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贺泓:NOx深度减排:探索PM2.5和O3协同控制之路

北极星大气网  来源:清洁空气政策伙伴关系  作者:贺泓  2021/10/19 14:35:36  我要投稿  

北极星大气网讯:目前,我国大气污染防治形势严峻,亟需推进以高度复合污染为特征的霾化学污染治理。建立和发展大气霾化学理论,探索PM2.5与O3协同控制策略,寻求NOx深度减排路径,对持续改善我国空气质量,实现美丽中国目标具有重要意义。

一、我国大气污染防治挑战:科学问题与现实问题

目前,我国PM2.5平均浓度仍高于世界卫生组织指导值,同时O3污染问题凸显,大气污染防治工作已进入深水区,面临治理大气复合污染新挑战。

治理大气复合污染亟需解决污染形成机制不明的科学问题和污染前体物减排难度大的现实问题。研究表明,随着我国空气质量逐渐改善(PM2.5平均浓度降低),PM2.5浓度和O3浓度趋于正相关,合理实施政策、精准控制前体物排放,可实现污染物浓度协同下降(图1)。但目前大气复合污染化学机制不完善、前体物贡献不明确、前体物优先控制存争议,导致协同治理政策措施制定难度大。此外,复合污染前体物控制面临着减排技术不成熟、减排效果不确定、减排措施不普及等问题,造成协同治理政策措施落实难度大。因此,我国治理大气复合污染亟需寻求总体抓手和可行路径。

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二、以NOx深度减排为抓手:推动PM2.5和O3协同控制

在大气复合污染条件下,大气氧化性增强,气态污染物向颗粒态污染物转化呈爆发性增长,大气环境容量下降,灰霾污染事件频繁出现。NO2是大气氧化性重要贡献者之一,在复合污染致霾中扮演核心角色。

研究表明,大比例削减NOx可实现PM2.5和O3污染协同治理。近年来,随着我国空气质量改善,PM2.5与NO2相关性越来越显著高于PM2.5与SO2相关性(图2)。相关分析显示,削减单位质量NO2带来的PM2.5减少量是削减SO2的3倍以上。因此,进一步降低PM2.5浓度需推进NOx排放控制。此外,外场观测、烟雾箱和模式模拟结果显示,大比例削减NOx直至O3生成的NOx控制区可有效控制O3浓度。

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目前,我国工业源和移动源NOx排放控制工作已取得一定进展。下一步需以我国新气候目标为持续动力,开展深度减排工作。以柴油车NOx减排为例,在实现“碳达峰、碳中和”与更好空气质量的双重目标下,我国需分别制定短期、中期和长期柴油车发展战略与路线图,实现减污降碳协同增效:

1. 短期内,需提高柴油机热效率,发展CO2与大气污染物协同减排技术。加强柴油机内净化技术与后处理技术的研发与应用,打破柴油机CO2与NOx排放量的“跷跷板”关系。

2. 中期内,需发展碳中性燃料合成技术、碳中性燃料-燃油掺烧技术。加快推进生物柴油和醇类燃料生产和应用,并推广碳中性燃料掺烧技术,替代、减少柴油使用。

3. 长期内,需发展碳中性、零碳燃料直接燃烧技术和氢燃料电池技术。逐步发展基于绿氢与CO2捕集以及基于生物质转换的碳中性燃料,并加大力度研发应用氢燃料电池。

三、大气霾化学研究的展望

目前,我国正面临以高度复合为特征的霾化学烟雾污染,需大力推进霾化学污染机制、组分识别精准溯源、大气污染物协同控制三个方向的研究工作,建立综合交叉的霾化学研究范式和引领学科的霾化学原创理论,助力大气污染防治政策的制定和优化。

未来五年,建议构建精准的颗粒物组分识别和溯源平台,揭示二次污染物形成的微观化学机制,建立适用于霾化学污染特征的数值模拟理论与方法,以初步构建大气霾化学理论、初步提出费用效益比最优的PM2.5和O3协同控制策略。

未来十年,建议建立引领学科发展的霾化学理论,制定最优化、精细化PM2.5和O3协同控制策略,并引导实施以健康效益为调控目标的大气污染防控和落实“污染物-碳”协同减排和资源化,实现我国空气质量持续有效改善,并将其辐射至“一带一路”国家。

参考资料

[1] Cheng, Y., Zheng, G., Wei, C., Mu, Q., Zheng, B., Wang, Z., Gao, M., Zhang, Q., He, K., Carmichael, G., Pöschl, U., & Su, H. (2016). Reactive nitrogen chemistry in aerosol water as a source of sulfate during haze events in China. Science Advances, 2(12), e1601530–e1601530. https://doi.org/10.1126/sciadv.1601530

[2] Chu, B., Ma, Q., Liu, J., Ma, J., Zhang, P., Chen, T., Feng, Q., Wang, C., Yang, N., Ma, H., Ma, J., Russell, A. G., & He, H. (2020). Air Pollutant Correlations in China: Secondary Air Pollutant Responses to NOx and SO2Control. Environmental Science & Technology Letters. https://doi.org/10.1021/acs.estlett.0c00403

[3] He, H., Wang, Y., Ma, Q., Ma, J., Chu, B., Ji, D., Tang, G., Liu, C., Zhang, H., & Hao, J. (2014). Mineral dust and NOx promote the conversion of SO2to sulfate in heavy pollution days. Scientific Reports, 4(1), 4172–4172. https://doi.org/10.1038/srep0417

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