加速器质谱技术直接测定燃烧废气中化石碳含量的创新方法及其在碳排放交易中的应用

为应对欧盟碳排放交易体系对垃圾焚烧厂化石CO2 排放监测的需求，芬兰赫尔辛基大学与VTT技术研究中心合作开发了一种基于加速器质谱（AMS）的气态CO2 直接检测技术。该研究跳过传统石墨化步骤，通过优化气体存储与进样系统，实现了对燃烧废气中生物/化石碳组分的高效、准确分析，符合ISO13833标准，为碳排放核算提供了新方法。

　　

随着全球对碳排放管控的日益严格，欧盟计划将城市垃圾焚烧设施纳入碳排放交易体系（ETS），这要求精确量化焚烧过程中化石源CO₂
的排放比例。然而，传统方法需将废气CO₂
转化为石墨再进行加速器质谱（AMS）分析，流程繁琐且耗时。芬兰赫尔辛基大学加速器实验室与VTT技术研究中心的研究团队提出了一项突破性方案——直接以气态CO₂
形式进行AMS检测，相关成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》。

研究团队在实验燃烧设施中制备了5组化石燃料（煤）和5组生物质燃料（松木屑）的燃烧废气样本，分别采用聚氟乙烯袋（Tedlar?）和钢制容器收集。通过赫尔辛基实验室的气体存储与进样系统，将纯化后的CO₂
直接导入AMS离子源，同步对比传统石墨化样本的检测结果。关键技术包括：气体样本的纯化与稳定存储、AMS系统的气态CO₂
进样优化、以及¹⁴
C/¹³
C同位素比的实时监测。

实验方法
研究在模拟真实电厂条件的鼓泡流化床（BFB）燃烧器中进行，采用两种采样方式验证方法普适性。气体样本通过定制进样系统以脉冲形式注入AMS，通过监测¹³
C离子电流和¹⁴
C计数率评估背景干扰与数据稳定性。

结果与讨论
数据显示，气态进样法测得生物样本的¹⁴
C含量为现代碳标准的107.3±0.4 pMC（百分现代碳），化石样本为0.25±0.02 pMC，与传统石墨法（107.5±0.5 pMC和0.23±0.02 pMC）高度一致。但研究发现钛阴极导致的背景信号需通过清洗程序优化解决。不同采样容器中，钢制容器样本因吸附效应导致¹⁴
C信号衰减更快，建议采用惰性材料袋装采样。

结论
该研究证实气态CO₂
直接AMS检测法可满足ISO13833标准对生物碳占比分析的精度要求，单样本检测时间从石墨法的数小时缩短至分钟级。Mikko Lappalainen等作者指出，该方法为垃圾焚烧厂化石碳排放的实时监测提供了技术基础，未来需进一步优化系统稳定性以适应工业场景。

这项技术的意义不仅在于简化流程，更在于为欧盟ETS下的碳排放审计提供了可标准化推广的解决方案，同时为其他领域（如生物燃料认证）的碳溯源研究开辟了新路径。研究团队特别强调，该方法的应用需结合采样规范与设备维护协议，以确保数据的长期可靠性。