機動車尾氣對灰霾形成的直接和間接貢獻

本刊記者 宋 潔

根據世界衛生組織(WHO)2011年發布的《世界城市空氣質量報告》，在全球91個國家中，我國的空氣質量排名倒數第15位，全國約90%的城市空氣質量不達標，有近6億人口生活在有害于健康的空氣中。

空氣污染問題，不容小覷。多年來，我國在相關政策的指引下，開展了一系列空氣治理工作且初見成效。“十三五”生態環境保護規劃中指出，2015年全國338個地級及以上城市細顆粒物（PM2.5）年均濃度為50微克/立方米，首批開展監測的74個城市細顆粒物年均濃度比2013年下降23.6%，京津冀、長三角、珠三角分別下降27.4%、20.9%、27.7%，全國空氣質量總體上呈現明顯改善趨勢。但我們必須清醒地認識到年均PM2.5濃度離國家二級標準35微克/立方米還有差距，特別是冬季重霾仍然頻發，PM2.5濃度仍可達到重度污染乃至爆表水平。因此，進行大氣污染治理，還天空一抹藍色，任重而道遠。

聚焦灰霾污染問題

PM2.5污染及其引起的灰霾是我國城市群地區比較突出的空氣質量難題。我國存在著4個灰霾嚴重地區：黃淮海地區、長江三角洲、四川盆地和珠江三角洲，其他地區也不同程度地受到灰霾的影響，可見其影響范圍之廣。如何有效削減PM2.5污染水平、控制灰霾，引起了國家的高度重視。

想要解決灰霾，就必須削減PM2.5，而想要科學有效地削減PM2.5，就必要準確地了解PM2.5的來源。PM2.5可以由污染源直接排放，比如工廠煙囪和汽車排氣管排出的“黑煙”中就含有大量顆粒物。除了“看得見”的“黑煙”之外，“黑煙”中還含有大量“看不見”的氣態污染物，比如二氧化硫（SO2）、氮氧化物和揮發性有機物等，這些氣態污染物在太陽光照射下，能夠通過一系列的化學、物理過程二次生成顆粒物，如二次有機氣溶膠（SOA）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽等，會對PM2.5有間接貢獻。

近十幾年來，我國機動車數量激增。根據《中國機動車環境管理年報》，我國機動車保有量已于2016年達到2.95億輛，機動車尾氣污染已成為空氣污染的重要來源。但是機動車尾氣對PM2.5的貢獻目前還存有較大爭議。以北京市為例，北京市環保局2014年公布機動車尾氣對PM2.5的貢獻率約為31.1%，但是中國科學院大氣物理研究所的研究表明，北京地區機動車尾氣對PM2.5的貢獻率僅為4%。其主要原因就是機動車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注的灰霾污染這一重大現實問題，如何精準有效地削減PM2.5是當前空氣質量改善的迫切需求。針對PM2.5主要來源不明確的現狀，在中國科學院B類戰略性先導科技專項“大氣灰霾追因與控制”（XDB05010200）的支持下，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室利用先進的煙霧箱平臺，對汽油車尾氣和柴油車尾氣直接排放和二次生成顆粒物進行了模擬研究。

灰霾的追因與控制研究

到底機動車尾氣對大氣顆粒物的直接和間接貢獻如何？廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室選取了幾種典型的汽油車和柴油車進行實驗，包括小轎車、面包車、小貨車和重型卡車。在實驗中，他們將汽車尾氣通入煙霧箱，發現汽油車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，經過太陽光照，會生成大量的顆粒物，而生成的二次顆粒物的質量可以達到其直接排放顆粒物的259倍，表明我國汽油車尾氣的主要問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，要實現汽油車尾氣減排，其核心問題是如何降低尾氣中生成二次顆粒物的前體物。

汽油車尾氣中芳烴對二次顆粒生成的貢獻率可達到90%。與汽油車尾氣不同，柴油車尾氣一次排放顆粒物較多，消耗1公斤柴油，直接排放出來的顆粒物最高可達到1.3克，約為汽油車尾氣直接排放顆粒物的1300倍。經過光照反應后，柴油車尾氣二次生成顆粒物質量僅為其一次排放顆粒物質量的2.2倍，這表明柴油車尾氣控制的關鍵問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芳烴含量高密切相關。除此之外，他們還進一步研究發現，現有柴油車尾氣國五排放標準中的非甲烷碳氫化合物對柴油車尾氣生成二次顆粒物的貢獻小于10%，這說明現有的尾氣排放標準并不能有效控制柴油車尾氣生成二次顆粒物，這意味著我們需要重新審視現有的柴油車尾氣排放標準，有必要將更多的污染物考慮在內，比如中等揮發性有機物和含氧揮發性有機物。

油品升級是控制機動車尾氣污染的關鍵環節。2015年年底，京津冀、長三角、珠三角等區域內重點城市全面升級為國V標準的車用汽、柴油。2017年年底，全國全面供應國V標準的車用汽、柴油，同時停止生產銷售過IV標準車用汽、柴油。到底油品從國IV升級為國V對機動車尾氣減排有多大影響呢？廣州地球化學研究所利用煙霧箱模擬了同一輛車在使用國IV柴油和國V柴油時直接排放和二次生成顆粒物的情況。研究發現，同樣怠速條件下，柴油車每消耗1公斤國V柴油直接排放的顆粒物的質量比消耗1公斤國IV柴油排放的顆粒物減少了約1/4，生成二次顆粒物的質量減少了2/5左右，一次和二次的總和減少了約1/3。值得注意的是，質量占一次排放顆粒物總質量一半以上的黑碳顆粒的排放并沒有隨著油品品質的提升而減少，這說明油品品質的升級并不能降低柴油車黑碳顆粒物的排放。而想要進一步遏制污染排放，升級發動機技術和引進尾氣后處理裝置(比如顆粒過濾器DPF)很有必要。

團隊合影

注重大氣環境中多污染源的復合污染效應

大氣環境中并不是只存在某個單一污染源，而是多種污染源并存，比如工業源、交通源、農業源等等。這些污染源同時存在時會發生復雜的相互作用，形成復合污染體系，而這些都應是我們關注的對象。

我國是燃煤產出和消耗大國，SO2是燃煤燃燒煙氣的特征污染物。當汽油車尾氣與SO2混合時，汽油車尾氣生成顆粒物的質量比不加SO2時高60%～200%。同時，汽油車尾氣中的烯烴又可以促進SO2轉化生成硫酸鹽，此外烯烴也是導致臭氧污染的重要物質，所以降低汽油中烯烴的含量對控制灰霾和臭氧污染都至關重要。

我國在近20年時間里，一直是全球最大的氨排放國。哈佛大學的研究報告顯示，從2005年至2008年間，我國每年氨排放量約1020萬噸，與此同時，美國、歐盟的數字分別為340萬噸、376萬噸。氨氣與汽車尾氣顆粒物的生成和增長過程中有著重要的作用，當除去汽油車尾氣中的氨氣后，顆粒物生成便會受到抑制。當汽油車尾氣光照反應一段時間后與氨混合時，顆粒物數量和質量都會爆發性地增長，這意味著城市汽油車尾氣氣團在白天傳輸至郊區，與富含氨的氣團相遇時會造成顆粒物數量和質量的增大，這就使得機動車污染的影響不僅僅局限于城市地區，也會影響農村地區的空氣質量，呈現出區域性污染的特點。

汽油車尾氣與燃煤煙氣的典型污染物SO2、農業面源氨的復合污染揭示了在我國多污染物、多污染源共存的背景下，實際大氣中二次顆粒的生成可能具有國外前期研究所不具有的復雜性和新特點。由此可見，我國的灰霾污染成因復雜，對其進行治理需要從多個污染源著手，進行綜合考量。