- 水泥生产中产生的大气二氧化碳2通过将浓度波动与化石燃料和陆地生物的贡献分开来提取浓度波动
- CO 基于提取的波动和工厂水泥产量统计数据2使用大气传输模型确认与排放的一致性
- 工厂应用负排放技术时的二氧化碳2作为监控还原状态的方法很有用
岩手县大船渡市日本气象厅观测站的大气 CO2浓度和O2浓度观察示例（与周期平均值的偏差）。通过将两者结合起来，水泥生产中产生的二氧化碳2通过提取浓度波动并与当地大气传输模型的计算结果进行比较，CO2可以评估排放。
*这是对原始论文中的数字的引用或修改。许可证：CC BY 40
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）环境创造研究部环境动态评估研究组、研究组组长石户茂幸（兼任：零排放国际合作研究中心）、近藤宏明、材料测量标准研究部、气体和湿度标准研究组客座研究员、青木伸之首席研究员（兼任：零排放）排放国际协作研究中心）、日本气象厅气象研究所气象研究所的坪井一宏主任、石岛健太郎首席研究员、松枝英和研究员正在调查大气二氧化碳（CO2) 和氧气 (O2)和局部大气传输模型与 5 公里外一家水泥厂的 CO 相结合2我们开发了一种评估排放的方法。
在化石燃料燃烧和生物活动中，CO2O因放电2将会被消耗。也用作水泥厂水泥的原料熟料（主要成分：CaO）。作为热源的化石燃料燃烧产生的二氧化碳2排放和 O2将会发生消耗。然而，石灰石反应得到熟料（CaCO3→CaO+CO2) 本身，CO2被弹出，但是O2没有被消耗。在本文中，O2非消耗过程中释放的二氧化碳22”根据这一特征，大气中的CO2浓度和O2通过同时高精度地观测浓度并将两者结合起来，来自水泥生产的二氧化碳2可以提取浓度波动。提取的波动是根据工厂水泥生产CO的统计值2我们将排放量输入大气传输模型，并能够利用模拟结果解释日本气象厅观测站的浓度波动。因此，通过利用大气观测结果和大气传输模型，我们确定了工厂水泥生产中产生的二氧化碳量2这意味着我们已经估算了排放量。该方法使用CO2O用于发射和吸收2非反应过程。因此，“水泥生产”就是CO2来自大气DAC（直接空气捕获）负排放技术''，当技术引入后，CO2这是一种有前途的监测实际减少量的方法。
该技术的详细信息将于 2024 年 1 月 24 日发布。大气化学和物理''杂志。
CO2CO2我们正在推动减排技术的社会实施研究和开发。为了实现碳中和，除了努力减少化石燃料消耗外，还必须减少大气和废气中的二氧化碳排放。2二氧化碳2验证减排效果，CO2最终结果的大气浓度观测排放和吸收预计将成为一种客观的监测工具。然而，由于国际上大规模实施负排放技术的例子很少，尚无法充分证明通过大气观测进行监测是否有效。
AIST 迄今为止已调查了东京大气中的二氧化碳2浓度和O2CO浓度高精度观测2开发了一种按燃料类型评估排放量的方法，以减少宣布紧急状态后东京住宅区的二氧化碳排放量2已应用于排放量变化评估等(2020 年 5 月 15 日 AIST 新闻稿、2021 年 7 月 30 日 AIST 新闻稿）。这次，在日本气象厅大气环境观测站，全球二氧化碳2循环分析，CO 持续很长时间2浓度和O2通过关注浓度观测结果中偶尔出现的短期波动，并结合当地大气传输模型进行分析，我们确定二氧化碳来自于距离观测站 6 公里的岩手县大船渡市太平洋水泥大船渡工厂的水泥生产过程2排放量已评估。基于所获得的结果，我们研究了将该方法应用于负排放技术评估的可能性。
这项研究和开发得到了环境省全球环境保护实验研究基金（经济产业省实施的项目）和 JSPS 科学研究补助金 22H03739、JP22H05006 和 JP19H01975 的支持。
图1 太平洋水泥大船渡工厂与位于大船渡市三陆町良里的日本气象厅大气环境观测站的位置关系。
它们相距约 6 公里，其间有海拔 445 m 的阿亚里山口。
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AIST 和气象研究所是 O2浓度和二氧化碳2位于岩手县大船渡市三陆町良里的日本气象厅大气环境观测站安装了连续浓度观测装置，自2017年以来一直在进行观测。图2左侧显示了2017年8月至2018年11月的观测结果。O2是来自化石燃料燃烧的CO2陆地生物活动中的二氧化碳在排放时被消耗2被吸收和释放。因此观察到的 O2浓度和二氧化碳211988_120542浓度和二氧化碳2我展示了浓度之间的关系。从这个图可以看出，O2浓度/CO2浓度斜率由于化石燃料燃烧或陆地生物活动，经常观察到坡度小于预期。这是由于大船渡工厂生产水泥所致。22穿过大气层传送到天文台。换句话说，通过组合表示水泥的红色箭头和表示化石燃料燃烧和陆地生物活动的黑色和绿色箭头，如图2右侧所示，O2浓度/CO2据认为浓度斜率正在发生微小波动。此外，当观测到这种波动时，日本气象厅观测到的一氧化碳（CO）浓度也显示出较高的值。这表明工厂正在燃烧化石燃料并排放二氧化碳，以提供水泥生产所需的热量和电力。
图2（左）日本气象厅三陆町良里大气环境观测站观测到的大气O2二氧化碳浓度2CO 浓度的浓度和变化。哦2浓度表示为与观察周期初始值的偏差。 （右）左图观测值减去一周平均值得到O2浓度和二氧化碳2浓度关系。图中的箭头表示来自水泥生产（红色）、陆地生物活动（绿色）、化石燃料燃烧（黑色）和 DAC 等负排放技术的二氧化碳。2吸收产生O（橙色）2浓度和二氧化碳2显示浓度之间的关系。
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因此，化石燃料燃烧和陆地生物活动O2/CO2兑换比例，O2浓度和二氧化碳2通过结合观察到的浓度值，几乎可以消除这些影响以及水泥生产中的二氧化碳2已提取浓度波动。提取值是根据工厂的水泥产量统计2为了验证这是否与排放量一致，我们使用了 AIST 开发的当地大气传输模型。在此模型中，大气中的 CO2可以对浓度分布及其时间变化进行数值模拟。因此，CO2将排放量输入模型并输入日本气象厅站的 CO2计算上述浓度和O的时间变化2·CO2与使用观察到的浓度值的提取结果进行比较。
图3左侧，日本气象厅观测站观测到的CO2水泥生产中的浓度和二氧化碳2的贡献后者是利用大气传输模型进行上述观测和模拟得到的结果。在此图中，水泥生产中产生的 CO2的贡献观测值和模型之间的顺序是一致的，但两者的个体波动并不一定匹配，因为公布的水泥产量统计数据是年平均值，并且模型的空间分辨率有限。因此，水泥生产中的二氧化碳2的贡献，我们使用长期平均值比较了观察结果和模型。
图 3 的右侧显示了长期模型模拟的结果以及与从观测中提取的结果的比较。该图表明，当将其视为长期平均值时，观测提取结果可以通过模型模拟结果在误差范围内进行解释。这意味着，就像水泥生产一样，O2CO不参与反应2的过程中
此方法使用来自 DAC 和烟道气的 CO2二氧化碳去除等负排放技术2它也被认为对于监测减排效果有效。这是因为在图2右侧橙色箭头（表示负排放技术）中，反应方向与水泥生产相反，但与水泥生产一样，O2CO不参与反应2发生反应（吸收）。此外，基于大船渡工厂水泥生产统计的二氧化碳2每年排放量约为100万吨，但未来国内排放量将超过每年100万吨CCS（二氧化碳捕获和储存；CO2收集/存储)计划多个项目（经济产业省网站：https://wwwmetigojp/press/2023/06/20230613003/20230613003html）。因此，当实施如此规模的负排放技术时，CO2我们相信该方法的评估结果可以作为减排的客观证据。
图3（左）日本气象厅大气环境观测站观测到的大气CO2浓度示例（灰分、与周期最小值的偏差）。大气CO2水泥产量对浓度的贡献，O2显示了使用结合浓度（黑色）的方法提取的结果，以及通过输入大船渡工厂水泥生产统计数据（红色）的本地运输模型模拟评估的结果。 （右）在同一天文台观测到的大气 CO2水泥产量对浓度的平均贡献。这是执行模型计算的 7 个月的平均值，每月值的差异显示为误差。
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日本和海外有很多大气观测基地，因此通过开发可以在这些基地使用的评估方法，负排放技术可以在各种地方进行评估。根据观察，问题是水泥生产中产生的二氧化碳。2需要细化浓度波动的提取方法，提高局部传输模型的分辨率。基于观察的提取方法是O2大气与海洋之间的 O 浓度2由于受交换影响较大，因此在海洋气团影响较强的夏季，误差会变大。除了研究最小化这种影响的分析方法外，通过使用具有更高空间分辨率的运输模型并可以设置准确的地形信息，可以增加观测和模型之间的一致性并提高评估的准确性。
已出版的杂志：大气化学和物理
论文标题：测量报告：二氧化碳评估方法2使用大气 δ(O2/N2) 和 CO2测量结果及其对未来 CO 检测的影响2捕获信号
作者：Ishidoya, S、Tsuboi, K、Kondo, H、Ishijima, K、Aoki, N、Matsueda, H 和 Saito, K
DOI：doiorg/105194/acp-24-1059-2024