二氧化碳分析市场升温

　　2009年12月，170个国家的代表齐聚丹麦首都哥本哈根，商讨《京都议定书》第一个承诺期(2008年～2012年)结束后的全球应对气候变化框架。目前正在努力做区域性减排方案的工作，包括在美国，中国和欧盟新提议的排放监测规则。与会代表希望通过此次会议能够建立《哥本哈根议定书》，作为2005年《京都议定书》的一个延续。

　　定于2012年到期的《京都议定书》规定：在2008至2012年的承诺期间，所有工业化国家的温室气体排放总量在1990年的基础上再减排5.2%。

　　全球范围内的温室气体监测网络

　　法规的建立和调整是根据气候变化和全球温室气体分析中心提供的区域空气质量数据制定的。温室气体分析中心长期致力于温室气体测量技术与方法的研究搜集工作。

　　温室气体成分的量化是确定全球变暖速度快慢的关键。二氧化碳是温室气体中的主要气体，亦是造成全球温室效应最大的人为“元凶”。

　　目前，全球和各国组成的监测网正对世界范围的温室气体进行广泛的监测。最大的二氧化碳监测网是世界气象组织(WMO)负责运行的全球大气监测网(GAW)。世界气象组织是全球气候观测系统的重要组成部分，是响应《联合国气候变化框架公约》而建立的。全球大气监测网数据中心由24个全球监测站，640个区域监测站和73个提供特殊服务的站组成。其他温室气体监测网如NOAA(美国国家海洋和大气管理局)的地球科学研究实验室的监测网。该实验室的监测网站管理8个本底观测站和40个北美二氧化碳监测站点，是美国最大的监测网。国际通量观测网(FLUXNET)是一个区域温室气体通量测量伞状网，控制400个温室气体流量测量站点，监测温室气体组成在大气中的变化率。CarboEurope是一个基于欧洲的监测网，由17个欧洲国家内的61个研究中心组成。欧洲一体化碳排放观察系统将于2013年交付使用，届时将增加40个大气浓度的测量点。

　　目前，大气中二氧化碳的监测工作已经在现场测量和实验室中得到了有效开展，但是这些监测中心仍希望能够增加二氧化碳监测点，进一步扩大监测工作的覆盖面。

　　CO₂监测站点亟待增加 监测手段发生变化

　　NDIR(非分光红外光谱技术)是温室气体研究领域中最常用的二氧化碳监测方法。据美国LumaSense公司产品经理Joe Bisby先生介绍：相对于FTIR(傅里叶变换红外光谱技术)、ICOS(积分腔输出光谱技术)、CRDS(腔环降光谱技术)等二氧化碳测量方法，NDIR更具成本效益。另外，Bisby先生还指出，NDIR不仅可以测量已知物质，比如二氧化碳，还可对未知物质进行定性定量的分析。“因此，从事NDIR的专业技术人员就可以针对某种特定气体，采用微调的手段，设定最佳频率，得到非常精确的测量结果，”他解释道。

　　芬兰Gasmet公司是一家FTIR供应商，其产品经理Ilari Patrakka对IBO表示：FTIR的耐用性，多组分测量的准确性及其简单的校准程序使之成为测量温室气体的一个不错选择。

　　相对于FTIR，CRDS质量皮实，体积不大，却具有极高的灵敏度，是温室气体监测领域的一项新应用。CRDS还可以测量二氧化碳的同位素，能够确定二氧化碳是来源于生物还是岩石。

　　此外，美国的洛斯加托斯研究所提供多种ICOS系统，分析仪领先制造商Picarro公司则供应波长扫描CRDS系列产品。

　　作为NOAA碳循环温室气体的工作组成员，物理学家Arlyn Andrews博士表示，全球监测点的测量仪器十分精确稳定，一般无人看管，一周只需巡视一次即可。然而，全球监测网络用于监测二氧化碳的仪器设备正在悄然变化着。“目前，我们使用Li-Cor 7000 CO₂/H₂全套设备分析二氧化碳。虽然NDIR早已成为此项检测的技术标准，但是由于腔增强型产品的耐用性与稳定性，ICOS和CRDS也开始发挥越来越大的作用，”Arlyn Andrews博士谈到。

　　据美国Picarro公司总裁Michael Woelk表示，CRDS越来越广泛地应用在全球监测网络领域。“世界气象组织已表示，他们将选用一台Picarro仪器用于全球各站点仪器的校准工作。虽然全球监测站点无法一一配备Picarro仪器，但是可以预见到我们公司产品的广阔前景。”另外，Patrakka先生还告诉IBO，目前，稳步增长的FTIR销售额及新的碳贸易方案大大增加了产品的利润空间，相应的也会使研发经费增加。

　　NOAA监测点一般位于山顶，岛屿和其他偏远地区。尽管这些偏远地区的大气成分仍然变化活跃，但易变性较弱，成分相对稳定，采样工作重复性较好。“在那种条件下，即使每周只收集1瓶样品，我们仍然可以得到非常有实用价值的数据。不过，现在我们越来越热衷于到附近的二氧化碳重要来源集中地采样，比如城市和生物二氧化碳流通量大的农田和森林地区，”Andrews博士说到。我们之所以这么做的主要原因是因为有研究表明，当前报告中的数据还远远不够。另外，高性能测量仪器的实用性不断得到提升，能够更好的模拟站点测量，据Andrews介绍。

　　正如Woelk先生所说，全球监测网络和相关的监管机构亟需增加源头测量站点的数量。“世界气象组织深知温室气体监测任务相当艰巨。目前，网络监测点得到的仅仅是“全球混合大气”数据，下步工作目标就是具体测量各大洲及各国区域内的温室气体流通量。简单来说，就是实际测量出欧洲温室气体的排放量及独立于欧盟的国家的温室气体排放量，比如俄罗斯。因为现在世界各地没有足够供采取数据的测量站点，这个目标短期内还不能实现。”

　　Andrews博士解释到，目前，其他的NOAA监测网点正在筹建阶段。“我们已诉诸笔端，计划将美国NOAA网点扩大至15个。但是，因为全球温室气体调控工作迫在眉睫，我们希望修订计划，将美国NOAA网点扩大至30-50个左右。”Andrews博士表示，“当全球温室气体监控措施全面落实后，我们预计整个国家和地方的合作者最终将在全国范围内建立NOAA网点大概300-500个。”

　　大气中二氧化碳监测技术由全球大气监测网的全球综合大气化学观测团队负责研发，如今在飞机上也得到了“一试身手”的机会。据Andrews博士介绍，应用于飞机上的多数测量技术成果已在欧盟和亚洲进行了尝试，不久以后也将在美国进行测试。

　　尽管部分同类温室气体监测技术可以应用在飞机上，但是，由于NDIR对周围环境条件具有极高的灵敏度，该技术在飞机上的应用还需要进一步的研究测试。

　　值得一提的是，CRDS有望在飞机上得到应用。“新型CRDS和ICOS的传感器大都可以测量多种气体成分，如CH₄、N₂O、CO。这些多组分监测设备，例如GCs或可调谐二极管激光吸收光谱系统，曾经在飞行中得到过应用，也实现了多组分测量。但是，因为这些监测仪器的专业性很强，价格十分昂贵，目前很难集成到空中平台，”她说到。另外，二氧化碳监测的未来计划还包括扩大卫星在全球大气监测领域的使用。

　　备注：译自Instrument Business Outlook，Oct.15，2009