自從中國嚴(yán)格治理空氣污染以來,大氣中的細(xì)顆粒物含量已經(jīng)顯著下降。接下來,若要更加全面地提升空氣質(zhì)量,就需要搞清楚污染物之間的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)。
今年的聯(lián)合國世界環(huán)境日是6月5日,主題是聚焦空氣污染,主辦國是中國。雖然因為空氣質(zhì)量問題屢見國際報端,但中國今年的前景要樂觀許多。根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境部(https://go.nature.com/2xaWNEI)發(fā)布的《中國空氣質(zhì)量改善報告(2013-2018年)》,細(xì)顆粒物PM2.5的年均水平顯著下降——2013-2018年間,中國74個大型城市的PM2.5濃度下降了42%。
2019年6月6日,《自然-地球科學(xué)》在北京舉辦了一場圓桌討論,邀請了專門研究大氣化學(xué)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境健康的科學(xué)家。與會人員一致認(rèn)為,若要取得更大的進(jìn)展,中國的環(huán)境治理必須將焦點擴(kuò)大到其他污染物和他們的前體物上。
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中國空氣質(zhì)量快速改善離不開強烈的政治意愿。在2013年發(fā)生的一連串重度污染事件后,中央政府做出了治理空氣污染的堅定承諾。過去6年里,這一承諾轉(zhuǎn)化為一系列具體措施,包括加強末端治理和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。如今,這些措施均已取得顯著成效。不過,想要維持這種改善速度的難度也越來越大。將空氣污染物濃度降低到世界衛(wèi)生組織的推薦水平,無疑是中國面臨的下一個更為艱巨的挑戰(zhàn)。
中國大氣的污染物組成與歐洲和北美略有不同,中國的污染主要源于大量的人為排放和大氣中高度復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。中國的空氣污染負(fù)擔(dān)之所以如此沉重,與中國的排放密集型產(chǎn)業(yè)和以煤為主的能源結(jié)構(gòu)脫不了干系。而且,經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、工業(yè)及城市化的同步繁榮,讓中國的大氣同時集合了歐洲與北美在不同社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的各種污染源。這就導(dǎo)致了中國的人為排放來源非常復(fù)雜,二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和一氧化碳這類污染物的排放量均比歐洲和北美目前的排放量高出許多倍。這些污染物一旦排放到大氣中,便會參與復(fù)雜的化學(xué)連鎖反應(yīng),使得二次污染物的治理變得很難。
盡管如此,中國實行的全面排放控制確實成功緩解了PM2.5污染。2012年以來,老舊的標(biāo)準(zhǔn)相繼作廢,取而代之的是一系列更為嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn),專門瞄準(zhǔn)發(fā)電廠、排放密集型行業(yè)(如鋼鐵行業(yè))和車輛排放的污染物。與此同時,中國政府積極打擊高排放和技術(shù)落后型工廠,推進(jìn)民用采暖煤改氣。2013-2017年,相關(guān)措施讓二氧化硫、氮氧化物和黑碳分別減少了59%、21%和28%。不過,二次氣溶膠等一些重要前體物卻呈現(xiàn)出增長趨勢,如非甲烷揮發(fā)性有機(jī)化合物和氨。
PM2.5治理的下個階段不應(yīng)再將PM2.5看作單一污染物,而是需要對不同污染物制定不同的治理政策。PM2.5中既有一次污染物(如黑碳),也有二次污染物(如硫酸鹽、硝酸鹽、氨和二次有機(jī)氣溶膠)。中國大部分PM2.5以二次生成的化合物為主,尤其是在一些重度污染中。在大城市中,二次生成的化合物占據(jù)了PM2.5濃度的70%。盡管PM2.5濃度下降了,但二次生成的化合物比例仍在不斷上升。硝酸鹽和二次有機(jī)氣溶膠濃度的降幅可能并沒有達(dá)到PM2.5總濃度的下降水平。因此,對非甲烷揮發(fā)性有機(jī)化合物、氨和氮氧化物排放的控制將是今后PM2.5治理的重中之重。目前對非甲烷揮發(fā)性有機(jī)化合物和氨排放的管控還不盡如人意。
雖然中國許多城市的PM2.5水平已經(jīng)下降了一大截,但多年的PM2.5治理也對近地面臭氧產(chǎn)生了非預(yù)期的影響,而近地面臭氧會刺激我們的呼吸系統(tǒng)。人為排放的減少降低了PM2.5水平,極大改善了空氣質(zhì)量,但同時也改變了空氣中化學(xué)物質(zhì)的比例,以至于2013-2017年間,中國許多重要地區(qū)的臭氧污染加劇。
如果想要控制臭氧水平,就需要根據(jù)不同地區(qū)的大氣化學(xué)結(jié)構(gòu),制定有針對性的排放控制條例。否則的話,單純減少其前體物可能會讓夏季近地面臭氧濃度上升。此外,臭氧控制和PM2.5治理之間可能很難兼得,這就需要我們深入了解不同污染物之間的化學(xué)反應(yīng),在此基礎(chǔ)上巧妙設(shè)計出能夠同時降低兩者水平的管控辦法。毫無疑問,如何對PM2.5和臭氧進(jìn)行協(xié)同控制將成為中國下一輪空氣凈化戰(zhàn)的最大挑戰(zhàn)之一。
并非所有治理條例都像PM2.5治理措施這樣成績斐然。例如,在2010到2015年間,中國的甲烷(其溫室效應(yīng)是二氧化碳的兩個數(shù)量級)年排放增量為110萬噸。這一增長主要來源于煤炭開采的排放,雖然限制煤炭開采排放甲烷的法規(guī)早從2010年就生效了。
其他經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的國家或能借鑒中國的空氣污染治理經(jīng)驗,比如印度。印度作為全球污染最嚴(yán)重的國家之一,空氣質(zhì)量每況愈下。人們希望可以快速擴(kuò)大空氣質(zhì)量的改善范圍。全球范圍內(nèi)的空氣治理技術(shù)轉(zhuǎn)移必將惠及更多的人。
原文以Cleaner air for China為標(biāo)題
發(fā)布在2019年6月27日《自然-地球科學(xué)》社論上
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ngeo|doi:10.1038/s41561-019-0406-7