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萬物皆可碳中和,二氧化碳傳感器必不可少

萬物皆可碳中和,二氧化碳傳感器必不可少

自2021年政府工作報告將“扎實做好碳達峰、碳中和各項工作”列為重點工作之一以來,如何實現“碳中和”目標也成為了傳感器圈內熱議的話題。碳中和第一步,確認碳排放量, 二氧化碳傳感器必不可少。減碳之路,企業任重道遠
碳中和的定義:碳中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量,然后通過植物造樹造林、節能減排等形式,抵消自身產生的二氧化碳排放量,實現二氧化碳“零排放”。
先來看下全球碳排放現狀,縱觀全球,發電消耗是二氧化碳最大來源。發達經濟體(美國、歐盟)二氧化碳次要來源為交通運輸、建筑消耗,發展中經濟體(中國、印度)次要來源主要集中于工業燃燒。

資料來源:世界資源研究所(WRI)


全球碳中和共識下,減碳之路,依然任重道遠。企業實現碳抵消,主要通過三種路徑。
★ 第一步:計算碳足跡,建立低碳體系。碳足跡計算是針對企業所有可能產生溫室氣體的來源,進行排放源清查與數據搜集,以了解企業溫室氣體排放源及量化所搜集的數據信息。
★ 第二步:減少碳排放。通過對企業排放源清查,詳細了解企業的碳排放源及量,相應地制定一系列有效措施,從而減少因企業生產運營等活動中所產生的碳排放。
★ 第三步:實現碳中和。通過購買自愿碳減排額的方式實現碳排放的抵消,以自愿為基本原則。
作為碳減排實施的必要條件,二氧化碳碳排放監測與核算勢在必行,未來二氧化碳傳感器市場發展可期。
二氧化碳傳感器市場的應用及發展趨勢
二氧化碳含量是衡量空氣質量的重要指標,當二氧化碳濃度超過一定標準后,人們會感覺到不舒服。世衛組織建議盡可能將室內二氧化碳濃度保持在1000 ppm以下。
二氧化碳濃度含量與人體生理反應如下:
350~450ppm:同一般室外環境
350~1000ppm:空氣清新,呼吸順暢
1000~2000ppm:感覺空氣渾濁,并開始覺得昏昏欲睡
2000~5000ppm:感覺頭痛、嗜睡、呆滯、注意力無法集中、心跳加速、輕度惡心
大于5000ppm:可能導致嚴重缺氧,造成永久性腦損傷、昏迷、甚至死亡
目前,在室內空氣質量監測領域,二氧化碳傳感器已經被廣泛應用。二氧化碳監測系統可以和新風系統聯動,一旦二氧化碳濃度超標,便可以聯動相關設備進行排風、換氣。
此外,二氧化碳傳感器在醫療領域也大有作為,例如,新冠病毒治療中用到的呼吸機監測二氧化碳含量少不了高速響應的二氧化碳傳感器。化石燃料的燃燒會產生大量的二氧化碳,在此領域需要長期監測二氧化碳排放量。大棚種植蔬菜技術為人類帶來極大的便利,其中蔬菜需要二氧化碳濃度一般是1000ppm~1500ppm,所以塑料大棚中通常會安裝二氧化碳傳感器以確保二氧化碳濃度不足時及時報警。
根據原理的不同,二氧化碳傳感器主要可以分為固態電解質式、電容式、光纖、紅外吸收等類型。紅外二氧化碳傳感器是當前較為主流的類型。
而紅外二氧化碳傳感器則是通過二氧化碳對于特定波段紅外輻射的吸收作用,測得的輻射能量強弱來獲得被測氣體中二氧化碳的含量。紅外二氧化碳傳感器具有更高的精度,更好的穩定性,可廣泛應用于中央空調、新風系統及空氣質量檢測設備等。

碳中和領域對氣體的監測不僅僅是二氧化碳氣體濃度,還有其他溫室氣體,比如甲烷(CH₄)、氧化亞氮(N₂O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。此外,碳中和目標的實現,需要產業鏈很多環節控制碳排放。由此涉及到其他種類的氣體傳感器,對著排放標準越來越高,也會對這些氣體傳感器提出更多的要求。
隨著大眾對健康的日益重視,空氣凈化器、新風系統、空調等的市場需求呈現擴大趨勢,目前上述空氣凈化設備在我國家庭及商業樓宇中滲透率仍然較低,該領域有較大市場空間。且隨著新興技術的推動,氣體傳感器也出現了新興市場,如智能家居、可穿戴設備、智能移動終端。據市場研究公司Yole Développement預測,2021年全球氣體傳感器市場規模將達到9.2億美元,未來5年的復合年增長率為7.3%,其中環境監測在所有應用領域中位列第三。
氣體傳感器可劃分為半導體、電化學、催化燃燒、紅外四大類型。受新興市場推動,目前氣體傳感器的發展有三大方向:一是微型化。利用硅基微加工技術或者多層陶瓷共燒結技術,采用厚膜薄膜混合電子技術,將傳感器微型化,實現批量化制造,提高一致性和互換性,使其體積和功耗顯著降低,能夠應用于對低能耗和小尺寸有較高要求的領域。
二是新材料的應用。氣體傳感器的關鍵是氣體敏感材料,敏感材料決定了傳感器的各項性能,特別是選擇性和穩定性。納米材料、分級材料、雜化材料、新型碳材料(碳納米管、石墨烯和石墨炔等)以及新型二維材料、金屬有機框架化合物的應用,對于提高氣體傳感器的性能,拓寬氣體傳感器的應用領域有潛在的意義。
三是智能化。單立傳感器器件存在的問題可能短時間內無法解決,可以采用算法進行補償提升,將多個相同或者不同類型氣體傳感器組成傳感器陣列,對其信號進行加工處理,采用先進的算法,獲得更多有價值的信息,提高測量儀器的性能。
為適應消費市場升級潮流,氣體傳感器逐漸向低成本、功能化、集成化、微型化、發展,升級換代速度加快。
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