溫室氣體

《京都議定書》1820年之前，沒有人問過地球是如何獲取熱量的這一問題。正是在那一年，讓-巴普蒂斯特-約瑟夫·傅里葉傅里葉（1768～1830年，法國數(shù)學家與埃及學家），回到法國后，他整年披著一件大衣，將大部分時間用于對熱傳遞的研究。他得出的結論是：盡管地球確實將大量的熱量反射回太空，但大氣層還是攔下了其中的一部分并將其重新反射回地球表面。他將此比作一個巨大的鐘形容器，頂端由云和氣體構成，能夠保留足夠的熱量，使得生命的存在成為可能。他的論文《地球及其表層空間溫度概述》發(fā)表于1824年。當時這篇論文沒有被看成是他的最佳之作，直到19世紀末才被人們重新記起。

其實只因為地球紅外線在向太空的輻射過程中被地球周圍大氣層中的某些氣體或化合物吸收才最終導致全球溫度普遍上升，所以這些氣體的功用和溫室玻璃有著異曲同工之妙，都是只允許太陽光進，而阻止其反射，近而實現(xiàn)保溫、升溫作用，因此被稱為溫室氣體。其中既包括大氣層中原來就有的水蒸氣、二氧化碳、氮的各種氧化物，也包括近幾十年來人類活動排放的氯氟甲烷（HFCs）、氫氟化物、全氟化物（PFCs）、硫氟化物（SF6）等。種類不同吸熱能力也不同，每分子甲烷的吸熱量是二氧化碳的21倍，氮氧化合物更高，是二氧化碳的270倍。不過和人造的某些溫室氣體相比就不算什么了，目前為止吸熱能力最強的是氯氟甲烷（HFCs）和全氟化物（PFCs）。

溫室氣體全球分布地球的大氣中重要的溫室氣體包括下列數(shù)種：水蒸氣（H2O）、臭氧（O3）、二氧化碳（CO2）、氧化亞氮（N2O）、甲烷（CH4）、氫氟氯碳化物類（CFCs，HFCs，HCFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）等。由于水蒸氣及臭氧的時空分佈變化較大，因此在進行減量措施規(guī)劃時，一般都不將這兩種氣體 納入考慮。至于在1997年于日本京都召開的聯(lián)合國氣候化綱要公約第三次締約國大會中所通過的〔京都議定書〕，明訂針對六種溫室氣體進行削減，包括上述所提及之：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）。其中以后三類氣體造成溫室效應的能力最強，但對全球升溫的貢獻百分比來說，二氧化碳由于含量較多，所佔的比例也最大，約為55%。

化石燃料燃燒為二氧化碳人為排放之主要來源，企業(yè)/產(chǎn)業(yè)于因應時，可資減量之方向包括：
能源替代：以天然氣替代其他燃料。
采用高效率或節(jié)電設備。
引進再生能源(風力、太陽能等)。
評估及增進廢棄物再利用。
資源物回收。
節(jié)約用水、廢水減量以降低廢水處理負荷。
廢棄物減量，以降低廢棄物焚化、掩埋或其他物理化學處理程序之負荷。
節(jié)約用電：照明管理、夏季空調(diào)管理及建筑物自然採光、防曬之設計。
環(huán)保標章或環(huán)境友善產(chǎn)品之開發(fā)、改良。
環(huán)境綠化。
控制人口增長。

甲烷(CH4)多屬天然排放，自然界的生物厭氧腐解作用本會有CH4之排放，如水體流動性不高之湖泊、濕地等均有較高貢獻。而人為活動造成的CH4排放因素則有自然水體受生活污水及工業(yè)廢水的污染、農(nóng)業(yè)畜牧活動及工業(yè)製造程序等。

農(nóng)業(yè)/畜牧業(yè)：
有機堆肥管理，及其臭氣的妥善處理或回收能源。
避免然燒農(nóng)作廢棄物或以焚燒大區(qū)域農(nóng)作地作為農(nóng)耕/開發(fā)方式。

工業(yè)程序：
降低儲油輸油設施之洩漏、逸散。
燃燒系統(tǒng)妥善管理、維護，降低意外或跳機事件之頻率。
儲油槽設置隔熱裝置，降低逸散。
涂裝改採低油性或無油性涂料施作。
垃圾掩埋場沼氣引燃或回收能源。
廢水場厭氧處理之沼氣處理或回收熱能。

氧化亞氮(N2O)人為排放源多為農(nóng)業(yè)/畜牧之相關活動，工業(yè)程序之排放則以需用氮元素相關化工原料製程為主如硝酸(Nitric Acid)、己二酸(Adipic Acid)(以硝酸為反應原料之一)等。

農(nóng)業(yè)/畜牧業(yè)：
有機堆肥管理，及其臭氣的妥善處理或回收能源。
避免然燒農(nóng)作廢棄物或以焚燒大區(qū)域農(nóng)農(nóng)作地作為農(nóng)耕/開發(fā)方式。

工業(yè)程序：
提高相關化學品反應主產(chǎn)品生成率(程序替代或設備改良方式均可達成)。
相關化學品化學反應后端設置De-NOx設施。
焚化爐(特別是生物污泥焚化爐) 設置De-NOx設施。
生活污水妥善處理。

氫氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)排放減量

氫氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)多用于替代蒙特婁議定書列管破壞臭氧層物質(zhì)(ODS)：氟氯碳化物(CFCs)。HFCs、PFCs相關用途包括冰箱空調(diào)冷媒、滅火劑、氣膠、清洗溶劑、發(fā)泡劑等；而SF6則有用于絕緣氣體、滅火劑等。該三類管制溫室氣體于製造及使用階段均可能造成排放。
選用CFCs替代品時，同時考量GWPs(Global Warming Potentials)低者。GWPs參見表列。
空調(diào)、滅火系統(tǒng)之相關管路避免洩漏。
用于清洗溶劑時，配合其他清洗程序及清洗設施改善，提昇清洗效率，降低清洗溶劑用量。
清洗溶劑回收系統(tǒng)改善，提昇回收量、降低溶劑散失量。
發(fā)泡產(chǎn)品製造程序確實做好廢氣收集及處理。

氣候變化與溫室氣體減排發(fā)達國家在減少溫室氣體排放方面主要是采取具有綜合性的經(jīng)濟和財政政策，包括：自愿協(xié)議、能源/二氧化碳稅、排放貿(mào)易、可再生能源或熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)配額、能源效率標準、對可再生能源等的直接資金鼓勵如優(yōu)惠費率、贈款、免稅措施等等。但是這些政策隨著實施情況的差別,也在發(fā)生不斷變化。以能源/CO2稅收為例，已經(jīng)從單純稅收向“稅收+補貼”的形式轉變。

從上世紀90年代初,一些發(fā)達國家為了提高財政收入和/或降低對國外石油供應的依賴程度而開始實行能源或以燃料碳含量為依據(jù)的CO2稅。由于能源/CO2稅具有減少能源消費和溫室氣體排放的作用，許多發(fā)達國家都把能源/二氧化碳稅作為減少溫室氣體排放的重要措施。但是，后來，為了避免能源/二氧化碳稅影響本國工業(yè)在世界市場上的競爭力，一些國家對高耗能部門實行了低稅率，挪威降低了海上油氣生產(chǎn)的CO2稅率，瑞典制造業(yè)的CO2稅率已經(jīng)改為標準稅率的35%，某些能源密集型工業(yè)的稅率也已經(jīng)降低到接近為零稅率，英國的能源密集型工業(yè)的稅率僅為標準稅率的20%。為了激勵節(jié)能技術的發(fā)展，又避免影響本國工業(yè)在國際市場的競爭力，很多國家變稅收為補貼。實行了對可再生能源和熱電聯(lián)產(chǎn)等高能效技術的稅收優(yōu)惠或減免政策，以鼓勵其供應和消費。從供應端來說，主要包括對與可再生能源生產(chǎn)或熱電聯(lián)產(chǎn)相關的各種稅收如生產(chǎn)稅、固定資產(chǎn)稅、增值稅、進口關稅等的優(yōu)惠或減免。

英國政府為熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展制定了稅收優(yōu)惠政策。2002年,英國的熱電聯(lián)產(chǎn)裝機為4700MW,按照政府的目標,在2010年時要建成高效的熱電聯(lián)產(chǎn)10000MW,為此英國政府對熱電聯(lián)產(chǎn)不征收氣候變化稅，并以稅收優(yōu)惠的形式對投資熱電聯(lián)產(chǎn)的企業(yè)提供投資補助。

法國對熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)減少50%的企業(yè)稅，地方政府可以將減少率提高到最多100%。對可再生能源的使用也實施了稅收優(yōu)惠政策,通過稅收優(yōu)惠和降低增值稅率，企業(yè)用于購買可再生能源設備的成本將降低15%，同時，對可再生能源投資的企業(yè)一年以后可以享受加速折舊的政策。

中國：到2020年中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃，并制定相應的國內(nèi)統(tǒng)計、監(jiān)測、考核辦法。通過大力發(fā)展可再生能源、積極推進核電建設等行動，到2020中我國非化石能源占一次能源消費的比重達到15％左右；通過植樹造林和加強森林管理，森林面積比2005年增加4000萬公頃，森林蓄積量比2005年增加13億立方米。

美國：將在哥本哈根氣候變化大會上承諾2020年溫室氣體排放量在2005年基礎上減少17%。

大氣中的二氧化碳是植物光合作用合成碳水化合物的原料，它的增加可以增加光合產(chǎn)物，無疑對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利。同時，它又是具有溫室效應的氣體，對地球熱量平衡有重要影響，因此它的增加又通過影響氣候變化而影響農(nóng)業(yè)。此外，大氣中具有溫室效應的微量氣體還有甲烷、氯氟烴、一氧化碳、臭氧等，總的溫室效應中二氧化碳的作用約占一半，其余為以上各種微量氣體的作用。

二氧化碳濃度有逐年增加的趨勢，50年代其質(zhì)量分數(shù)年平均值約315×10（-6），70年代初已增加至325×10（-6），目前已超過345×10（-6），平均每年增加1.0~1.2×10（-6），或每年約以0.3%的速度增長。綜合多數(shù)測定結果，在工業(yè)革命以前的二氧化碳質(zhì)量分數(shù)為275×10（-6）。

大氣中二氧化碳濃度增加的主要原因是工業(yè)化以后大量開采使用礦物燃料。1860年以來，由燃燒礦物質(zhì)燃料排放的二氧化碳，平均每年增長率為4.22%，而近30年各種燃料的總排放量每年達到50億噸左右。

大氣中二氧化碳增加的另一個主要原因是采伐樹木作燃料。森林原是大氣碳循環(huán)中的一個主要的“庫”，每平方米面積的森林可以同化1~2kg的二氧化碳?？撤ド謩t把原本是二氧化碳的“庫”變成了又一個向大氣排放二氧化碳的“源”。據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO,1982）估計，70年代末期每年約采伐木材24億立方米，其中約有一半作為燃柴燒掉，由此造成的二氧化碳質(zhì)量分數(shù)增加量每年可達0.4×10（-6）左右。

近200年來，另一個主要的溫室氣體--甲烷的增加也十分迅速。人和草食動物的腸道、糞便、沼澤地，稻田等都是產(chǎn)生甲烷的“源”。此外，人類在開采天然氣和煤炭時，也向大氣中排放甲烷。在工業(yè)化以前，大氣中的甲烷的質(zhì)量分數(shù)只有0.7×10（-6），現(xiàn)在已接近1.9×10（-6），預計到2030年可達到2.34×10（-6）。

氯氟烴是近50年工業(yè)污染的結果，70年代初首次檢測到大氣中的氯氟烴。由于氯氟烴可以破壞大氣臭氧層而且本身又具有溫室效應，因而已受到各國重視。

根據(jù)以上綜合分析，如果按現(xiàn)在二氧化碳等溫室氣體濃度的增加幅度，到21世紀30年代，二氧化碳和其它溫室氣體增加的總效應將相當于工業(yè)化前二氧化碳濃度加倍的水平，可引起全球氣溫上升1.5~4.5℃,超過人類歷史上發(fā)生過的升溫幅度。由于氣溫升高，兩極冰蓋可能縮小，融化的雪水可使海平面上升20~140cm，對海岸城市會有嚴重的直接影響。

氣候變化及其影響是多尺度、全方位、多層次的，正面和負面影響并存，但負面影響更受關注。全球變暖對許多地區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)產(chǎn)生了影響，如氣候異常、海平面升高、冰川退縮、凍土融化、河（湖）冰遲凍與早融、中高緯生長季節(jié)延長、動植物分布范圍向極區(qū)和高海拔區(qū)延伸、某些動植物數(shù)量減少、一些植物開花期提前，等等。

美國環(huán)境保護署認定，二氧化碳等溫室氣體是空氣污染物，“危害公眾健康與人類福祉”，人類大規(guī)模排放溫室氣體足以引發(fā)全球變暖等氣候變化。

二氧化碳等溫室氣體的增加對氣候和生態(tài)系統(tǒng)的影響是一個更為復雜的問題。二氧化碳增加雖然有利于增加綠色植物的光合產(chǎn)物，但它的增加引起的氣溫和降水的變化，會影響和改變氣候生產(chǎn)潛力，從而改變生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力和農(nóng)業(yè)的土地承載力。這種因氣候變化而對生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)的間接影響，可能大大超過二氧化碳本身對光合作用的直接影響。按照氣候模擬試驗的結果，二氧化碳加倍以后，可能造成熱帶擴展，副熱帶、暖熱帶和寒帶縮小，寒溫帶略有增加，草原和荒漠的面積增加，森林的面積減少。二氧化碳和氣候變化可能影響到農(nóng)業(yè)的種植決策、品種布局和品種改良、土地利用、農(nóng)業(yè)投入和技術改進等一系列問題。因此在制定國家的發(fā)展戰(zhàn)略和農(nóng)業(yè)的長期規(guī)劃時，應該考慮到二氧化碳增加可能導致的氣候和環(huán)境的變化背景。這個問題對于面臨人口膨脹和人均資源貧乏兩大壓力的我國，顯得尤為重要和緊迫。

甲烷（CH4）：甲烷是在缺氧環(huán)境中由產(chǎn)甲烷細菌或生物體腐敗產(chǎn)生的，沼澤地每年會產(chǎn)生150Tg（1T=1012）消耗50Tg，稻田產(chǎn)生100Tg消耗50Tg，牛羊等牲畜消化系統(tǒng)的發(fā)酵過程產(chǎn)生100－150Tg，生物體腐敗產(chǎn)生10－100Tg，合計每年大氣層中的甲烷含量會凈增350Tg左右。它在大氣中存在的平均壽命在8年左右，可以通過下面的化學反應：
CH4 + OH --> CH3 + H2O
消耗掉，而用于此反應的氫氧根（OH）的重量每年就達到500Tg。
一氧化二氮（N2O）：它在大氣層中的存在壽命是150年左右，盡管在對流層中是化學惰性的，但是可以利用太陽輻射的光解作用在同溫層中將其中的90％分解，剩下的10％可以和活躍的原子氧O(1D)反應而消耗掉。即使如此大氣層中的N2O仍以每年0.5－3Tg的速度凈增。
N2O + hv --> N2 + O(1D)
N2O + O(1D) --> N2 + O2
N2O + O(1D) --> 2NO
氯氟碳化合物（CFC-11和CFC-12）：它們在對流層中也是化學惰性的，但也可在同溫層中利用太陽輻射光解掉或和活性碳原子反應消耗掉。
CCl3F + hv --> CCl2F + Cl,
Cl2F2 + hv --> CClF2+ Cl
CCl3F + O(1D) --> CCl2F + ClO
CCl2F2 + O(1D) --> CClF + ClO
通過以上的文字我們從根本上了解了溫室效應，及引發(fā)這種效應的各種氣體的存在情況，我們不禁會對它對環(huán)境的影響產(chǎn)生好奇。其實和許多別的事情一樣，這種影響也是相互的，接下去我們就看看全球變暖也就是溫度和各種現(xiàn)象之間的相互制約關系。

大氣中主要的溫室氣體是水汽（H2O），水汽所產(chǎn)生的溫室效應大約占整體溫室效應的60%～70％，其次是二氧化碳（CO2）大約占了26％，其他的還有臭氧（O3），甲烷（CH4），氧化亞氮（N2O）全氟碳化物（PFCs）、氫氟碳化物（HFCs）、含氯氟烴（HCFCs）及六氟化硫（SF6）等。