研究三年,北京大气污染主因被解密
四郎 四郎

研究三年,北京大气污染主因被解密

空气是人类赖以生存的必要条件,即便不考虑燃油质量差引起的大气污染后果,产品质量不达标以次充好谋利,厂家和监管机构的职业操守何在?

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图1雾霾深锁的京城

2015年,央视315晚会中有一档节目《记者调查:调和汽油的“秘密”》曝光了山东省东营市、滨州市许多不法厂商通过将劣质汽油和石脑油、芳烃等添加剂调和生产较高品号“调和汽油”。调查组记者曾委托中国科学院大学化学与化工学院何裕建教授课题组对各燃油样品进行了成分分析,证实汽油中含有甲缩醛等非法添加物等。这不仅容易造成汽车动力不足,还会影响人类健康。

近期,我们了解到,何裕建教授课题组一直在关注燃油质量,并用三年多的时间完成了“机动车燃油质量及尾气排放与北京市大气污染的相关性”的研究,论文正式发表在近期《中国科学院大学学报》(2017年5月34卷3期,P304-317;http://journal.ucas.ac.cn/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=12467)。通过介绍,我们有幸采访到何教授,听他讲解这项研究背后的故事和重要结果。

【关于研究的初衷】

近年来,不同研究人员对北京市大气污染的产生给出了各自的研究结果,不同的研究结果之间存在明显的差异甚至矛盾。因此,有必要研究清楚北京大气污染的真实起因。

何裕建说:“作为一名化学科研工作者,有兴趣和能力对大气污染成因进行彻底的分析,为公众服务。全国范围内的大气污染面积很大,我们以北京市为点进行了研究,希望通过我们的努力尽可能了解和接近真相,促进我们生存环境的改善。”

大概从2013年起,“雾霾”成为年度关键词。有报告显示,中国最大的500个城市中,只有不到1%的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准。除此之外,世界上污染最严重的10个城市,有7个在中国。2013年1月的北京,只有5天不是雾霾天,全年北京市大气PM2.5超标189天,年均值为89.5μg/m3。雾霾如此“高调”的闯进人们的生活,被雾霾笼罩着的每个人都有权利知道这背后的成因和真相是什么。

何裕建回忆道:“我们也从2013年起就开始认真关注雾霾为什么如此严重的成因。事实上,最初我和杨昆昊等项目主要参与者对汽车燃油质量和汽车尾气排放是否是造成北京市大气污染的最主要原因也只是猜想。”

何裕建说,回忆起这三年多的时间里,经历了许多难忘的故事,因为燃油管控的原因,其中最困难的莫过于如何到各个加油站顺利地取到燃油样品。何教授介绍,他们想尽了各种办法采取燃油样品。其中,有一部分样品来自于2015年央视315记者调查组交由他们进行分析的,还有一部分是通过一些特殊渠道获得的。北京市区和市郊有近千家加油站,为保证汽油样品能够尽可能有代表性,他们共获取了不同品牌的燃油样品100多个。

【主要研究结果】

何裕建课题组的研究表明,北京市四种常见品牌的汽油锰含量超标0.5~1.5倍;ZSH、ZSY和S牌汽油铁含量略超过标准,其中ZSH超标0.42倍;四种常见品牌的汽油铅含量全部超标,最高超标倍数为2.1倍。(样品品牌名用符号代替)

课题组测定了北京市不同品牌燃油中硫、氮含量。国V汽油和柴油标准均规定硫含量为10 mg/kg,测定结果显示S牌汽油的硫含量超过了国家标准;ZSH和BD两个柴油样品的硫含量均明显超标,其中ZSH柴油样品超标1倍,BD柴油样品超标高达33倍。北京市售每种燃油样品中均有较高含量的氮,尤其是S牌汽油其含氮量高达1462 mg/kg。无疑,这将产生较多的氮氧化物污染。但遗憾的是,目前我国燃油标准中没有氮含量标准。

国V标准规定,汽油中芳烃含量标准为40%(体积分数),折合成质量分数约为50%。课题组研究表明,北京市的ZSH、ZSY和FC三种品牌的汽油芳烃含量分别为56.7%、52.3%和77.1%(质量分数),均不符合国家标准。柴油中芳烃含量标准为11%(质量分数),取样的两种柴油中的芳烃含量均较低,符合国标。上面的结果表明,目前北京市面上的汽油基本上芳烃含量明显超标。

课题组收集了数千个数据,采用统计的方法研究了北京市2013年11月至2015年10月的各主要大气成分污染状况,并估算了汽车污染物排放的贡献率。结果表明,在供暖季,北京市汽车尾气排放的CO、NO2和SO2分别占总CO、NO2和SO2排放的30.1%、72.4%和6.6%;在非供暖季,汽车尾气排放的CO、NO2和SO2分别占总CO、NO2和SO2排放的53.3%、74.3%和20.3%,而北京市汽车HC排放全年平均分担率约为67.8%。供暖季大气边界层高度的下降及北京市燃煤排放将协同加剧重污染天气的出现。在无风无雨的天气状态下,一周的积累,大气污染即可达重度状态。

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图2 在供暖季,所有排放源排放导致的大气NO2日均增加浓度为41.0 μg/m3,而在非供暖季为28.0 μg/m3

大气污染物二氧化氮NO2呈棕色;臭氧O3主要为光反应引起,呈现淡蓝色;而大气颗粒物主要为灰黑色。这可合理解释雾霾天的大气常呈棕灰色,而有阳光时略带淡蓝色的原因。此外,课题组对PM2.5值进行了定量模拟,得到了较好的经验式,可较准确地预测北京市大气污染情况(图3)。

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图3 理论预测与实际值相吻合

何裕建和他的团队进行的这项长达三年之久的研究明确指出,燃油质量不达标和汽车尾气排放是北京市大气污染的主要原因,综合效应超过50%。这与上世纪美国洛杉矶的大气污染起因是一致的,这结果虽然令人意外,却也在意料之中。

为有效治理北京市大气污染,根据研究结果,他们提出如下建议:

1)合理降低燃油使用量;

2)坚决执行对燃油质量的监管与违法问责制,严防不合格燃油进入市场;

3)提高燃油芳烃含量标准至国际标准(35%),增补燃油的氮含量标准(

4)实行更加严格的汽车尾气排放标准;

5)淘汰老旧车辆,强制要求厂方给汽车配置三元转换器并定期更换,降低尾气污染物(CO、HC和NO2)排放;

6)提高供暖燃煤的质量,降低其S、N含量;

7)提高供暖燃煤的燃烧效率,降低CO和HC的排放。

【结束语】

何裕建说,除上海外,北京市燃油标准和监管比国内其他地区都严,但依然普遍存在燃油重金属含量、硫含量和芳烃含量等的超标现象,国内其它地区和城市的燃油质量更可想而知。何教授忧虑和无奈地说:空气是人类赖以生存的必要条件,退一万步讲,即便不考虑燃油质量差引起的大气污染后果,产品质量不达标以次充好谋利,厂家和监管机构的职业操守何在?中国厂家为了谋利出现过连人喝的牛奶也敢做成三聚氰胺毒奶的案例,何况汽车“喝”的燃油?他们什么事不敢干?值得警惕和深思!

在采访过程中,我们深刻地感受到了何教授课题组在无相关经费资助下完成此项目的难度、努力和坚持,更感受到了他们的强烈社会责任感和良知。

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