了3.7倍和1.7倍。在土地吸收的影响下，所有灰分和土壤样本在空气中1m高处测得的总有效剂量率的平均值为1.60mSv/a，与克罗地亚平均值（0.7015mSv/a）相比，该地区的污染是双倍的。然而，在土地上方测量的总有效剂量率的平均值是当地的11.4倍（0.14mSv/a）。因此，Oreanin等建议使用10cm厚的低渗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属从沉积物质重新分布到环境中。

2 印度煤碳、环境及其清洁技术

与克罗地亚不同，印度的煤岩石学和煤炭地球化学研究是一个非常活跃的科学学科，Singh等人采用综合方法研究了印度西部Saurashtra盆地与喀沙利耶粘土相关的褐煤矿床，获得并讨论了连续取样的有机岩相学和地球化学数据。此外，Singh等使用孢粉学和生物标志物证据来推断褐煤矿的有机成分、质量、热成熟度、起源和沉积环境，包括含褐煤的序列烃源潜力。Singh等人调查了古吉拉特邦坎贝盆地的褐煤沉积物，以了解它们的岩石学和地球化学属性，因为与印度冈瓦纳煤炭上的大量文献相比，它们的岩石学数据很少。Singh等人对Kachchh盆地的褐煤矿床进行了调查，褐煤的岩相学分析表明，该组织的辉绿岩群具有优势。矿物质以中等浓度存在，而S含量高。该研究表明了几个较干燥时期的森林沼泽状况。

3 美国煤碳、环境及其清洁技术

美国领先的煤岩石学和煤炭地球化学研究员James C. Hower和他的国内和国际合作者正在积极研究来自全球各地的煤炭。他们研究了稀土元素、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，他还参加了由Wang等人进行的多学科研究。Hower等对来自链霉菌属的新四环聚酮化合物进行了分离和结构鉴定，这是一种细菌（RM-4-15），位于肯塔基州东部的Ruth Mullins地下煤矿的热通风口附近。初步的体外抗菌、抗癌和抗真菌测定显示RM-4-15具有中度抗真菌活性。由国际研究小组进行的一项多学科研究报告称，由于于煤中存在大量的TiO2矿物，煤炭燃烧生成大量稀有的Magnéli相物质（TixO2x-1，4≤x≤9）。笔者指出，这为跟踪工业燃煤的全球固态排放提供了新的方法。在其第一次毒性试验中，他们已经证明纳米级Magnéli相物质具有潜在的毒性，不像TiO2相那样具有光活性，似乎在没有光刺激的情况下仍具有生物活性。

4 结语

本文介绍了国外一些主要国家的煤炭清洁技术，综述了其中最具吸引力和最先进的几个主题，本文从多个方面和领域总结了印度和克罗地亚最新的煤炭，环境和清洁技术研究。很明显，印度的煤炭和技术研究远远超过了克罗地亚，尤其是在研究课题的优势和新颖性方面。然而，克罗地亚的环境和清洁技术科学可以向国际科学家提高认识。

参考文献

[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.