“碳中和科学与工程”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“碳中和科学与工程”专题

我国在2020年提出“努力争取2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”的目标，标志着中国正式启动实施碳达峰碳中和(“双碳”)国家重大战略。碳中和既是一场系统深刻的经济社会变革，也是一项系统性工程，涉及经济社会发展模式转型、能源革命、科技革命、产业革命、生活革命等多维度，而科技支撑是其实现的关键。为应对全球气候变化，实现人类与地球生态系统的可持续发展，碳中和科学与工程交叉学科应运而生，并显现出勃勃生机，受到学术界的高度关注。

行业视野: 碳中和
类别; 150个
关键词; 169位
专家; 30篇
论文; 7648IP
点击量; 2478次
下载量

荒漠化矿区不同土地利用类型土壤呼吸及其影响因子

作者(Author)：刘英, 林家权, 岳辉, 毕银丽, 彭苏萍

摘要：深入了解荒漠化露天矿不同土地利用方式下不同深度土壤呼吸昼夜变化规律及影响因子，对评估生态脆弱的露天矿区生态系统碳循环至关重要。以红沙泉露天矿为研究对象，采用EGM-5便携式红外气体观测系统，监测获取不同土地利用类型下不同深度土壤昼夜呼吸速率并获取相关影响因子，分析得到各土地利用类型土壤呼吸变化规律与特征及其主要影响因素。结果表明：① 5种代表性地物类型之间的昼夜土壤呼吸差异显著，10和30 cm土壤呼吸速率日均值表现为人工林 > 红沙泉 > 排土场复垦区 > 柽柳林 > 南线，10 cm分别为5.72、0.98、0.34、0.08、−0.08 μmol/(m2·s)，30 cm分别为5.14、2.18、0.77、0.40、−0.05 μmol/(m2·s)，南线为碳汇，其余4种地物类型为碳源。② 土壤呼吸速率昼夜变化规律明显，排土场复垦区不同土层和红沙泉10 cm土壤呼吸昼夜变化呈“双峰”趋势，人工林、南线不同土层及红沙泉30 cm均呈“单峰型”，而柽柳林10和30 cm土壤呼吸昼夜变化呈“多峰型”。③ 在日尺度上，排土场复垦区、人工林和红沙泉10 cm土壤呼吸速率与土壤温度(P < 0.05)和土壤含水量(P < 0.01)呈显著正相关；土壤温度和土壤含水量能较好的综合解释矿区内5种地物类型土壤呼吸速率50.5%～97.3%的变化，而南线10 cm仅11.3%。土壤温度对柽柳林和南线土壤昼夜呼吸影响较弱，白天土壤温度限制土壤呼吸，而夜间及清晨土壤温度促进土壤呼吸。④ 柽柳林和南线土壤呼吸与土壤碳含量关系与其余3种地物类型不同，与无机碳(SIC)呈显著负相关(相关系数r=0.69, P < 0.01)，无机过程造成土壤呼吸速率为负值，SIC是土壤碳汇的关键影响因素；而排土场复垦区、人工林和红沙泉均与溶解性活性有机碳(DOC)呈较强负相关性，排土场复垦区和柽柳林土壤呼吸还与土壤有机碳(SOC)存在较强正相关性，SOC和DOC是土壤碳源的重要影响因子。综上所述，红沙泉矿区内不同地物类型和不同深度土壤呼吸速率差异显著，不同深度土壤呼吸对土壤温度等环境因子响应存在差异，初步阐明SIC是土壤碳汇的重要因子，SOC和DOC是土壤碳源的重要因子，为矿区碳排放、碳循环提供基础数据。

免费下载

煤炭学报

2023年第07期

194

55
基于响应面法游湖沉积物-水界面溶解性碳交换通量研究

作者(Author)：路平, 张浩然, 任峰, 袁涛, 刘怡君

摘要：湿地作为陆地生态系统最重要的碳汇，是减缓全球大气中二氧化碳含量上升和全球气候变暖的重要途径。目前研究多针对于自然湿地中储碳量和碳密度的研究，对于因煤炭开采形成的采煤塌陷湿地碳密度及其变化研究则相对较少。基于对采煤塌陷湿地水体和沉积物中碳含量和影响因子的调查，研究采煤沉陷湿地沉积物−水界面不同形态碳交换通量规律，评估沉积物对于上覆水中碳素的源/汇特征，探讨不同环境因子单一及交互作用下沉积物−水界面各形态碳的交换通量的变化规律。针对徐州九里湖采煤塌陷湿地沉积物和水体进行研究，分别于 2020年12月、2021年4月和2021年8月采集沉积物和上覆水，分析沉积物和水体中碳素的赋存特征以及影响碳素含量的关键因子。通过室内模拟试验，进行沉积物−水界面溶解性碳交换通量研究，并探讨主要环境因子对溶解性碳交换通量的影响。最后基于响应面法构建沉积物−水界面溶解性碳交换通量回归模型，预测采煤沉陷湿地溶解性碳最小释放条件，估算采煤塌陷湿地溶解性碳释放总量。结果如下：温度升高会导致溶解性碳交换通量增大，而pH对其影响较小；在高氧(9.0 mg/L)和低氧(3.0 mg/L)条件下，溶解性有机碳(DOC)和溶解性无机碳(DIC)交换通量相对较高，在中氧(6.0 mg/L)条件下，相对较小。得出在环境因子交互作用下的最优化条件，当温度为 5.69 ℃、pH为7.18、溶解氧DO为6.38 mg/L时，DOC和DIC交换通量区的最小值分别为2.32、3.54 mg/(m2·h)。估算出湿地8月沉积物DOC和DIC释放总量最高，分别为1.75、5.76 t；12月沉积物DOC和DIC释放总量最低，分别为0.98、2.01 t。结果表明，环境因子对 DOC 和 DIC 交换通量均有不同程度影响，温度通过改变吸附能力和生物活性的方式使 DOC 和DIC 交换通量随温度增加而增大；pH 影响着沉积物中碳酸盐的溶解度使得 DIC在碱性环境中增加不明显，但对 DOC 交换通量影响较小。DOC和DIC释放总量变化规律一致，夏季温度较高，沉积物微生物活性强，促进DOC和DIC向上覆水中大量释放，冬季温度低，释放作用显著下降。沉积物−水界面溶解性碳交换通量只考虑了温度、pH 和 DO三个条件，然而影响物质在沉积物−水界面的迁移转化还包括沉积物自身特性、生物扰动以及重金属等因素，对于因采煤形成的湿地，沉积物中金属离子对溶解性碳的释放更应引起注意，在后面的研究中可以微生物为切入点，探究沉积物碳“源”与“汇”转换的临界条件。

免费下载

煤炭学报

2023年第07期

150

55
煤炭资源枯竭转型城市植被碳汇变化观测：以徐州为例

作者(Author)：许庆, 秦凯, 鹿凡, 康涵书, 侯湖平

摘要：在国家“碳达峰、碳中和”战略背景下，资源枯竭型城市的生态修复正成为固碳增汇的重要途经，利用长时间序列观测数据开展固碳增汇能力定量评价，将为设计资源枯竭型城市生态修复方式提供有价值的参考。以我国东部典型资源枯竭转型城市徐州为研究区域，通过“涡度相关法”和“卫星遥感”2种方式观测分析了总初级生产力(Gross Primary Productivity，GPP)的时空变化特征。结果表明：① 在生长季植被生长旺盛的时候，MODIS卫星遥感对GPP存在低估，是由于光能利用率模型将同种植被的最大光能利用率设为定值，不能体现植被生长状态的影响，从而增加了估算光能利用率的不确定性。但MODIS GPP与涡度相关通量塔实测GPP数据变化趋势一致，有较强的相关性(R2=0.587，P=0)，因此MODIS GPP数据可用于徐州矿区生态修复前后GPP变化特征分析。② 2005—2011年，徐州煤矿开采对徐州矿区生态环境破坏严重，固碳能力持续减弱，2011年后徐州地区采取生态修复措施，GPP明显升高，到2015年GPP达到最高值(0.878 kgC/(m2·a))，2016—2020年GPP变化趋于稳定(0.85 kgC/(m2·a)左右)。③ 徐州采取的矿区关闭、煤矸石回填、生态公园建设等一系列生态修复措施，提高了原有矿区的固碳增汇能力，形成了自稳定生态系统，且未来仍有改善的趋势，证明对煤炭资源枯竭型城市进行生态修复可以在5～10 a内有效改善当地生态环境，快速提升当地的植被固碳能力，为其他煤炭资源枯竭型城市的生态修复提供参考。

免费下载

煤炭学报

2023年第07期

231

45
煤炭工业全生命周期碳排放核算与影响因素

作者(Author)：李姗姗, 袁亮

摘要：煤炭工业低碳转型既是其实现高质量发展的内在要求，也是落实国家“双碳”战略目标的重要抓手。“双碳”目标对煤炭工业碳减排提出了更高要求，精准把控煤炭工业减排降碳现状是高质量实现“双碳”目标的基础与前提，本研究旨在对煤炭工业全生命周期碳排放量及影响因素进行研究。以中国煤炭工业为研究对象，从开采分选、运输、加工转换、消费利用4个阶段对煤炭工业的碳排放进行核算，并进一步对煤炭消费物质流及煤炭工业全生命周期碳流通进行分析，最后使用MDI模型对我国煤炭工业碳排放的驱动因素进行解析。结果表明：① 2000—2020年中国煤炭工业碳排放量年均增长6.39%，其中加工转换阶段为煤炭工业碳排放的主要贡献者，其碳排放量从129623万t增加到500365万t，年均增长6.99%。② 2020年煤炭工业各子行业碳排放从大到小依次为：煤发电工业(53.41%)、黑色金属冶炼及压延加工业(17.88%)、煤制热工业(9.73%)、非金属矿物制品业(5.86%)、化学原料及化学制品制造业(5.86%)、煤炼焦工业(1.35%)等。③ 对煤炭工业碳排放表现为正向驱动效应的因素为经济发展(1179835万t)、碳强度(120579万t)、人口规模(58985万t)；对煤炭工业碳排放表现为负向抑制效应的因素为能源效率(−523272万t)、能源结构(−149807万t)、产业结构(−141118万t)。研究是对算清煤炭供需“大账”需求的重要响应，有助于靶向制定煤炭工业减排降碳引导策略，助推煤炭工业“双碳”战略尽快实现。

免费下载

煤炭学报

2023年第07期

294

73
国内外碳封存数据信息建设进展及CO2 地质封存GIS基础数据平台建设初探

作者(Author)：孙杰, 刘亢, 谭克龙, 林中月, 桑树勋, 徐翰, 蒋喆, 韩思杰, 邹卓

摘要：CO2地质封存GIS(Geographic Information System, 地理信息系统)基础数据平台建设是部署CCUS(Carbon Capture，Utilization and Storage, 碳捕集、利用与封存)全链条示范工程的重要基础。通过研究国内外典型碳封存数据平台，分析了碳封存数据的特征：多源、多尺度、多类型，认为有以下几方面需要进一步加强：平台功能基本为数据存储管理展示，需进一步加强模型嵌入动态分析；需进一步加强封存与能源资源协同方面研究。在此基础上，初步设计了CO2地质封存GIS基础数据管理处理平台架构：以Map GIS空间数据库和SQL Server属性数据库为数据基础，利用实现系统Microsoft.Net Frame开发框架及Web GIS等技术构建，系统核心逻辑结构分为资源数据层、技术支撑层、业务应用层、用户权限层共4层，安全保障体系、管理支撑体系、标准规范体系共3个外围支持体系。数据平台建设关键技术包括碳封存地质GIS数据多元异构数据融合，二次开发导入封存能力评价模型、源汇匹配动态模型、能源资源协同模型共3个模型。并初步设计了数据平台首页界面、专题图件及成果输出界面、盆地级成果图件界面、封存潜力—源汇匹配—能源资源协同数据分析界面共4个界面。CO2地质封存GIS基础数据管理处理平台的建设，将为源头减碳去碳解决方案选择、CCUS区域性规模化部署的地质封存选址和CCUS大规模示范工程开展提供科学基础。

免费下载

煤炭学报

2023年第07期

212

69
基于成像高光谱技术的露天煤矿区复垦土壤剖面有机碳和全氮预测及制图

作者(Author)：彭思涵, 包妮沙, 雷海梅, 刘善军, 杨天鸿

摘要：露天煤矿区复垦土壤在经过开采—剥离—覆盖过程后，其有机碳(SOC)和全氮(TN)的垂直分布发生巨大变化，并且直接决定植被恢复物种的选择和生态恢复效果。因此，在双碳目标下，复垦SOC和TN在0～100 cm剖面的监测及制图，是评估矿区生态恢复及复垦工程固碳的重要基础。相比于传统的化学方法，高光谱技术是一种快速而且无损，已经广泛应用于土壤属性估测的技术，成像高光谱技术相比于点位光谱测量具有图谱合一的优势。因此以我国北方干旱半干旱草原大型露天煤矿复垦土壤为研究对象，采集不同复垦工程、复垦年限的土壤剖面样本，揭示不同复垦年限和复垦方式下土壤剖面SOC和TN垂直分布规律和高光谱特征，通过深度挖掘和筛选SOC和TN特征波段和指数，构建可解释性机器学习模型，从而实现土壤剖面SOC和TN的制图，结果表明：① 土壤光谱反射率随SOC和TN质量分数的增加而降低，通过集成皮尔森相关性分析和选择连续投影算法，对点状高光谱数据进行降维和去冗余，最终明确表征SOC质量分数的30个特征波段和表征TN质量分数的18个特征，并基于特征波段建立了SOC和TN三维光谱特征指数；② 通过对比偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林模型(RF)和径向基函数(RBF)神经网络预测模型，发现对光谱数据进行特征波段筛选和变换，可以提高预测精度，其中随机森林模型预测SOC和TN的精度最高，对SOC的预测结果为R2=0.97、RMSE=7.5 g/kg、LCCC=0.84、bias=3.70，TN预测结果为 R2=0.78、RMSE=0.33 g/kg、LCCC=0.74、bias=0.19；③ 利用SHAP可解释机器学习模型方法对输入特征进行重要度排序，发现提出的三维光谱指数对模型预测的贡献大于大部分特征波段；④ 使用最佳模型可以快速绘制出成像高光谱图像中每个像素的SOC和TN质量分数，实现矿山土壤剖面中SOC和TN质量分数的制图和可视化。基于成像高光谱技术绘制露天煤矿区复垦土壤剖面可以揭示复垦土壤形成和演化过程，阐明复垦年限、复垦植被类型在剖面演替过程中的驱动力，为露天煤矿区复垦土壤碳汇潜力的动态监测以及土壤固碳技术的效益评价提供重要的数据来源和技术支持。

免费下载

煤炭学报

2023年第07期

207

57

首页上一页 2 3 4

推荐专家

袁亮

岳辉

推荐专题

亮点论文

推荐企业

中国煤炭科工

“碳中和科学与工程”专题

煤问提

煤传媒

煤视界

科技创新50强

会员中心