5.柴油发动机尾气后处理技术
柴油机尾气后处理技术基础介绍
柴油机尾气后处理技术基础开发室性能组李兴民 2009.4内容 尾气后处理技术简介 柴油机尾气的组成 后处理基础知识 典型后处理布置方案DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD尾气后处理技术简介为什么要采用尾气后处理技术？ 为了满足越来越苛刻的环保法 规要求，仅仅依靠发动机本体 的技术措施已经不能满足法规 的要求，专门针对发动机尾气 采用物理、化学方法进行净化 处理的方法叫做发动机尾气后 处理技术DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD排放法规TorqueFull load curve2 (8%) 6 (5%) 5 (5%)8 (9%)10 (8%)4 (10%) 75% load 12 (5%)3 (10%) 50% load 13 (5%)1 (15%) idle2507 (5%)9 (10%)25% load11 (5%)ABC Engine speed100Torque [%]200501500100-5050-1000-1500 Urban 600 Rural 1200 Motorway 1800Time [sec]Engine speed [%]DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD尾气后处理主要技术路线DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDDOC (Diesel Oxidation Catalyst)DOC的功能 1、降低HC和CO 效率达到85%； 2、去除PM中的部分SOF ，降低PM效率可达10-30%； 3、将NO氧化为NO2 DOC的应用 1、乘用车单独应用，降低HC和CO； 2、与DPF或POC连用，提升再生温度，NO2氧化C颗粒； 3、作为SCR系统前级，调整NO和NO2比例DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDPOC (Particulate Oxidation Catalyst)¾ POC的功能 降低PM排放，过滤效率50% ¾ POC的优点 1、没有堵塞的风险 2、完全被动再生（CRT），不需要ECU控制，不需要额外 设备 3、装车尺寸小，易于布置 ¾ POC的缺点 1、要求低含硫燃油 2、相对于DPF转化效率低DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDDPF (Diesel Particulate Filter)¾ DPF的功能 降低PM排放，过滤效率90% ¾ DPF技术的难点在于再生技术 主动再生： 燃烧器再生 HC+DOC再生 电加热再生（应用工程机械） 被动再生 CRT再生技术DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTDSCR (Selective Catalytic Reaction)在排气管中喷入尿素作为还原剂 催化器保证化学反应速度及还原反 应的选择性 有利于改善油耗 欧洲卡车欧4的主流技术DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD柴油机尾气的组成21% 78%DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD典型柴油机颗粒的来源可溶性有机物39%SOF (soluble organic fraction)颗粒物柴油（66%）润滑油（34%）可溶润滑油（29%）不可溶润滑油（10%）干碳烟soot （43%）硫酸盐SO4.nH2O （13%）可溶燃油（10%）柴油机颗粒的组成柴油机颗粒是由固体碳烟，在碳的外面吸收了一层可溶于有机物的碳氢化合物和可溶于水的硫酸盐三部分组成颗粒物大小分布典型发动机不同转速负荷颗粒物组成碳氢化合物的蒸发特性蒸发温度分子中碳原子数碳氢化合物的蒸发特性主要取决于碳原子数注意的问题在排气管道中SOF成分通常为气态，在测量时需要冷却到52 ℃，只有碳原子数小于5的有机物为气态，其余成分为液态附着在碳粒表面。
柴油发动机尾气后处理技术
217中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.01 （下）汽车行业的蓬勃发展使汽车尾气问题愈加严重，尤其是柴油发动机尾气排放物，如氮氧化物给人们的生命健康造成的威胁不断加大，同时，尾气排放还会造成大气污染，给人们的生产生活都带来了不良的影响。
因此，针对以上存在的这些问题，本文对柴油发动机尾气后处理技术开展了深入分析，其能够有效控制尾气排放量。
这一排放控制技术将会对柴油发动机尾气的处理等发挥重要意义。
柴油发动机尾气后处理技术原新涛（广西玉柴机器股份有限公司，广西 玉林 537000）摘要：我国经济高速发展带来的弊端主要是环境污染问题越来越严重，大气污染严重、空气质量下降等使得人们身体健康面临较大威胁，为了能够改善环境污染问题，提升空气质量等需要引起相关部门的重视，针对柴油发动机尾气的排放等制定严格标准和规范。
而尾气后处理技术的应用和推广后，不仅能够使柴油发动机尾气排放达到标准要求，还能够提升柴油发动机尾气排放的控制效果。
基于此，针对于当前该技术发展的情况，本文在对柴油发动机尾气后处理技术开展有效的分析后，对存在的故障或者故障排除的方法等进行探究，总结了当前柴油发动机尾气后处理技术的发展趋势。
关键词：柴油发动机；尾气排放后处理技术；尾气控制中图分类号：U464.172;X734.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2021）01（下）-0217-031 尾气后处理技术的相关概述汽车排放标准的不同主要与汽车生产注册的时间或者年限等有直接关系。
现阶段，我国汽车尾气排放标准在与欧洲等国家进行对比时，其内容较为相似。
而对于柴油发动机尾气排放而言，要想达到国家尾气排放标准，需要重视对氮氧化合物和颗粒的排放控制。
我国现阶段的排放标准与欧洲排放标准较为类似，并且欧Ⅳ～欧Ⅵ的排放标准要求呈现了温以及相关燃料数量具有十分密切的联系。
柴油车尾气处理POC技术
POC的结构
POC的典型布置形式
POC一般为DOC（前级）+半通 式滤器（后级）的布置形式。
POC的结构是一个多褶皱而不 堵塞的通道，便于捕捉颗粒。
POC的结构
POC特殊的载体结构设计使得排气流体通 畅的同时接触面积广，可以在保证背压的 同时捕捉部分颗粒物并再生。 POC的结构特点决定了其具有较好的热耐 久性和机械性能。
【POC“平衡温度”定义：发动机在指定的工况下对POC加载颗粒物 的过程中，POC的压降没有明显下降时POC的入口温度】
POC的性能评价
——POC的过滤效率—燃油硫含量
（3）由于 POC 在结构上属于半通式过滤催化器，另一部分 SOx 固态 物也直接排出催化器。 （4）在 SO2（气态）→◇SO3（固态）→◇SO4（固态）的过程中， 通常在 400℃左右反应最剧烈，生成 SO4最多，但是在轻型车的使用 上，排气温度相对较低，因此生成的 ◇SO3和 ◇SO4也相对较少，有
过滤效率随灰载 量增大而减小。
POC的性能评价
——POC的过滤效率—灰载量
上图为Corning公司的测试数据，也有相同的结论：过滤效率随灰载量增大而 减小。 Corning公司的经验表明，灰载量达8g/L时，POC将不起净化PM的作用。
POC的性能评价
——POC的过滤效率—NO2/PM比
NO2与PM所需的理论质量比为7.7，实际经验所 需的质量比为12。
POC的结构
金属载体
金属纤维烧结成的多孔结构
பைடு நூலகம்
POC的结构
陶瓷载体
当过滤效率是“0”时,可能会有更好的吹灰效果。
出口端只在堵塞的 通道上有颗粒沉积
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证
探讨柴油机尾气后处理技术及电气系统验证汪晖(东风汽车有限公司商用车技术中心,湖北武汉430056)摘要:针对我国颁布的国IV 排放要求,介绍商用车柴油发动机的后处理技术中的SCR 技术和EGR+DPF 技术,探讨二者之间的性能差异,提出发动机SCR 后处理技术中的电气系统的验证项目,以达到提高排放性能、完善发动机控制系统控制策略的方法。
关键词:柴油发动机;尾气后处理;SCR;EGR;电气系统;验证中图分类号:U469.74文献标识码:B 文章编号:1003-8639(2013)03-0022-04修改稿收稿日期:2012-12-25作者简介:汪晖(1968-),女,高级工程师,负责东风商用车电气系统开发。
Discussion on Exhaust After⁃treatment Technology for Diesel Engine and Electrical System VerificationWANG Hui(Commercial Vehicle Technical Center,DONGFENG Motor Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)Abstract :According to the emission control regulations of National IV,the SCR and the EGR+DPF technologies in exhaust after⁃treatment for diesel engine on commercial vehicles are introduced here and the performance differences between them are discussed.The verification of electrical system in the SCR technology is set up so as to enhance emission performance and perfect the control strategy for engine control system.Key words :diesel engine;exhaust after⁃treatment;SCR;EGR;electrical system;verification我国目前已成为世界上汽车发展潜力巨大的国家,汽车需求不断增长,随着社会的发展,人们的环境保护意识也在不断提高,对汽车发动机的品质也提出了越来越高的要求。
柴油机后处理技术的发展现状及趋势
锅炉的脱硝 中得到了成功 的应用 ，而后才用到机动 车排放 控 制 上 。作 为最有 希 望满 足 欧洲 柴 油机
１ ． １ 选 择 性催化 还 原技 术 选 择性 催 化还 原 技术 （ Ｓ Ｃ Ｒ ） 最 早 在 治理 发 电厂
Ｂ ａ Ｃ Ｏ 吸附剂 的 Ｌ Ｎ Ｔ为例 ，其原理见图 １ 嘲 ：稀燃 （ 即正常运转 ） 时 ，排气中的 Ｎ Ｏ通过催化剂被氧 化成 Ｎ Ｏ ， ，而后通过吸附剂以硝酸钡 的形式存储起
的 ｌ ／ ５ ～１ ／ ３ ；需要增加额外 的 Ａ ｄ Ｂ ｌ ｕ ｅ 贮藏罐 ，增 加整车空间布置的困难 ；需要考虑氨气 （ Ｎ Ｈ 。 ） 的密
封问题 ；需要对排气温度进行控制 ； 需要尿素供应
如静电式微粒收集器 、电压捕集技术等 ， 但前两种 是 目前净 化柴 油 机微 粒 的主流 技术 。
２ 净化 Ｐ Ｍ 的后处理技术
柴油机排放 的 Ｐ Ｍ 由干碳烟 ｆ Ｓ ｏ ｏ ｔ ） 和附在其表 统的闭环控制 ，提高系统 的转化效率和性能 ，其转 面的硫酸盐 、未燃烧或未完全燃烧 的碳氢化合物组 化效 率可以高达 ９ ５ ％。Ｓ Ｃ Ｒ对燃油 中的硫不太敏 成 ，粒径小于 １ ０ ０ ｎ ｍ，可长期悬 浮于近地层 ，吸 感 ，被认为较为适合在燃油硫含量高的国家和地区 人人体肺部后损害其 内通道的 自净机制 ，造成机械 短 时间 内投入使用 。而其缺点主要表现 为 ：目前 性超负荷又有致癌作用。 目前降低 Ｐ Ｍ 的方法有氧 Ｓ Ｃ Ｒ系统的价格昂贵 ，几乎 占到发 动机 总体价格 化催化器 （ Ｄ Ｏ Ｃ ） 、微粒捕集器 （ Ｄ Ｐ Ｆ ） 和非过滤技术
SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究
SCR技术在柴油机尾气后处理上运用探究摘要：现阶段，大气污染问题越来越严重，尾气排放所带来的污染问题也成为了有关部门关注的焦点。
针对于柴油机的尾气排放，相关部门也出台了相关的政策法规进行规范和限制。
因此为了契合于国家规定的排放要求，必须要全面推广柴油机尾气后处理技术。
从当前技术发展与应用情况来看，选择性催化还原技术（SCR）是当前应用范围最广泛的尾气后处理技术。
这种处理技术的性价比非常高，能够对柴油机的排放进行精准控制，与传统的EGR技术相比有着明显的优势。
鉴于此，下文中将对该技术的具体应用进行详细介绍。
关键词：SCR技术；柴油机；尾气后处理引言现阶段，在社会经济发展水平不断提升的情况下，我国的汽车保有量持续上升，汽车市场也由此实现了飞速发展。
无论是在生产和日常生活中，汽车都为我们带来了极大的便利，在经济发展当中，汽车扮演着不可获取的重要角色。
但是在汽车全面普及的情况下，其尾气排放所带来的污染问题也是不容忽视的。
汽车尾气当中主要的污染气体为NOx以及其余一些燃烧不充分的气体，对于柴油发动机来说，在尾气排放处理上也是主要针对于NOx气体，通过相应的技术进行处理。
目前，SCR技术是柴油发动机尾气后处理应用非常广泛的一种技术，下文中笔者将对该技术进行详细的分析与论述。
一、EGR技术概述在SCR技术没有全面普及之前，柴油机尾气排放处理技术主要使用的是EGR技术。
EGR技术同样是减少尾气当中NOx的排放，其主要原因就在于废气当中的二氧化碳。
发动机当中排出来的废气在进气管中和其他气体进行混合，之后进入到气缸当中进行燃烧。
由于废气当中的二氧化碳成分无法完全燃烧，降低了氧气在混合气体当中的占比，进而减少NOx的生成。
EGR 技术的核心在于让废气再次参与燃烧以减少NOx的生成，但是废气与燃料的混合会导致燃料气体的成分发生改变，进而增加了很多不确定因素，影响发动机的正常工作。
随着技术的不断发展与进步，EGR技术开始逐渐被淘汰，更先进的SCR技术成为了柴油机尾气后排放的主要应用技术。
柴油机排放后处理技术
柴油机排气后处理技术进入二十世纪九十年代以来，能源危机和环境污染两大问题，严重危害人类社会的可持续发展，日益受到各国政府和民间的重视。
随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，对能源和环境的压力日益加剧，新的排放法规的要求日趋严格，研究开发低排放、低油耗的汽车新技术势在必行[1]。
柴油机作为一种高效节能的动力机械，在军车动力中占据这越来越重要的地位。
为了保持柴油机卓越的燃油经济性，同时又能满足越来越严格的排放法规要求，电控燃油喷射、可变截面涡轮增压器和废气再循环、排气后处理等技术被相继采用，并逐渐成为先进柴油机的通用技术标准。
然而，随着排放法规的日益严格，机内净化技术实现起来已经愈有难度且成本较高，排气后处理技术成为了减少尾气污染的重要手段。
本文章主要介绍柴油机主要污染物生成机理，柴油机排气后处理技术的相关情况。
一柴油机排放主要污染物生成机理柴油机排放的主要污染物有：NO x、微粒。
1.NOx的生成机理感兴趣的氮氧化物是指NO，N2O（燃气轮机）和NO2，其中常见的是NO和NO2，它们统称为NOx。
在燃烧后的排气过程中，更加稳定的NO几乎总是超过其它氮氧化物占主要地位。
NO的生成途径以确定有两种：1.高温途径即在已燃区产生的NO称为热NO；2.瞬发途径。
即在火焰区产生的NO称为瞬发NO；氮氧化合物是在燃烧过程中由燃烧空气中的氮或来自化石燃料中的含氮有机物（主要是在重油和煤中）生成的。
若NOx排放受到热力学平衡约束条件控制的话，则氮氧化物的浓度在排气温度下将小于1×10-6。
当燃烧产物的温度下降，NOx浓度开始降低，但在火焰温度下，供NOx分解的时间在通常的燃烧设备中都太短，难以达到平衡状态，以及氮氧化合物在数十到数千（与燃烧的情况有关）10-6的浓度下被激冷。
这样，NOx生成和分解的化学过程是由化学动力学而不是热力学控制的。
NO和NO2浓度是彼此被另一个快速活性基反应连系在一起的：NO2和O，H和OH反应生成NO，而NO和HO2反应生成NO2。
HW：柴油机后处理技术概述
当下常用柴油机后处理技术:1 SCR （Selective Catalytic Reduction选择性催化还原技术）1.1NH 3- SCR 1.1.1 反应原理使用尿素水溶液作为氨气来源，这种溶液尿素质量分数为 32.5%，符合DIN V70070 国际标准，市场上也称之为“ AdBlue ”溶液。
当尿素水溶液被喷射到排气管中后，与高温的废气混合，尿素水溶 液经过气化、热解和水解等一系列复杂的化学反应生成氨气和二氧化碳，简单可以分为两步。
第一步：热解反应CO （NH 2）27加热T NH 3+ HNCO第二步：水解反应HNCO+H 2O T 催化剂 T NH 3+CO 2尿素分解释放出的氨气与废气中的NO x 发生化学反应，具体反应方程式如下4NH 3+4NO+O 2T 4N 2+6H 2O 4NH 3+2NO+2NO 2T 4N 2+6H 2O 8NH 3+6NO 2T 7N 2+12H 2O 1.1.2 控制方法尿素SCR 系统主要由后处理控制单元 （DCU ）、尿素泵（SM ）、喷嘴（DM ）、尿素罐、 相应液力管路和电气线束构成，如下图所示。
廉倉我力和置 ------- 通讯信号DCU 为主控制单元，处理传感器信号、计算尿素喷射量并对各种执行器进行控制。
SCR 系统开始工作时，DCU 首先确认系统是否处于正常状态，然后发出指令使尿素泵开始加压，压力使尿素水溶液开始流动。
控制单元通过 CAN 总线与发动机的ECU 进行通讯，获得发动机的运行参数，再加上 催化器上游温度信号，计算出尿素喷射量，驱动喷嘴将适量的尿素水溶液喷射到排气管内，按反应 机理还原尾气中的 NO x ,多余的尿素被送回到尿素罐内。
1.1.3 存在的问题1.1.3.1低温工况下NO x 转化率低SCR 催化器及I ------ 1 --------- 5砸嚥iiB 度传感猛J上游 卜游--------------尿素在废气温度为160 C左右时，开始发生热解反应产生异氰酸（HNCO）和一部分氨气。
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▪ 排放控制 > 排放法规 > 减少颗粒物（PM）的排放 > 减少氮氧化合物（NOX）的排放 > 控制策略 > 氧化催化器（DOC） > 颗粒捕捉器（DPF） > 控制逻辑与硬件 > 氧传感器对废气的监控和修正 > 失效与燃油要求
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06/05/2020
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
> 就全球来看，空气中的氮氧化物主 要来源于天然源，但城市大气中的 氮氧化物大多来自于燃料燃烧，以 汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中 氮氧化物的浓度相当高。
> 直接危害 > 人身体器官损害 > 间接危害 > 光化学烟雾、酸雨
Байду номын сангаас
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
> 它是一种淡蓝色的化学烟雾，是由汽车、 工厂等污染源排入大气的碳氢化合物 （HC）和氮氧化物（NOx）等一次污染 物，在阳光的作用下发生化学反应，生 成臭氧 (O3)、醛、酮、酸、过氧乙酰硝 酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化 学反应过程的一次污染物和二次污染物 的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光 化学烟雾。
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是氮氧化合物 （NOx）
> 包括NO和NO2 - NO－无色气体 - NO2－黄褐色气体 - 柴油机燃烧过程
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是一氧化碳（CO）
> 无色无味气体 - 可降低血液向身体组织器官输送氧气的能力 - 一氧化碳含量较高可造成视觉损伤, 肢体灵活性、学习能力及完成复杂工作能力降低
> 由氮气与氧气在一定条件下反应生成(例如燃烧)。 > 产生条件：
- 高温 - 富氧 - 足够的反应时间 > 主要产生于柴油机高负荷工况 > 在阳光下与碳氢化合物反应构成光化学烟雾
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 氮氧化合物 （NOx）的危害
北京 广州 上海
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 光化学烟雾的危害
> 烟雾的主要成分, 城市空气污染治理的最主要难题之一 > 刺激性强烈, 可引起窒息, 咳嗽及眼睛刺激 > 损伤肺组织, 加重呼吸系统疾病, 并使呼吸系统易受感染污染严重可抑制
植物生长, 并可造成农作物及森林的广泛伤害
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 一氧化碳（CO）
Cx Hy Sz + O2 + N2
柴油 Diesel
fuel
空气 Air
CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C
柴油的燃烧反应 碳氢化合物（HC）
Cx Hy Sz + O2 + N2
柴油 Diesel
fuel
空气 Air
CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
碳氢化合物燃油的燃烧反应 －－柴油燃烧
Cx Hy Sz + O2 + N2
柴油 Diesel
fuel
空气 Air
CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
排气中的主要成分 Major exhaust constituents
排气中的微量成分 Exhaust components found in trace concentrations
阳光照射
NOx + HC
O3 + ...
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是光化学烟雾
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 氮氧化合物 （NOx）
Cx Hy Sz + O2 + N2
柴油 Diesel
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空气 Air
CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 柴油发动机的燃烧排放物介绍
柴油的燃烧反应 光化学烟雾及臭氧
Cx Hy Sz + O2 + N2
柴油 Diesel
fuel
空气 Air
CO2 + H2O + N2 + O2 + NOx + HC + CO + SOx + C
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柴油发动机尾气后处理技术 概述 什么是HC化合物
> 包括100多种由碳(C)和氢(H)组成的不同化合物 > 燃料不完全燃烧或完全不燃烧的产物 > 主要产生于柴油机低负荷, 冷态及起动工况 > 从活塞环及气门导管窜入燃烧室的润滑油将成为碳氢排放 > 在阳光下与氮氧化物反应生成光化学雾
5. 柴油发动机尾气后处理技术
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柴油发动机尾气后处理技术 内容
▪ 介绍 > 柴油燃烧 > 氮氧化物（NOX） > 碳氢化合物（HC） > 光化学烟雾 > 一氧化碳（CO） > 硫化物（SOX） > 黑烟和白烟（Smoke） > 颗粒物（PM） > 二氧化碳（CO2）