以綠色吸收劑為紐帶的碳捕集及農業利用機制 晏水平 賀清堯 梁飛虹 9787577205601 【台灣高等教育出版社】

編輯推薦
現有碳捕集、利用和儲存相關的書籍大多側重於研究現狀與進展的描述，或側重於醇胺類等工業合成類吸收劑的利用，暫無利用綠色吸收劑進行碳捕集機理與性能的書籍出版。同時，現有關於碳固定與利用方面的書籍多以二氧化碳合成化學品、地質儲存等為主，暫無二氧化碳對農業碳匯強化方面的書籍出版。

內容簡介
本書主要介紹了氨基酸、沼液和生物質灰等綠色吸收劑的製備及碳捕集性能，並對以綠色吸收劑為載體時CO2在農業生態系統中的固定及遷移轉化機理進行了分析。現有碳捕集、利用和儲存相關的書籍大多側重於研究現狀與進展的描述，或側重於醇胺類等工業合成類吸收劑的利用，暫無利用綠色吸收劑進行碳捕集機理與性能的書籍出版。同時，現有關於碳固定與利用方面的書籍多以二氧化碳合成化學品、地質儲存等為主，暫無二氧化碳對農業碳匯強化方面的書籍出版。 本書主要內容如下：第一章緒論；第二章氨基酸吸收劑的CO2吸收特性；第三章沼液源綠色吸收劑的CO2吸收機理；第四章生物質灰基綠色吸收劑的CO2吸收機理；第五章沼液-生物質灰混合吸收劑的CO2吸收機理；第六章 以沼液為載體時CO2在植物生態系統中的遷移轉化機理；第七章以生物質灰為載體時CO2在植物生態系統中的遷移轉化機理；第八章以沼液-生物質灰為載體時CO2在植物-土壤-微生物中的固定與轉化。

作者簡介
晏水平，工學博士，博士生導師，中國農業工程學會第七屆青年科技獎獲得者、華中農業大學青年拔尖人才、華中農業大學第十一屆「十大青年崗位能手」，2009年6月畢業於浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室（現名為能源高效清潔利用全國重點實驗室），同年7月入職華中農業大學。2014年4月至2015年4月在澳大利亞CSIRO Energy Technology訪學，2016年12月晉陞為教授。主要從事碳捕集、利用和儲存（CCUS）相關研究，重點為可再生CO2吸收劑開發、低能耗CO2化學吸收技術開發和CO2農業利用技術創新等，共主持包含國家重點研發子課題、國家自然科學基金、湖北省自然科學基金傑出青年人才項目等在內的科研項目20餘項，以第一作者和通訊作者等身份在Environmental Science & Technology等期刊上發表論文60餘篇。（1）農林高校能源與動力工程專業複合型人才培養體系的探索與實踐，華中農業大學教學成果二等獎，排名1；（2）「四位一體、三步進階」農業高校機械類人才全鏈條創新創業教育改革與實踐，第九屆湖北省高等學校教學成果三等獎，排名7。

目錄

目錄
第1章緒論1
1 1全球氣候變暖與CO2排放1
1 2碳捕集、利用和封存技術3
1 3綠色吸收劑開發的背景與製備方法6
1 4綠色吸收劑開發利用對農業生產的意義11
第2章沼液源綠色吸收劑的CO2吸收機理12
2 1引言12
2 2沼液CO2吸收性能的自強化機制13
2 3沼液CO2吸收性能的外源添加劑強化機制37
2 4基於綠色氨水回收與CO2吸收的沼液CO2吸收性能強化機制56
2 5本章小結91
第3章生物質灰基綠色吸收劑的CO2吸收機理94
3 1引言94
3 2材料與方法94
3 3生物質灰水體系的CO2吸收反應機理97
3 4生物質灰水體系的CO2吸收性能強化102
3 5本章小結107
第4章沼液生物質灰混合吸收劑的CO2吸收機理108
4 1引言108
4 2沼液生物質灰混合吸收劑的CO2吸收機理108
4 3沼液生物質灰混合吸收劑的CO2吸收特性強化114
4 4沼液生物質灰混合吸收劑的CO2和H2S聯合脫除性能117
4 5沼液生物質灰混合吸收劑的CO2吸收經濟性與環境效益分析119
4 6本章小結123
第5章以沼液為載體時CO2在植物生態系統中的遷移轉化機理124
5 1引言124
5 2材料與方法125
5 3富CO2沼液施用時CO2在植物中的固定可行性132
5 4富CO2沼液施用對土壤微生物群落的影響139
5 5以沼液為載體時CO2在番茄中的固定途徑143
5 6以沼液為載體時CO2在植物生態系統中的固定潛力145
5 7本章小結150
第6章以生物質灰為載體時CO2在植物生態系統中的遷移轉化機理151
6 1引言151
6 2材料與方法152
6 3不同施肥管理策略下富CO2生物質灰的農業利用可行性分析156
6 4番茄對含生物質灰栽培土壤中的土壤源CO2的固定162
6 5不同施肥管理策略下植物生物質灰土壤系統的實際固碳潛力165
6 6本章小結166
第7章以沼液生物質灰混合物為載體時CO2在植物土壤微生物中的固定
與轉化168
7 1引言168
7 2材料與方法169
7 3富CO2生物質灰與富CO2沼液種植番茄的可行性171
7 4富CO2生物質灰與富CO2沼液施用對番茄果實品質的影響180
7 5富CO2生物質灰與富CO2沼液混合施用對番茄固碳能力的影響184
7 6富CO2生物質灰與富CO2沼液施用對土壤微生物的影響186
7 7本章小結193
參考文獻195

精彩書摘
CO2捕集是對碳進行捕集、利用和儲存(CCUS)的關鍵環節之一，也是當前的研究前沿與熱點之一。本書聚焦CO2化學吸收技術存在的關鍵問題；系統地介紹了典型綠色吸收劑的來源和CO2的吸收性能，以及以綠色吸收劑為紐帶時，CO2在農業生態系統中的利用可行性；著重介紹了沼液源綠色吸收劑、生物質灰基綠色吸收劑和沼液生物質灰混合吸收劑的CO2吸收機理，以及以這三種綠色吸收劑為載體時，CO2在植物生態系統中遷移轉化的機理等內容。本書另闢蹊徑，力圖將CO2吸收與CO2農業利用有機結合，從而達到大幅降低CO2吸收的能耗與成本的目的。希望本書的內容對碳捕集系統節能降耗這一領域的理論探索、技術創新以及學生的學習都有所啟迪。
本書力求通俗易懂，可作為科研人員和工程技術人員的專業學術參考書，也可作為高等院校師生研究與學習的參考書。

前言/序言
前言
以綠色吸收劑為紐帶的碳捕集及農業利用機制前言為滿足人類生產和生活的需求，自工業化革命以來，以煤、石油和天然氣為主的化石能源被大量使用，導致大氣中二氧化碳(CO2)的濃度急劇上升，進而導致全球氣候持續變暖。近年來，我們目睹了極端天氣頻發、海平面上升、北極海冰減少、南極夏季高溫等眾多與氣候變化直接相關的自然現象。為遏制全球氣候持續變暖，2018年10月，政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在特別報告《Global Warming of 1 5 ℃》中建議，將2100年的全球平均氣溫較工業化時期的上升幅度控制在1 5 ℃之內。為了實現這一宏偉目標，2030年，全球CO2排放量需要比2010年下降約45%，並在2050年實現碳中和。為了實現人類的可持續發展，世界各國紛紛設立了碳中和目標。2020年9月22日，國家主席習近平在第75屆聯合國大會一般性辯論上宣布：「中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。」2021年9月21日，國家主席習近平在北京以視頻方式出席了第76屆聯合國大會一般性辯論，並發表了題為《堅定信心 共克時艱
共建更加美好的世界》的重要講話，再次重申：「中國將力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，這需要付出艱苦努力，但我們會全力以赴。」為實現碳中和目標，除了需要大力提升非化石能源在一次能源消費中的佔比外，還需要大力發展碳捕集、利用和儲存(CCUS)技術。在無法完全放棄化石能源的情境下，CCUS將成為實現溫控目標的關鍵技術手段和托底技術。
CO2捕集是CCUS的關鍵環節之一，也是CCUS技術成本的關鍵影響因素之一。在眾多的CO2捕集技術中，CO2化學吸收法因技術成熟、適應面廣、操作簡單、無須對氣體加壓等優勢而備受關注。但CO2化學吸收技術存在系統投資大、能耗高等不足，這是目前亟待解決的關鍵技術難題之一。除了開發新型化學吸收劑及革新CO2吸收與解吸技術外，吸收劑不循環的單程CO2化學吸收(oncethrough CO2 chemical absorption)技術（以下簡稱單程CO2吸收技術）也值得重視。該技術取消了傳統CO2化學吸收工藝中的CO2解吸模塊，只保留了吸收劑的CO2吸收模塊，因而可通過剔除CO2的解吸能耗而大幅降低系統的能耗。同時，在取消了CO2解吸過程后，傳統CO2化學吸收系統中必需的解吸塔、再沸器、貧富液換熱器、解吸氣冷卻器和貧液冷卻器等裝置也將不復存在，因而系統投資可大幅下降。顯然，吸收劑不循環的單程CO2化學吸收技術具有大幅降低投資和系統能耗的理論潛能。但在該技術中，吸收劑不再循環使用，其成本將成為影響CO2捕集成本的關鍵因素。同時，CO2將依託富CO2吸收劑溶液而存在，其妥善處理或利用也成為必須解決的關鍵問題。另外，考慮到吸收劑的來源及CO2的利用等問題，單程CO2化學吸收技術的應用將會受到限制，近期可能更適合於對沼氣進行提純製備生物天然氣的情況。
近10年來，本書的作者在國家自然科學基金(52076101、51376078、32360335)、湖北省自然科學基金(2020CFA107)、中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(2662023GXPY001)和武漢市知識創新專項的基礎研究項目(2023020201010108)等項目的資助下，以分離沼氣中的CO2來製備生物天然氣為研究案例，針對單程CO2化學吸收技術的開發開展了大量研究，重點對沼液源、生物質灰基等綠色可再生吸收劑的CO2吸收機理，以及以富CO2沼液源和富CO2生物質灰基吸收劑為載體時，CO2在農業生態體系中的利用可行性與遷移轉化機制等進行了大量的基礎研究，積累了大量的基礎數據，並發現了一些有意思的現象和規律，從而為本書的撰寫奠定了堅實的基礎。
全書共分7章，主要介紹了沼液源綠色吸收劑、生物質灰基綠色吸收劑和沼液生物質灰混合吸收劑的CO2吸收機理，以及分別以沼液、生物質灰和沼液生物質灰為載體時，CO2在植物生態系統中的遷移轉化機理等內容，由晏水平、賀清堯和梁飛虹分工完成。本書編著的具體分工如下：第1章由晏水平和賀清堯共同撰寫，第2章由晏水平撰寫，第3章和第4章由賀清堯撰寫，第5章由晏水平和梁飛虹共同撰寫，第6章和第7章由梁飛虹撰寫，全書由晏水平統稿與校核。已畢業的碩士研究生王文超、徐朗、魏健東、馮椋等和在讀碩士研究生孫濤等參与了本書的相關工作，貢獻了個人智慧，在此向他們表示誠摯的謝意。
隨著綠色吸收劑日益受到重視，利用其進行CO2吸收及以其為載體提升生態系統碳匯能力的研究日新月異，對綠色吸收劑的製備、CO2反應機理及生態利用機制等關鍵問題的解析日漸深入。該研究涉及多學科交叉，挑戰與機遇並存。由於撰寫者水平有限，書中有些觀點和結論有待商榷，不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。
晏水平