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霾聚中國: 罕被知曉的兩大成因
添加時間:2016-12-21 9:57:32 瀏覽次數:

全國約1/7的天空被霧霾籠罩,面積達142萬平方公里……始于16日的這場霾來得有點粗暴,直接覆蓋了整個華北平原。
自北京16日20時率先啟動紅色預警后,截至目前,6省市聯合抗霾、40個城市發布重污染天氣預警、23個城市啟動紅色預警、17個城市發布橙色預警。
然而,霾的數值并沒有降低,反而進一步加劇。19日,石家莊市區內“世紀公園”監測點PM2.5和PM10一度雙雙突破1000微克/立方米。范圍也在進一步擴大,京津冀、山西、陜西、河南等11個省市接連“淪陷”。
當絕大多數人都將硫化物、氮氧化物、汞等視為霧霾元兇時,卻忽略了霾中的另一個主要成分:多環芳烴?!蚌駁腦綴芮宄?,多環芳烴和再生的PM2.5,而且是客觀存在的,必須分析它的源頭,才能徹底消除霧霾?!痹諢は低徹ぷ髁?3年的國家化工行業生產力促進中心總工程師、化學工業部技術委員會原常委方德巍在接受第一財經記者采訪時表示。
眾所周知,燃煤是造成霾污染的主要源頭之一,也是硫化物、氮氧化物、汞,乃至被忽略的多環芳烴最主要的生成途徑。接受第一財經記者采訪的專家認為,既然無法改變以煤炭為主的能源供給方式,就必須探究如何更加清潔地利用它,這才是從源頭上治霾的重要方式之一。
“原始霾”每年排放5億多噸
“煤炭揮發分而產生的多環芳烴是PM2.5的原始結構,也是PM量里最廣的源頭,且它是一個不容易降解的物質,半衰期也很長,達幾十年?!狽降攣”硎?,“1952年的‘倫敦霧’效應就已經證實,多環芳烴是PM2.5的原始結構?!?/span>
方德巍告訴本報記者,霧霾元兇很清楚,是客觀存在的。首先,凡燃燒、熱解、干餾生物質及煤炭或原油均可大量地產生“多環芳烴”物質,也就是原始結構的PM2.5物質,這是主要源頭之一;其次是光化學煙霧(或稱氣溶膠),來源于大氣中相關物質的光化學反應而構成再生結構的PM2.5物質。
而相比人們對再生PM2.5物質的重視,多環芳烴卻被忽略了。
事實上,一噸燃煤在燃燒過程中會釋放300公斤的多環芳烴,但其中一半會被燃燒掉。而我國的煤炭消費主要為商品煤,按照2015年數據,消費量為36.98億噸,這就意味著多環芳烴每年的釋放量高達約5.55億噸,進入了人類生活的環境——水體、土壤、空氣。
此外,如果說氧化硫、氮氧化物、汞、粉塵都可以通過環保設備進行凈化,但多環芳烴卻無法被清除。
“我曾反復闡述,直接燃煤及生物質(無論是動、植物質)都必然產生原始結構的多環芳烴化合物。特別是直接燃煤,只要是在發電的鍋爐或是一般的供熱鍋爐燃燒,道理是一樣的,只不過電廠所排廢氣凈化好些,表面上排入大氣的PM2.5(即原始‘多環芳烴’結構物質)可能相對少了些,但按總量的平衡(物質守恒的原則),其去處也只能是經電廠裝備所吸收或吸附,這些焦油狀的物質仍將進入水體,經排放就有可能被土壤吸收。這類物質沸點極低,極易在大氣中散發?!狽降攣”硎?。
風變慢助推煤污染
中國燒煤并非最近幾年才開始,為何最近幾年的霾越來越重?殊不知,風越來越慢了,這從側面助長了霾的氣焰。
“近些年,在北京氣象臺觀測到風力在降低,與過去相比,低了每秒0.7米,這種降低有氣象臺站周圍障礙物遮擋的影響,也有氣候變化的影響。對于霾來說,風來,霾散,但是現在風速低,污染不變或增大,都會讓霾加重?!比蟣浠氳厙螄低晨蒲а芯吭焊痹撼ね蹩娑緣諞徊憑欽弒硎?。
作為激發和終止污染過程的重要因素,大氣條件對污染過程的影響已促使眾多的專家展開研究。
王開存指導的博士論文《大氣擴散條件對空氣質量的影響》稱,從京津冀地區19個氣象站1981~2015年的能見度數據中發現,能見度小于5公里,且相對濕度小于90%時為霧霾天,冬季的霧霾天數和冬季能見度有很好的六個負相關因子,這六個因子能很好地預測能見度的年際變化,該因子的高值對應著亞歐大陸對流層中層的逆溫,弱的西伯利亞高壓會進而導致水平風速減少、相對濕度增加,這些都不利于污染物的擴散。
“高濃度的污染物排放是空氣污染的內部原因,而不利的大氣水平和垂直擴散條件則是決定污染過程是否爆發和持續時間長短的外部條件。冷高壓控制下比較利于污染物的擴散,但是大氣環流是一個復雜的過程,氣象一定要有溫度梯度的差異及濃度的梯度才會發生改變?!敝泄肪晨蒲а芯吭旱囊晃謊芯咳嗽倍緣諞徊憑欽弒硎?。
近年來,霧霾頻發除受到污染物排放增加的影響,同樣受到大尺度環流系統的影響,東亞冬季風減弱、近地北風減弱、對流層低層逆溫異常和相對濕度增加等環流特征都有利于霧霾的集聚。
上述論文中還指出,1976~2007年,北京近地面風速由每秒3.7米降低到了每秒3米,冷空氣爆發(日間溫差4攝氏度)的次數由年均7次減少為5次,而相對濕度和靜風頻率(小于每秒2米)都有所增加,這些都表明東亞冬季風的減弱。而在全球氣候變化的背景下,極地地區增溫比低緯度明顯,這大大降低了緯向溫差,進而降低了西伯利亞冷空氣對華北地區的輸送,同時減弱了徑向風速,近期的大氣環流特征加劇了霧霾天氣的發生。
一個不可否認的事實是,全球在變暖,北方的冬天不再像過去那樣冷,同時由于極地地區變暖更強,中緯度與極低地區之間的溫度梯度減小,這些因素會影響西伯利亞冷空氣爆發的強度和頻率以及近地面風速的大小,可能對霾是否集聚產生重要影響。
根治煤污染可能要20年
無論是燃煤所帶來的硫化物、氮氧化物、汞,還是粉塵及多環芳烴,都是霾的元兇。在無法改變以煤炭為主的能源供給方式時,如何真正能夠清潔地利用它,才是從源頭上治理霾的一個方式。
方德巍告訴第一財經記者:“我們承認現行任何化石能源的利用方式都對環境有負面影響,但也要承認其可依據各自不同特點,最終實現高效清潔的利用?!?/span>
“以燃煤發電為例,煤炭經鍋爐完全燃燒,再蒸汽發電,其能效僅為33%~41%(包括超超臨界機組在內)。煤炭既是能源又是物質資源,其客觀存在的物質結構包括多環芳烴化合物,因此在燃燒及熱加工(焦化、干餾、熱解)過程中,必然會產生對環境不友好的污染物質。中國需要通過體系創新和技術路線創新,走以‘能化共軌’技術為龍頭的‘甲醇經濟’戰略創新路線,最終實現煤炭的清潔高效利用?!狽降攣”硎?。
“能化共軌”既創新性地將煤炭資源利用與化工過程相結合,又集聚了熱、電、化等多元能量的綜合高效梯級利用,并創造性實現了物質轉化與相關產業的循環、耦合,最終可將煤炭的資源利用率分別從發電的33%~41%與化工的53%,提高到大于80%的綜合利用率水平。同時現有技術路線體系下煤炭利用排放的污染物N0x、S0x、Hg、PM2.5等已基本不復存在,而二氧化碳可通過“甲醇化”過程,實現“分子經濟”共軌及下游配套的高效利用,最終可減排65%?;瘓浠敖?,就是從傳統燃煤發電的“煙囪”中撿回碳、氫及相關產物。
這個路徑,方德巍在2008年的一次高層會議進行了匯報。事實上,在上世紀八九十年代,以煤為主的碳一化工及甲醇體系的創新研發戰略已經全面系統地開展,因為歷史原因又被弱化。
工信部、財政部2015年已聯合下發《工業領域煤炭清潔高效利用行動計劃》工信部聯節[2015]45號文,鼓勵在煤化工行業按照“能化共軌”理念,推進煤炭由單一原料向原料、燃料并重轉變,加大煤炭資源加工轉化深度,大力發展清潔能源、新材料等新型煤化工。
“對現有產業逐步實施系統改造,大約需20年健康發展,中國即可全面實現高效利用能源資源,從源頭上徹底解決因老工業化之路帶來的環境污染和生態破壞難題?!狽降攣”硎?。