汽车尾气对环境的危害及其对策

邬忠萍*，谢三山

(成都工业学院 机械工程系，成都 611730)

我国在2012年2月正式步入汽车社会［1］。近年来，围绕汽车的中心话题已经从“汽车销量”、“畅销车型”变成了“PM2.5”、“限行”、“摇号”等负面效应［2］。人们已经逐渐意识到汽车带给我们方便的同时也给我们带来了很多负面影响，如肺癌已经成为我国几大城市第一大癌症，死亡率居恶性肿瘤之首。本文主要探讨汽车尾气的对身体、环境等的危害及处理措施，以达到人与自然，人与社会和谐共处的目的。

1 我国汽车尾气污染现状

据国家环境保护局2010年发布《中国机动车污染防治年报》显示:我国机动车保有量与1980年相比，增加了25倍，并于2009年首次成为世界第一汽车产销大国［3］。

汽车等交通工具在使用过程中产生大量的废气排放污染，其排放污染的主要方式有燃料蒸发、油箱泄漏和排气管排放，其中排气管的排放是发动机排放的主要来源。排气管排出的大量的有害微粒主要包括 CO、CH、NOx、PM、SO、臭气等。这些废弃物通过气缸，经由排气门、排气歧管、排气总管等排放到空气中，成为污染环境的主要“元凶”。据不完全统计，我国每辆交通运输车平均每天排放CO、HC和NOx的量分别为3 kg、0.2 ～0.4 kg、0.05 ～0.15 kg。仅2011年一年，轻型汽车排放 NOx80.7万 t，CH 166.2 万 t，CO 1621.7 万 t，PM 6.5 万 t，成为各大城市空气污染的主要来源［4］。

2 汽车尾气对环境的危害

大气中90%的CO来自汽车尾气，CO极易与人体的血红蛋白反应生成碳氧血红蛋白，使得血红蛋白在肺中吸收的不是氧气而是吸收CO，从而降低血液中的氧气浓度，进而导致视力及听力下降、头痛、眩晕、恶心、动脉硬化和末梢神经炎等症状，严重者可能死亡，其对胎儿及幼儿的发育影响更为严重。据有关资料显示:当空气中CO的体积分数达到万分之一时就可能使人感觉头晕、乏力。汽车保有量的逐年增加，使得大气中CO的体积分数有增无减，严重影响着人们的身心健康。

图1 PM2.5的组成

在空气污染物中，PM2.5是指空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，并且其含量越高空气污染越严重。PM2.5的成分复杂，由直接排入空气中的一次微粒和空气中的气态污染物通过化学转化生成的二次微粒组成。一次微粒又分为自然源和人为源2种，如图1所示。但主要是人为源，其中自然源包括尘土、海盐(颗粒物的组成与海水成分类似)、植物花粉、细菌、火山灰等。人为因素的主要来源是汽车尾气及石油、化学等各种工业过程。

2012年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出:每年有约70万人因臭氧导致的呼吸系统疾病而死亡，有近200万的过早死亡病例与颗粒物污染有关。《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表的研究报告称:人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。［5］世界银行发布报告:由室外空气污染导致的过早死亡人数平均每天1000人，每年有35至40万人因空气污染面临死亡。早在1997年，世界银行就预计有5万中国人因为空气污染而过早死亡。总体来说，中国的空气污染导致城市居民的寿命平均减少了18年。

截至2010年年底为止，除了美国和欧洲一些国家把细小颗粒物纳入国际标准并强制性限制外，大部分国家还未开展对细颗粒物的检测，我国是从2013年1月1日起正式开始对我国74个城市空气质量进行监测并实时发布监测数据，其标准如表1所示。

表1 我国PM2.5检测质量标准

2013年1月13日北京监测的PM2.5，局部地区最高值竟然达到了993 μg/m3，超过世界卫生组织标准限值几十倍。综合北京多家科研机构和大学院校研究的结果表明:空气中的PM2.5，有23%是通过机动车排放直接或间接贡献的。

3 汽车尾气的处理措施

由汽车尾气造成的20世纪四五十年代美国洛杉矶的光化学烟雾事件及1952年的伦敦烟雾事件，引起了美国、日本、英国等世界工业国家的重视，各国也纷纷开始了机动车污染排放的控制。早在1963年美国加利福尼亚州就开始实施汽车尾气限制排放的政策，之后世界各国又以1970年美国实施《空气清洁法》为契机，开始实施尾气排放控制。

如图2所示，无论美国、日本还是欧洲，都把保有量较大的轻型车作为尾气排放污染控制的第一阶段，随着汽车保有量的不断增长，尾气污染的控制方向也从轻型车向中型车延伸，直到目前的汽车、能源、交通综合控制。对汽车尾气控制的主要对象是对光化学烟雾的产生贡献较大的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)及氮氧化物的排放量(NOx)［1］。

图2 美日欧机动化程度与汽车污染控制阶段［1］

为了控制汽车尾气排放污染物，可采取的主要措施有:优化汽车设计、提高燃油品质、优化道路条件、开发新能源汽车。

3.1 优化汽车设计

如果一辆汽车发动机的燃料能量为100%，那么发动机自身就要损耗掉65%左右的能量，这不仅浪费了燃料，也增加了排放。随着汽车工业的发展，发动机和底盘等技术的进步不仅提高了汽车的操纵稳定性和燃油经济性，同时也降低了汽车尾气污染物的排放量。

3.1.1 涡轮增压技术

涡轮增压(Turbo)技术是通过压气机将气体在进入气缸前进行压缩，从而使在单位体积内，空气质量增加，这样可以是燃油的燃烧更充分，从而有助于减少汽车尾气的排放。比如1.8 T涡轮增压发动机，经过增压之后动力可以与2.4 L发动机的动力相媲美，但CO的排放仅为非涡轮增压汽车的45%;NOx排放仅为非涡轮增压汽车的37%;而对于HC，涡轮增压汽车的排放量仅仅是非涡轮增压汽车排放量的8%［6］。

3.1.2 双离合自动变速器技术

双离合自动变速器DCT(DualTronic)基于手动变速箱基础上，通过一集成电子和液压元件的机械电子模块来实现换挡和离合操作。DCT有2个离合器，一个控制 1、3、5 档，一个控制 2、4、6 档。使用一档时二档已经准备好了，这样就大大缩短了换档时间。目前市场上较多的DCT有:大众DSG双离合器变速箱、沃尔沃POWERSHIFT双离合器变速箱、保时捷PDK双离合器变速箱、三菱TC-SST双离合器变速箱。以大众DSG变速器为例，与同款车型MT(手动变速器)相比，其 CO排放量为 MT车辆的64%，NOx为 MT车辆的70%，HC为手动车辆的75%［6］。

3.2 提高燃油品质

目前，我国成品油质量和排放标准的制定分属于2个体系，管理则分属多个部门:即成品油的质量标准由国家标准化管理委员会制定，石油产品和润滑油质量标准的制定是在石油化工科学研究院，而环保总局和质检总局联合发布环保的排放标准。各部门之间若步调不一致，影响的不仅仅是使用汽油、柴油的汽车行业，而且会严重影响环境质量［7］。

此外，我国的成品油生产和销售领域没有一套完善体制和配套管理程序，因此小炼油厂层出不穷，致使市场上充斥大量的劣质成品油。另外，我国长期以来油品质量滞后于国外汽车发动机燃油技术水平，严重阻碍了我国汽车工业与世界接轨的发展步伐。

作为机动车尾气污染综合治理的一个重要组成部分，实施汽油无铅化、降低燃料中硫含量、改进汽油中苯、芳烃、烯烃、柴油中的多环芳烃等组成性质，不断提高车用燃料质量，是石油化工行业刻不容缓的历史重任［7］。

3.3 优化道路条件

美国中型轿车城市和公路循环行驶工况测试数据显示:在城市工况下怠速停车所耗燃料为17.2%，而公路工况下怠速停车所耗燃料为3.6%。因此，减少怠速停车可大大提高燃料的利用率，从而减少废气的排放。城市道路的宽度及设计的合理程度可直接影响汽车行驶的畅通程度，从而使汽车尾气排放量显著不同。

3.4 开发新能源汽车

当前全世界已经进入了“高油价时代”，因此发展新能源汽车迫在眉睫。世界各国政府及各大汽车厂商都加大了对新能源汽车的开发力度，并取得了一定的成果。新能源汽车包括:以可再生燃料为代表的醇燃料汽车、气体燃料汽车、双燃料汽车、纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车［8］。

我国经过近10年对新能源汽车的研究开发和示范运行，已基本具备了产业化发展的基础，在电池、电机、电子控制和系统集成等关键技术方面取得了显著成绩。目前市场上已有纯电动汽车和插电式混合动力汽车。汽车燃料消耗量的降低和技术先进的内燃机、高效的变速器、汽车轻量化材料、整车优化流线设计以及混合动力等节能技术息息相关;气体燃料汽车技术基本成熟并逐步实现了产业化。但总体来说，我国新能源汽车部分核心零部件和整车关键技术还没有完全解决，且价格高昂，社会配套设施不健全，使新能源汽车的产业化和市场化发展受到制约［9］。这需要政府和业界一起加大力度，大力提倡新能源汽车的产、学、研结合，使得新能源汽车更快、更好地市场化。

4 结语

本文对汽车尾气对环境的危害进行了分析，针对我国汽车尾气污染现状探讨了解决办法。汽车尾气对环境的污染问题，需要生产企业负责，职能部门监管，政府部门监督，全民共同努力，共同创建赖以生存的环境。

［1］李春利.汽车的社会成本与大气污染治理［J］.汽车安全与节能，2013，4(4):301.

［2］王俊秀.中国汽车社会发展报告［M］.北京:社会科学文献出版社，2013.

［3］程煜群.中美机动车尾气排放污染控制制度比较研究［D］.北京:中国地质大学，2011.

［4］李禾.《轻型车国五标准》将控制颗粒物排放数量［N］.科技日报，2013-01-19(15).

［5］全球每年约210万人死于PM2.5等颗粒物浓度上升［EB/OL］.(2013-07-17)［2014-10-04］http://news.qq.com/a/20130717/012459.htm.

［6］卢云鹤，孙龙林，黄文伟.城市道路工况下汽车排放特征的影响因素研究［J］.环境污染与防治，2013，35(10):42.

［7］曾庆洪.提高国产车用汽柴油品质［EB/OL］.(2011-03-14)［2014-10-05］.http://www.caam.org.cn/hangye/20110314/1005053262.html.

［8］任恒山，周水庭.现代汽车概论［M］.北京:人民交通出版社，2012.

［9］国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)的通知［EB/OL］.(2012-06-28)［2014-10-05］http://wenku.baidu.com/link?url=RlXceZbZaYrrkmEzMB0-6-rOi-XiLteUw8fW255OqZZFsphc6XiYuYHpCOHAJSzSkHmnJYREBkyU1 0jtqjNWHjFEPWPu65v0dZ-qqfWRBA3.