機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)灰霾形成的直接和間接貢獻(xiàn)

宋潔

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）2011年發(fā)布的《世界城市空氣質(zhì)量報(bào)告》，在全球91個(gè)國(guó)家中，我國(guó)的空氣質(zhì)量排名倒數(shù)第15位，全國(guó)約90%的城市空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，有近6億人口生活在有害于健康的空氣中。

空氣污染問(wèn)題，不容小覷。多年來(lái)，我國(guó)在相關(guān)政策的指引下，開(kāi)展了一系列空氣治理工作且初見(jiàn)成效?！笆濉鄙鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃中指出，2015年全國(guó)338個(gè)地級(jí)及以上城市細(xì)顆粒物（PM2.5）年均濃度為50微克/立方米，首批開(kāi)展監(jiān)測(cè)的74個(gè)城市細(xì)顆粒物年均濃度比2013年下降23.6%，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角分別下降27.4%、20.9%、27.7%，全國(guó)空氣質(zhì)量總體上呈現(xiàn)明顯改善趨勢(shì)。但我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到年均PM2.5濃度離國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)35微克/立方米還有差距，特別是冬季重霾仍然頻發(fā)，PM2.5濃度仍可達(dá)到重度污染乃至爆表水平。因此，進(jìn)行大氣污染治理，還天空一抹藍(lán)色，任重而道遠(yuǎn)。

聚焦灰霾污染問(wèn)題

PM2.5污染及其引起的灰霾是我國(guó)城市群地區(qū)比較突出的空氣質(zhì)量難題。我國(guó)存在著4個(gè)灰霾嚴(yán)重地區(qū)：黃淮海地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲、四川盆地和珠江三角洲，其他地區(qū)也不同程度地受到灰霾的影響，可見(jiàn)其影響范圍之廣。如何有效削減PM2.5污染水平、控制灰霾，引起了國(guó)家的高度重視。

想要解決灰霾，就必須削減PM2.5，而想要科學(xué)有效地削減PM2.5，就必要準(zhǔn)確地了解PM2.5的來(lái)源。PM2.5可以由污染源直接排放，比如工廠煙囪和汽車(chē)排氣管排出的“黑煙”中就含有大量顆粒物。除了“看得見(jiàn)”的“黑煙”之外，“黑煙”中還含有大量“看不見(jiàn)”的氣態(tài)污染物，比如二氧化硫（SO2）、氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等，這些氣態(tài)污染物在太陽(yáng)光照射下，能夠通過(guò)一系列的化學(xué)、物理過(guò)程二次生成顆粒物，如二次有機(jī)氣溶膠（SOA）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等，會(huì)對(duì)PM2.5有間接貢獻(xiàn)。

近十幾年來(lái)，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量激增。根據(jù)《中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)環(huán)境管理年報(bào)》，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已于2016年達(dá)到2.95億輛，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染已成為空氣污染的重要來(lái)源。但是機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)P M2.5的貢獻(xiàn)目前還存有較大爭(zhēng)議。以北京市為例，北京市環(huán)保局2014年公布機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率約為31.1%，但是中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的研究表明，北京地區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)PM2.5的貢獻(xiàn)率僅為4%。其主要原因就是機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣生成二次顆粒物的情況不明確。

面向政府和民眾共同關(guān)注的灰霾污染這一重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，如何精準(zhǔn)有效地削減PM2.5是當(dāng)前空氣質(zhì)量改善的迫切需求。針對(duì)PM2.5主要來(lái)源不明確的現(xiàn)狀，在中國(guó)科學(xué)院B類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“大氣灰霾追因與控制”（XDB05010200）的支持下，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用先進(jìn)的煙霧箱平臺(tái)，對(duì)汽油車(chē)尾氣和柴油車(chē)尾氣直接排放和二次生成顆粒物進(jìn)行了模擬研究。

灰霾的追因與控制研究

到底機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣對(duì)大氣顆粒物的直接和間接貢獻(xiàn)如何？廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室選取了幾種典型的汽油車(chē)和柴油車(chē)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括小轎車(chē)、面包車(chē)、小貨車(chē)和重型卡車(chē)。在實(shí)驗(yàn)中，他們將汽車(chē)尾氣通入煙霧箱，發(fā)現(xiàn)汽油車(chē)尾氣直接排放顆粒物較少，每消耗1公斤汽油，排放出顆粒物少于0.001克。但尾氣排放在大氣中后，經(jīng)過(guò)太陽(yáng)光照，會(huì)生成大量的顆粒物，而生成的二次顆粒物的質(zhì)量可以達(dá)到其直接排放顆粒物的259倍，表明我國(guó)汽油車(chē)尾氣的主要問(wèn)題不是其直接排放的顆粒物太多，而是排放后二次生成的顆粒物太多。因此，要實(shí)現(xiàn)汽油車(chē)尾氣減排，其核心問(wèn)題是如何降低尾氣中生成二次顆粒物的前體物。

汽油車(chē)尾氣中芳烴對(duì)二次顆粒生成的貢獻(xiàn)率可達(dá)到90%。與汽油車(chē)尾氣不同，柴油車(chē)尾氣一次排放顆粒物較多，消耗1公斤柴油，直接排放出來(lái)的顆粒物最高可達(dá)到1.3克，約為汽油車(chē)尾氣直接排放顆粒物的1300倍。經(jīng)過(guò)光照反應(yīng)后，柴油車(chē)尾氣二次生成顆粒物質(zhì)量?jī)H為其一次排放顆粒物質(zhì)量的2.2倍，這表明柴油車(chē)尾氣控制的關(guān)鍵問(wèn)題是如何降低一次顆粒物排放，這與柴油中芳烴特別是多環(huán)芳烴含量高密切相關(guān)。除此之外，他們還進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有柴油車(chē)尾氣國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)中的非甲烷碳?xì)浠衔飳?duì)柴油車(chē)尾氣生成二次顆粒物的貢獻(xiàn)小于10%，這說(shuō)明現(xiàn)有的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)并不能有效控制柴油車(chē)尾氣生成二次顆粒物，這意味著我們需要重新審視現(xiàn)有的柴油車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，有必要將更多的污染物考慮在內(nèi)，比如中等揮發(fā)性有機(jī)物和含氧揮發(fā)性有機(jī)物。

油品升級(jí)是控制機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2015年年底，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)城市全面升級(jí)為國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)用汽、柴油。2017年年底，全國(guó)全面供應(yīng)國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)用汽、柴油，同時(shí)停止生產(chǎn)銷(xiāo)售過(guò)IV標(biāo)準(zhǔn)車(chē)用汽、柴油。到底油品從國(guó)IV升級(jí)為國(guó)V對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣減排有多大影響呢？廣州地球化學(xué)研究所利用煙霧箱模擬了同一輛車(chē)在使用國(guó)IV柴油和國(guó)V柴油時(shí)直接排放和二次生成顆粒物的情況。研究發(fā)現(xiàn)，同樣怠速條件下，柴油車(chē)每消耗1公斤國(guó)V柴油直接排放的顆粒物的質(zhì)量比消耗1公斤國(guó)IV柴油排放的顆粒物減少了約1/4，生成二次顆粒物的質(zhì)量減少了2/5左右，一次和二次的總和減少了約1/3。值得注意的是，質(zhì)量占一次排放顆粒物總質(zhì)量一半以上的黑碳顆粒的排放并沒(méi)有隨著油品品質(zhì)的提升而減少，這說(shuō)明油品品質(zhì)的升級(jí)并不能降低柴油車(chē)黑碳顆粒物的排放。而想要進(jìn)一步遏制污染排放，升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和引進(jìn)尾氣后處理裝置（比如顆粒過(guò)濾器DPF）很有必要。

注重大氣環(huán)境中多污染源的復(fù)合污染效應(yīng)

大氣環(huán)境中并不是只存在某個(gè)單一污染源，而是多種污染源并存，比如工業(yè)源、交通源、農(nóng)業(yè)源等等。這些污染源同時(shí)存在時(shí)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用，形成復(fù)合污染體系，而這些都應(yīng)是我們關(guān)注的對(duì)象。

我國(guó)是燃煤產(chǎn)出和消耗大國(guó)，SO2是燃煤燃燒煙氣的特征污染物。當(dāng)汽油車(chē)尾氣與SO2混合時(shí)，汽油車(chē)尾氣生成顆粒物的質(zhì)量比不加SO2時(shí)高60%～200%。同時(shí)，汽油車(chē)尾氣中的烯烴又可以促進(jìn)SO2轉(zhuǎn)化生成硫酸鹽，此外烯烴也是導(dǎo)致臭氧污染的重要物質(zhì)，所以降低汽油中烯烴的含量對(duì)控制灰霾和臭氧污染都至關(guān)重要。

我國(guó)在近20年時(shí)間里，一直是全球最大的氨排放國(guó)。哈佛大學(xué)的研究報(bào)告顯示，從2005年至2008年間，我國(guó)每年氨排放量約1020萬(wàn)噸，與此同時(shí)，美國(guó)、歐盟的數(shù)字分別為340萬(wàn)噸、376萬(wàn)噸。氨氣與汽車(chē)尾氣顆粒物的生成和增長(zhǎng)過(guò)程中有著重要的作用，當(dāng)除去汽油車(chē)尾氣中的氨氣后，顆粒物生成便會(huì)受到抑制。當(dāng)汽油車(chē)尾氣光照反應(yīng)一段時(shí)間后與氨混合時(shí)，顆粒物數(shù)量和質(zhì)量都會(huì)爆發(fā)性地增長(zhǎng)，這意味著城市汽油車(chē)尾氣氣團(tuán)在白天傳輸至郊區(qū)，與富含氨的氣團(tuán)相遇時(shí)會(huì)造成顆粒物數(shù)量和質(zhì)量的增大，這就使得機(jī)動(dòng)車(chē)污染的影響不僅僅局限于城市地區(qū)，也會(huì)影響農(nóng)村地區(qū)的空氣質(zhì)量，呈現(xiàn)出區(qū)域性污染的特點(diǎn)。

汽油車(chē)尾氣與燃煤煙氣的典型污染物SO2、農(nóng)業(yè)面源氨的復(fù)合污染揭示了在我國(guó)多污染物、多污染源共存的背景下，實(shí)際大氣中二次顆粒的生成可能具有國(guó)外前期研究所不具有的復(fù)雜性和新特點(diǎn)。由此可見(jiàn)，我國(guó)的灰霾污染成因復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行治理需要從多個(gè)污染源著手，進(jìn)行綜合考量。