机动车尾气对灰霾形成的直接和间接贡献

本刊记者 宋 洁

根据世界卫生组织(WHO)2011年发布的《世界城市空气质量报告》，在全球91个国家中，我国的空气质量排名倒数第15位，全国约90%的城市空气质量不达标，有近6亿人口生活在有害于健康的空气中。

空气污染问题，不容小觑。多年来，我国在相关政策的指引下，开展了一系列空气治理工作且初见成效。“十三五”生态环境保护规划中指出，2015年全国338个地级及以上城市细颗粒物（PM2.5）年均浓度为50微克/立方米，首批开展监测的74个城市细颗粒物年均浓度比2013年下降23.6%，京津冀、长三角、珠三角分别下降27.4%、20.9%、27.7%，全国空气质量总体上呈现明显改善趋势。但我们必须清醒地认识到年均PM2.5浓度离国家二级标准35微克/立方米还有差距，特别是冬季重霾仍然频发，PM2.5浓度仍可达到重度污染乃至爆表水平。因此，进行大气污染治理，还天空一抹蓝色，任重而道远。

聚焦灰霾污染问题

PM2.5污染及其引起的灰霾是我国城市群地区比较突出的空气质量难题。我国存在着4个灰霾严重地区：黄淮海地区、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲，其他地区也不同程度地受到灰霾的影响，可见其影响范围之广。如何有效削减PM2.5污染水平、控制灰霾，引起了国家的高度重视。

想要解决灰霾，就必须削减PM2.5，而想要科学有效地削减PM2.5，就必要准确地了解PM2.5的来源。PM2.5可以由污染源直接排放，比如工厂烟囱和汽车排气管排出的“黑烟”中就含有大量颗粒物。除了“看得见”的“黑烟”之外，“黑烟”中还含有大量“看不见”的气态污染物，比如二氧化硫（SO2）、氮氧化物和挥发性有机物等，这些气态污染物在太阳光照射下，能够通过一系列的化学、物理过程二次生成颗粒物，如二次有机气溶胶（SOA）、硫酸盐、硝酸盐、铵盐等，会对PM2.5有间接贡献。

近十几年来，我国机动车数量激增。根据《中国机动车环境管理年报》，我国机动车保有量已于2016年达到2.95亿辆，机动车尾气污染已成为空气污染的重要来源。但是机动车尾气对PM2.5的贡献目前还存有较大争议。以北京市为例，北京市环保局2014年公布机动车尾气对PM2.5的贡献率约为31.1%，但是中国科学院大气物理研究所的研究表明，北京地区机动车尾气对PM2.5的贡献率仅为4%。其主要原因就是机动车尾气生成二次颗粒物的情况不明确。

面向政府和民众共同关注的灰霾污染这一重大现实问题，如何精准有效地削减PM2.5是当前空气质量改善的迫切需求。针对PM2.5主要来源不明确的现状，在中国科学院B类战略性先导科技专项“大气灰霾追因与控制”（XDB05010200）的支持下，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室利用先进的烟雾箱平台，对汽油车尾气和柴油车尾气直接排放和二次生成颗粒物进行了模拟研究。

灰霾的追因与控制研究

到底机动车尾气对大气颗粒物的直接和间接贡献如何？广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室选取了几种典型的汽油车和柴油车进行实验，包括小轿车、面包车、小货车和重型卡车。在实验中，他们将汽车尾气通入烟雾箱，发现汽油车尾气直接排放颗粒物较少，每消耗1公斤汽油，排放出颗粒物少于0.001克。但尾气排放在大气中后，经过太阳光照，会生成大量的颗粒物，而生成的二次颗粒物的质量可以达到其直接排放颗粒物的259倍，表明我国汽油车尾气的主要问题不是其直接排放的颗粒物太多，而是排放后二次生成的颗粒物太多。因此，要实现汽油车尾气减排，其核心问题是如何降低尾气中生成二次颗粒物的前体物。

汽油车尾气中芳烃对二次颗粒生成的贡献率可达到90%。与汽油车尾气不同，柴油车尾气一次排放颗粒物较多，消耗1公斤柴油，直接排放出来的颗粒物最高可达到1.3克，约为汽油车尾气直接排放颗粒物的1300倍。经过光照反应后，柴油车尾气二次生成颗粒物质量仅为其一次排放颗粒物质量的2.2倍，这表明柴油车尾气控制的关键问题是如何降低一次颗粒物排放，这与柴油中芳烃特别是多环芳烃含量高密切相关。除此之外，他们还进一步研究发现，现有柴油车尾气国五排放标准中的非甲烷碳氢化合物对柴油车尾气生成二次颗粒物的贡献小于10%，这说明现有的尾气排放标准并不能有效控制柴油车尾气生成二次颗粒物，这意味着我们需要重新审视现有的柴油车尾气排放标准，有必要将更多的污染物考虑在内，比如中等挥发性有机物和含氧挥发性有机物。

油品升级是控制机动车尾气污染的关键环节。2015年年底，京津冀、长三角、珠三角等区域内重点城市全面升级为国V标准的车用汽、柴油。2017年年底，全国全面供应国V标准的车用汽、柴油，同时停止生产销售过IV标准车用汽、柴油。到底油品从国IV升级为国V对机动车尾气减排有多大影响呢？广州地球化学研究所利用烟雾箱模拟了同一辆车在使用国IV柴油和国V柴油时直接排放和二次生成颗粒物的情况。研究发现，同样怠速条件下，柴油车每消耗1公斤国V柴油直接排放的颗粒物的质量比消耗1公斤国IV柴油排放的颗粒物减少了约1/4，生成二次颗粒物的质量减少了2/5左右，一次和二次的总和减少了约1/3。值得注意的是，质量占一次排放颗粒物总质量一半以上的黑碳颗粒的排放并没有随着油品品质的提升而减少，这说明油品品质的升级并不能降低柴油车黑碳颗粒物的排放。而想要进一步遏制污染排放，升级发动机技术和引进尾气后处理装置(比如颗粒过滤器DPF)很有必要。

团队合影

注重大气环境中多污染源的复合污染效应

大气环境中并不是只存在某个单一污染源，而是多种污染源并存，比如工业源、交通源、农业源等等。这些污染源同时存在时会发生复杂的相互作用，形成复合污染体系，而这些都应是我们关注的对象。

我国是燃煤产出和消耗大国，SO2是燃煤燃烧烟气的特征污染物。当汽油车尾气与SO2混合时，汽油车尾气生成颗粒物的质量比不加SO2时高60%～200%。同时，汽油车尾气中的烯烃又可以促进SO2转化生成硫酸盐，此外烯烃也是导致臭氧污染的重要物质，所以降低汽油中烯烃的含量对控制灰霾和臭氧污染都至关重要。

我国在近20年时间里，一直是全球最大的氨排放国。哈佛大学的研究报告显示，从2005年至2008年间，我国每年氨排放量约1020万吨，与此同时，美国、欧盟的数字分别为340万吨、376万吨。氨气与汽车尾气颗粒物的生成和增长过程中有着重要的作用，当除去汽油车尾气中的氨气后，颗粒物生成便会受到抑制。当汽油车尾气光照反应一段时间后与氨混合时，颗粒物数量和质量都会爆发性地增长，这意味着城市汽油车尾气气团在白天传输至郊区，与富含氨的气团相遇时会造成颗粒物数量和质量的增大，这就使得机动车污染的影响不仅仅局限于城市地区，也会影响农村地区的空气质量，呈现出区域性污染的特点。

汽油车尾气与燃煤烟气的典型污染物SO2、农业面源氨的复合污染揭示了在我国多污染物、多污染源共存的背景下，实际大气中二次颗粒的生成可能具有国外前期研究所不具有的复杂性和新特点。由此可见，我国的灰霾污染成因复杂，对其进行治理需要从多个污染源着手，进行综合考量。