
【化】 fixed carbon
fix; moor; peg; rivet; root; secure; tackle
【計】 lock-up
【化】 anchorage
【醫】 fix; fixation; fixing; fixity; immobilize; lock
carbon
【化】 carbon
【醫】 C; carbon; carboneum
固定碳(Fixed Carbon)在環境科學和能源領域指通過物理或化學過程将氣态二氧化碳轉化為穩定固态形式的過程。這一概念在碳循環研究和碳中和實踐中具有核心地位,主要包含以下維度:
自然固定機制 光合作用是典型的生物固碳形式,植物通過卡爾文循環将CO₂轉化為葡萄糖,據《環境科學大辭典》記載,全球陸地生态系統年均固碳量達123±8億噸。海洋生物泵作用則通過浮遊生物将碳輸送至深海,形成地質時間尺度的碳封存。
工業技術路徑 碳捕集與封存(CCS)技術包含燃燒前捕集、富氧燃燒等方法,國際能源署(IEA)數據顯示,當前全球運行中的大型CCS項目每年可封存4000萬噸CO₂。礦物碳化技術利用橄榄石等矽酸鹽礦物與CO₂反應生成碳酸鹽,具有萬年尺度的穩定性。
計量标準體系 根據ISO 14064-2:2019标準,固定碳量需通過質量平衡法核算,包含捕獲率、封存完整性和洩漏風險評估三大指标。美國材料與試驗協會(ASTM)D3172規範了固定碳的實驗室測定方法。
該術語在《聯合國氣候變化框架公約》締約方會議文件中常與"碳移除"(Carbon Dioxide Removal)形成術語對,強調其作為負排放技術的實施載體作用。在材料科學領域,固定碳特指熱解過程中有機物質分解後殘留的非揮發性碳組分,該定義可見于《燃料化學學報》熱解反應機理研究。
固定碳是煤炭工業中的重要質量指标,指煤在高溫熱解後去除水分、灰分及揮發分後的固态殘留物,主要成分為碳元素。以下是詳細解釋:
定義與組成
固定碳是煤或焦炭中不可揮發的固體可燃成分。其含量通過扣除煤樣中的水分、灰分和揮發分計算得出,反映了煤在燃燒或氣化過程中可穩定參與反應的碳含量。
計算方法
計算公式為:
$$
text{固定碳} = 100% - (text{水分} + text{灰分} + text{揮發分})
$$
實驗室測定時,通常将煤樣在850–900℃下加熱,剩餘焦渣減去灰分即為固定碳。
工業應用
與煤質的關系
固定碳含量與揮發分成反比,揮發分低的煤種(如無煙煤)固定碳含量高,適合用作冶金燃料;揮發分高的煤種(如褐煤)固定碳較低,多用于發電。
測定方法
标準方法為将1g煤粉置于坩埚中,在900℃加熱7分鐘,揮發物逸出後,剩餘物質量減去灰分即得固定碳值。
擴展說明:固定碳不同于元素分析中的“碳含量”,後者包含有機物中的所有碳形态,而固定碳僅指熱解後的固态碳。需注意,中提到的“固定碳是可再生能源”表述不準确,煤炭本身屬于不可再生資源。
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