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庄国顺:汽车尾气才是雾霾的罪魁祸首

2014-01-10 08:58 来源:文新传媒  我有话说

  作者:复旦大学特聘教授、复旦大学大气化学研究中心主任 庄国顺

  一场52年来持续时间最长的严重雾霾天气刚刚过去,霾污染又再次扩散。这场大范围、长时间的雾霾与我们熟知的伦敦、洛杉矶雾霾事件相比有过之而无不及。从去年开始,我国就有多个省份长时间地出现大面积雾霾,有学者认为汽车尾气是雾霾的罪魁祸首。但是也有学者认为,应该考虑全球气候变化以及大气变化所造成的原因。

  一场52年来持续时间最长的严重雾霾天气刚刚过去,霾污染又再次扩散。这场大范围、长时间的雾霾与我们熟知的伦敦、洛杉矶雾霾事件相比有过之而无不及。内因是变化的根据,外因才是变化的条件。把这样严重的雾霾集中爆发归结为“气象问题”或“自然原因”,不是无知就是别有用心,我们必须认真反思其中的人为因素。

  汽车尾气污染是“罪魁祸首”

  为何会出现集中爆发?那是因为从京津冀到长三角,再到珠三角,中国整个东部沿海地区的空气污染已相当严重,达到了“临界状态”,一旦“静风天气、相对湿度”等外部条件触发,雾霾就会“卷土重来”。从美国NASA拍摄的“卫星霾图”上我们可以看到,从北京直到香港上空,笼罩着一条“灰色长城”,其覆盖面积达到数百万平方公里。

  空气中的人为污染主要有两个来源:工业污染和交通污染(主要是汽车尾气)。工业污染最典型的代表就是化石燃料燃烧,也就是燃煤。现在普遍认为燃煤是造成雾霾的“罪魁祸首”,近年来汽车尾气造成的空气污染更值得关注。2009年至今,我国年均汽车产量超过2000万台,特别是长三角区域内的机动车数量急剧增加。我们在北京、上海等地进行的实验结果表明,雾霾中导致能见度减少的物质主要有4类:有机气溶胶(汽车尾气中的有机烃是其主要来源)、硫酸盐(主要由二氧化硫进一步氧化产生)、硝酸盐(主要由氮氧化物进一步氧化产生)、黑碳。其中,二氧化硫大多来自燃煤;机动车尾气排放中则包含了其中的三种成分(有机烃、氮氧化物和黑碳);黑碳是汽油和柴油在不完全燃烧时的主要排放物,当交通堵塞时汽车发动机怠速空转其黑碳排放量更大——它在PM2.5的构成成分中一般占3-5%,但对能见度的影响可达12%。由此可见,雾霾中导致能见度降低的4类主要物质中,有3类直接与机动车有关。

  控制尾气排放是当务之急

  从长远讲,解决雾霾的根本措施是调整能源结构和合理的城市发展规划,从短期来讲,目前控制每部机动车的尾气排放质量和急剧增加的机动车数量是最可行的办法之一。

  近年来,国家在燃煤脱硫方面取得了一定的成绩,相对交通排放,过去10年,我国二氧化硫排放的总量略有下降,即燃煤对雾霾天气的相对影响较之十年前并没有增加,可能还略有下降。燃煤脱硫方面能够改进的空间已有限,真正可在短期内改进的是交通污染的治理。鉴于此,有关部门在研究出台治霾措施时,要注意控制机动车数量、尾气排放质量,特别是要设法降低排放尾气中的有机物含量。

  有机烃是机动车尾气的主要成分,如果可以把每部车排放的浓度降下来,空气污染的治理就能有很大突破。这需要政府采取紧急措施,比如,在雾霾严重的天气,开车出行就要成为一种受限的权利。早在1998年我就指出,如果中国的汽车工业按照美国的模式发展,就可能给空气质量带来灾难。严重的空气污染还可能导致农业减产25%,整个东亚地区的大气化学过程都会发生变化。

  2004年,基于当时上海和北京的PM2.5的浓度都在一个相互接近的水平上,我向上海市人大提出议案,强调上海一定要把大气污染的问题提到重要议事日程上来,否则“今天的北京就是明天的上海”。不幸的是,仅仅过了九年,我们就面临如此严重的大气污染问题。然而,直到现在不少人可能还没有真正意识到事态的严重性。

  同是雾霾,“海派”、“京派”大相径庭

  同样是雾霾,“海派霾”与“京派霾”有很大差异。从组成上看,北京的空气受西北沙尘影响大,产生雾霾的细颗粒物中天然尘埃所占比重约30%,其主要成分是吸水性较差的铝硅酸盐。而长三角地区的雾霾中,一般的天然尘埃不足10%,其中主要组分是有机酸盐、硫酸盐、硝酸盐,尤其是铵盐等吸水性很强的人为污染物,其所占的比值较之京津冀地区更高,而这类粒子吸水后会急速膨胀,例如,硫酸氢铵在相对湿度从91%增加到92%的时候,体积却可以增大8倍以上。长三角相对湿度一直较高,在同等污染条件下,长三角比京津冀地区更容易形成雾霾。

  而且,与天然尘埃相比,人为污染物对于人体的危害性更大。沙尘中硅酸盐的危害主要是填充肺泡而得矽肺病;而人为污染物中含大量有毒有机物成分(其中有以多环芳烃为代表的致癌物质)和某些对人体有严重危害的重金属成分。PM2.5中含有的这类物质随着呼吸道进入人体肺泡,并随着血液循环进入人体各种器官,对人体造成可能比矽肺病更严重的危害。因此,“海派霾”的危害性比“京派霾”也更严重。

  2013年12月份发生的灰霾事件覆盖了我国整个华北及包括上海、杭州等沿海城市的华东大部分地区。某些地区特定时段内的PM2.5浓度甚至超过了1952年英国伦敦烟雾事件。大气中硫酸盐是燃煤排放的SO2进一步氧化的产物,而由氮氧化物(NOx)进一步氧化产生的硝酸盐则大部分来自于机动车尾气排放。机动车的排放不仅限于NOx,还有更多的有机烃进而形成的有机气溶胶,其不完全燃烧产生的黑碳以及汽车行驶过程中产生的道路扬尘。

  我研究得出一个结论是:我国交通源排放的NOx以及有机烃进而形成的有机气溶胶和其不完全燃烧产生的黑碳的迅速增加,是我国近年来PM2.5污染加重和大气雾霾频发的主要原因,交通排放对于此次全国性雾霾的贡献超过了工业排放。有研究认为,汽车排放主要成分是HC化合物和不完全燃烧有机物产生的多环芳烃(PAHS)含有致癌物质苯并[a]芘,它是导致“肺癌”的最有害毒素。因此控制机动车数量的过快增长,提高汽车用油品质以及引入更严格的排放标准是改善中国大中城市大气质量的当务之急和有效途径。

  提高机动车油品质是迅速改善大气质量的捷径

  严格控制机动车数量的过快增长的同时,提高机动车用油品质是迅速改善大气质量的当务之急和有效捷径。

  机动车排放主要包括有机烃、氮氧化物、一氧化碳和以黑碳为主的颗粒物(主要是PM2.5)。有机烃会进一步形成组成PM2.5的有机气溶胶,氮氧化物会进一步形成组成PM2.5的硝酸盐气溶胶。有机气溶胶、硫酸盐、硝酸盐和黑碳是能见度降低的直接影响因子。

  值得指出的是,我们的研究发现有机气溶胶对消光的比例高达47%,是形成城市和区域灰霾的最重要因素之一。因此机动车尾气排放所产生的有机气溶胶、硝酸盐和黑碳是影响能见度的主要组分,又是PM2.5的主要组分。

  必须指出,目前不少人讨论机动车用油品质时常常谈到硫含量。相对于柴油或汽油的上述四种排放物,油品中硫含量仅是次要因素(注意:煤中的硫含量是产生大气中的硫酸盐,进而影响大气质量的主要因素),降低有机烃和未完全燃烧产生的黑碳为主的颗粒物的排放,才是提高机动车用油品质的关键问题。

  按欧美经验,将柴油中硫含量从500PPM降到30PPM时,轻型柴油车排放微粒可降低7%,重型柴油车排放微粒可降低4%;按北京环保局公布汽油升级京Ⅴ将助汽车减排15%。这里存在一次性投资大和改造时间长的问题。我认为,如能借鉴国际先进清净剂理念,深入研究內燃机生成污染物根源,针对性寻找解决办法创新研制出机动车用油的添加剂,使机动车用油(包括柴油和汽油)既能够降低有机烃排放,又能够降低颗粒物排放。如能达到以上要求,这种添加剂便会成为提高大气质量的最有效的捷径!

  现在国家已经有各种装置用于减少氮氧化物排放的有效办法,值得认真推广;还要通过严格排放标准促进各类机动车切实达标;采取简便办法降低有机烃和未完全燃烧产生的黑碳为主的颗粒物,是当前提高机动车用油品质的关键问题,这是落实“国十条”,提高油品品质措施的有效捷径。

  治理雾霾的区域调控很重要

  治理雾霾还要注重区域调控。由于PM2.5细颗粒物及其长途传输是形成大气雾霾的主要原因。今天的大气污染已经不是一个局部的、个别城市独立产生的问题,由于细颗粒物的是长途传输,大气污染是一个区域性乃至全球性的问题。单个城市搞得再好,如果没有周边城市的配合,也无法独善其身。北京奥运会和上海世博会期间采取了很多区域联控措施,保障了活动进行期间的空气质量,实践效果很好,可在当初实施的临时措施中选择一部分行之有效的作为长期措施予以推广。

  经济发展与环境保护从来都不是一对矛盾,我们没有必要将发达国家“先污染,后治理”的破坏性发展模式重走一遍——不能将今天的“霾危机”看成“发展的必然结果”,应该从民族、民生层面,甚至从人类生存的角度来思考如何同自然保持平衡、和谐的共处之道。

[责任编辑:蒋正翔]
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