NOx深度減排：探索PM2.5和O3協同控制之路
來源： 發布日期：2021/10/26 點擊次數：671
目前，我國大氣污染防治形勢嚴峻，亟需推進以高度復合污染為特征的霾化學污染治理。建立和發展大氣霾化學理論，探索PM2.5與O3協同控制策略，尋求NOx深度減排路徑，對持續改善我國空氣質量，實現美麗中國目標具有重要意義。
一、我國大氣污染防治挑戰：科學問題與現實問題
目前，我國PM2.5平均濃度仍高于世界衛生組織指導值，同時O3污染問題凸顯，大氣污染防治工作已進入深水區，面臨治理大氣復合污染新挑戰。
治理大氣復合污染亟需解決污染形成機制不明的科學問題和污染前體物減排難度大的現實問題。研究表明，隨著我國空氣質量逐漸改善(PM2.5平均濃度降低)，PM2.5濃度和O3濃度趨于正相關，合理實施政策、精準控制前體物排放，可實現污染物濃度協同下降。但目前大氣復合污染化學機制不完善、前體物貢獻不明確、前體物優先控制存爭議，導致協同治理政策措施制定難度大。此外，復合污染前體物控制面臨著減排技術不成熟、減排效果不確定、減排措施不普及等問題，造成協同治理政策措施落實難度大。因此，我國治理大氣復合污染亟需尋求總體抓手和可行路徑。
二、以NOx深度減排為抓手：推動PM2.5和O3協同控制
在大氣復合污染條件下，大氣氧化性增強，氣態污染物向顆粒態污染物轉化呈爆發性增長，大氣環境容量下降，灰霾污染事件頻繁出現。NO2是大氣氧化性重要貢獻者之一，在復合污染致霾中扮演核心角色。
研究表明，大比例削減NOx可實現PM2.5和O3污染協同治理。近年來，隨著我國空氣質量改善，PM2.5與NO2相關性越來越顯著高于PM2.5與SO2相關性。相關分析顯示，削減單位質量NO2帶來的PM2.5減少量是削減SO2的3倍以上。因此，進一步降低PM2.5濃度需推進NOx排放控制。此外，外場觀測、煙霧箱和模式模擬結果顯示，大比例削減NOx直至O3生成的NOx控制區可有效控制O3濃度。
目前，我國工業源和移動源NOx排放控制工作已取得一定進展。下一步需以我國新氣候目標為持續動力，開展深度減排工作。以柴油車NOx減排為例，在實現“碳達峰、碳中和”與更好空氣質量的雙重目標下，我國需分別制定短期、中期和長期柴油車發展戰略與路線圖，實現減污降碳協同增效：
1. 短期內，需提高柴油機熱效率，發展CO2與大氣污染物協同減排技術。加強柴油機內凈化技術與后處理技術的研發與應用，實現CO2與污染物協同減排。
2. 中期內，需發展碳中性燃料合成技術、碳中性燃料-燃油摻燒技術。加快推進生物柴油和醇類燃料生產和應用，并推廣碳中性燃料摻燒技術，替代、減少柴油使用。
3. 長期內，需發展碳中性、零碳燃料直接燃燒技術和氫燃料電池技術。逐步發展基于綠氫與CO2捕集以及基于生物質轉換的碳中性燃料，并加大力度研發應用氫燃料電池。
三、大氣霾化學研究的展望
目前，我國正面臨以高度復合為特征的霾化學煙霧污染，需大力推進霾化學污染機制、組分識別精準溯源、大氣污染物協同控制三個方向的研究工作，建立綜合交叉的霾化學研究范式和引領學科的霾化學原創理論，助力大氣污染防治政策的制定和優化。
未來五年，建議構建精準的顆粒物組分識別和溯源平臺，揭示二次污染物形成的微觀化學機制，建立適用于霾化學污染特征的數值模擬理論與方法，以初步構建大氣霾化學理論、初步提出費用效益比最優的PM2.5和O3協同控制策略。
未來十年，建議建立引領學科發展的霾化學理論，制定最優化、精細化PM2.5和O3協同控制策略，并引導實施以健康效益為調控目標的大氣污染防控和落實“污染物-碳”協同減排和資源化，實現我國空氣質量持續有效改善，并將其輻射至“一帶一路”國家。
