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工程院院士唐孝炎:雾霾产生的真正原因(听一听82岁老院士的良心话)
中国电力报 / 2014-11-01

唐孝炎:中国工程院院士,环境科学专家。曾任中国环境学会副理事长、北京大学环境科学中心主任,曾获国家科技进步一等奖1次、国家科技进步二等奖3次、“何梁何利”科学技术进步奖1次。我国大气环境化学专业创始人,在环境化学前沿领域大气臭氧、酸雨和大气细颗粒物(气溶胶)化学方面作过许多具有开拓性和创造性的系统工作。


雾、霾是气象学的名词,雾霾天气的成因并不是只有污染一种,雾霾古代就有,空气中有很多细小的颗粒物,比如尘土、海浪带起来的泡沫、花粉等等,特别是刮风带起 来的土壤颗粒物,都是自然界中本来存在的。这些细小颗粒物飘浮在大气中,表面会吸附一定的水汽,重力不大,不易沉降,它就会飘浮到上空吸收大量水分后成为 云或雾的凝结核。有一些细小颗粒物集聚在近地面,受地面湿度的影响,它们会吸收、折射或者反射太阳光,造成能见度下降,这个时候这些细小颗粒就参与形成霾。当大气中有大量二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等污染物时,它们形成的硫酸和硫酸盐、硝酸和硝酸盐及有机物等,由于它们对光的效应,造成了视程障碍使霾的程度和危害性加大。


雾和霾的区别看起来似乎不大,只是湿度的问题。但是对它们的判别界限问题曾经引起气象学界一段时间的学术讨论和争议。简言之,按当前气象部门的定义,大气的 湿度低于百分之八十,颗粒物的光效应使能见度下降到十公里以内,造成灰蒙蒙的视程障碍现象叫做霾,但是当湿度高到百分之九十以上,那时候就变成轻雾,水汽 更大时就成为雾了。雾较容易散去,霾却很难。因为雾含水量大,受天气变化的影响比较大,太阳一出来,遇到干燥空气,雾就很容易散去,所以雾一般不会整天都 有。但是霾就比较麻烦,因为它水蒸汽含的不多,湿度在百分之八十以下,再加上霾所处空间一般是3000米以下,如果当上空存在逆温层,而水平方向没有风或风很小,空气上下对流或者水平流动不畅通时,霾就无法散去。


污染是造成严重雾霾的内因,气象条件则是外因。雾霾跟能源使用的排放有关。我们知道,二氧化硫、氮氧化物、氨气以及挥发性有机物等污染物都是气体,为什么到 大气中会变成颗粒物并最终形成霾呢?因为大气具有氧化性,能源燃烧后排放的气体污染物可以说是一次污染物,进入大气中以后,产生了非常复杂的化学反应,产 生了二次污染物。由于一次污染物的价态偏低,比如二氧化硫、一氧化氮都是属于还原价态,而大气中存在大量的自由基,低价态的气体很容易跟自由基产生被氧化的反应形成高价态的硫酸、硝酸、硫酸盐和硝酸盐等,有机物也有此反应。


目前,我们对雾霾成因的研究中对VOC(挥发性有机物)的重视还不够。排放进大气的VOC和氮氧化物是使大气氧化性增强的关键物质,由于他们的非线性关系,地区不同两者作用的比值也会有所不同。比如,曾有研究指出,北京城区的大气氧化性的增强,VOC的作用甚至大于氮氧化物,而郊区则相反。VOC是碳氢的结合体,它的产生相当大部分和燃烧有关,可以说任何燃烧都会产生VOC,所以跟能源的使用密切相关,煤炭、石油、天然气里面都存在有机质,炼油、化工都是排放大户,甚至秸秆燃烧、使用涂料和餐饮等也产生VOC。长期以来,人们一直认为煤炭燃烧是霾形成的主因,忽视化工产生的污染,关注的重点主要是烟尘和二氧化硫,忽略了氮氧化物和VOC,如果认识清晰起来,天然气不能算是清洁能源。


锅炉和汽车中的燃烧过程都会产生细颗粒物,PM2.5有一次排放和二次排放之分,一次排放就是燃烧直接产生的颗粒物,二次排放是燃烧产生的气体在大气中发生化学反应和核化反应后产生的颗粒物,电厂目前已有的除尘装置,最多只能除掉PM1以上的颗粒物,PM1以下的还除不掉。


汽车会排放很多VOCVOC的多少和油品以及燃烧是否充分有很大关系,有机物最好的转化结果就是变成二氧化碳和水,但是发动机的燃烧过程来不及充分完成就排放掉了,特别是汽车在城区低速行驶或怠速的时候。有些国家就有专门法律规定,遇到红灯时汽车必须熄火。


有人认为城市里的汽车排放了很多氮氧化物,其实不全是这样,氮氧化物的产生和燃烧的温度关系最大,汽车在城区行驶,速度不会太快,发动机燃烧温度不会太高,氮气和氧气的反应转化就比较少。哪儿的氮氧化物多呢,高速公路上,汽车在高速公路行驶的速度很快,发动机温度很高,产生的氮氧化物就越多。柴油车排放更多。


控制汽车产生废气的一个方法是在汽车上安装“三元催化转换器”,现在汽车上一般都装了,但是用的时间长了它会老化,作用会减弱,所以新车的氮氧化物排放比旧车要低。现在香港要求汽车的“三元催化转换器”每两年必须更换一次,但是我国大多数省份没有这个要求。


有时候我去北京的北五环,马路边上有很多人拿着代办车检的牌子,现在这个事儿已经成为了一个行业,不管你的车合不合格,他们都能帮你检测合格。现在又出现了租借“三元催化转换器”的现象,车主可以花钱租借一个新的来专门应付车检,验完之后再还给人家。这个现象的背后就是管理问题,现在的管理是粗放的,而不是精细管理。


别小看餐饮一条街,VOC多,二氧化硫也高,氮氧化物也高,所以说能源利用的问题很复杂。特别是对于北方城市,冬季采暖的散煤燃烧问题,采暖地区郊区每年冬天用掉的散煤如何管?有的政府不管这些小的,只管电厂大锅炉还有冶金等这些重点源。散煤燃烧,分散污染非常严重。所以我觉得能源革命里面生产和消费都要有,要注意这些小的以前没注意的东西。


我特别喜欢讲的是巴西的一个城市,他们市长在规划城市的时候就设计了专门的马路通道,其宽度只允许一个大巴车来一个大巴车去,双向车道,金融机构、政府机 关、企业总部等只允许建设在这条主路及辅路旁。这条路只能通行公共汽车,所有轻型汽车来了只能停在郊区或大道旁,然后人们换坐公交车进城。另外他们为了使 空气流通好,在主路两旁的房子是较低矮的,高楼都建在后面,不在汽车最密集的地方。这个城市有220万居民,公交使用占70%以上,这种状态从上世纪60年代到现在一直执行,已经几十年了,城市环境比里约和圣保罗等还清洁。(本文原载于中国电力报,根据深度能源君对唐院士专访整理。)

 

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