柴油发动机和木材燃烧

wood combustion - particles - air particles - fog pollution - smog - pollution

  细颗粒物(PM2.5)是空气污染的主要成分之一,造成法国和世界各地大量人口死亡。柴油发动机和烟囱中木材燃烧产生的颗粒物是其重要来源。汽油发动机排放的超细颗粒物(小于0.1微米)比柴油发动机排放的颗粒更细,因此难以将其考虑在内。其他具有不同化学性质的微粒也是造成空气污染的重要来源。监测网络提供了细颗粒物的质量浓度,这些监测结果与健康数据相关联。它们是否能代表细颗粒物,尤其是柴油发动机或木材燃烧排放的细颗粒的危害性?

1. 颗粒物空气污染的若干要素

1.1. 担心会产生什么影响?

环境百科全书-柴油发动机-空气
图1. 在大气中,某些尺寸大于几微米的微粒构成了细菌,水蒸气在其周围凝结形成薄雾、雾或其他水文气象层。[图片来源:©阿兰·赫劳尔特]。

  空气污染的性质、次数和地点(图1)发生了很大变化。总体上朝着好的方向发展,但其对健康的影响仍具有现实意义,并被广泛宣传。根据世界卫生组织(WTO)和法国公共卫生监控研究所(INVS)的数据显示,细颗粒物(PM2.5是空气污染的成分之一,每年导致全球700万人过早死亡,其中法国每年死亡人数达4.8万人,占死亡总人数的9%。是仅次于烟草(7.8万人)和酒精(4.9万人)的第三大死因,这三大原因导致的死亡人数约占法国死亡总数的三分之一。在世界范围内,每八例死亡中就有一例死于空气污染。而在法国,这一比例约为十分之一。空气污染使30岁成年人的预期寿命缩短15至24个月。尽管媒体已向公众广泛宣传了这些惊人的数字,但在现实生活中,它们依然鲜为人知(被称为隐形杀手)。空气污染导致的疾病在污染地屡见不鲜,细颗粒物是罪魁祸首。

环境百科全书-柴油发动机-巴黎大气颗粒物浓度的变化
图2. 从1956年到1999年,巴黎大气颗粒物浓度的变化(用浊度计或烟气黑度测量):在这43年期间,浓度除以5。[图片来源:©巴黎市卫生实验室]

  空气污染一文列出了主要大气污染物,其中一些可能源于自然环境。虽然这种空气污染有时会成为新闻焦点,但其对健康的影响却并非一直是人们关注的重点。然而,在20世纪,这种大气污染显著减少(见图2)。在20世纪80年代,臭氧层的破坏和气候变化导致的风险为健康问题蒙上了阴影。2007年在法国举行了格勒纳勒环境圆桌会议(Grenelle de l’environnement),随后发布了一项奖励政策,鼓励顾客在购买机动车时考虑二氧化碳(CO2)的排放及其对环境变化带来的风险。

1.2. 细颗粒物从何而来?

  本节介绍了目前,特别是在法国,颗粒物的两大主要来源,即柴油发动机排放的颗粒物,以及烟囱中木材燃烧所排放的颗粒物。还有其他一些颗粒物的来源虽不为人知,但也会对健康产生影响。在质量浓度测量中,过去常常评估颗粒物对人体的影响,不会根据颗粒物的来源或性质进行区分。它们并非都来自燃烧,因此具有不同的物理化学性质。有些微粒来自自然界,如花粉、孢子和细菌;即使浓度很低,也会对健康产生影响。例如,大气污染技术研究中心(CITEPA)的数据[1]显示了法国大城市PM2.5排放源的重要性,以及这些排放源在1990年至2013年间的演变情况(请参见图9)。

  污染也存在于工作场所和生活区的空气中。在世界某些地区,风蚀和生物质燃烧产生许多悬浮颗粒物和其他污染物,然而其对健康造成的影响却鲜少研究(见下文第7节)。通过观察人为原因造成污染所带来的健康影响,可以量化风蚀和生物质燃烧的健康影响。如图3中的视频[2]以及图5和图7所示,这些污染程度可能很高,因为它们会通过大气环流在全球范围内进行长距离传播。

3. 戈达德地球观测系统模型第5版(GEOS-5)获得的视频展示了2006年8月17 日至2007年4月10日期间空气污染的全球传输。颜色:绿色代表黑炭和有机碳,橙红色代表灰尘,白色代表硫酸盐,蓝色代表海盐。粒子的性质因纬度而异。[视频来源:©美国国家航空航天局]

  不要忘了还有超细颗粒纳米颗粒,尤其是汽油发动机排放的超细颗粒纳米颗粒,它们的数量非常多,但质量与细颗粒相比很小(参见空气污染颗粒究竟是什么?)这些颗粒是最危险的,然而在研究污染对健康的影响时它们却被疏于考虑。这些颗粒存在于空气的气溶胶中,与PM2.5有关。

2. 柴油发动机

环境百科全书-柴油发动机-洛杉矶高速公路上车流
图4. 美国洛杉矶入口高速公路上的车流,说明细颗粒物来源密度很高。
[图片来源:Downtowngal[CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

  道路上的轿车和重型货车车来车往(图4),这些车辆以及工程机械、农业机械、火车和船舶所配备的柴油发动机排放细颗粒物、碳氢化合物、硫化合物和氮氧化物,是造成空气污染的主要原因。

  柴油机的优点之一是能效高。在同样的功率下,它比汽油发动机消耗更少的燃料,因此排放的二氧化碳更少。柴油机是一种自燃式发动机:将燃油(柴油)喷入气缸,空气压缩加热,柴油自燃,无需火花塞点火。完全燃烧则会产生二氧化碳。然而,混合物不均匀导致气缸内的燃烧并不完全。柴油液滴来不及蒸发,只能部分燃烧。因此,会形成未燃烧完全的颗粒物、有机化合物(乙醛、丙烯醛、苯、甲醛等)、多环芳烃(PAHs)、碳、氮氧化物、二氧化碳等,这些物质的排放可以在图3的视频中看到。高压喷射,旨在更好地喷射燃料,改善燃烧并减少颗粒排放。目前要求强制加装排气的微粒过滤装置。其有效性很少受到质疑。过滤装置的再生原则上是自动进行的。

  巴黎市政厅、法国生态部以及其他城市和政府希望在未来几年限制柴油轿车的流通。汽车制造商也在朝着同样的方向发展,在未来的战略中更倾向于使用电动或混合动力发动机。对柴油发动机的谴责将促进老式车辆迅速地更新以及新型发动机的开发。

       在格勒纳勒环境圆桌会议之后推出的奖励政策没有考虑到二氧化碳以外的污染物,如细颗粒对健康造成的影响。这一有利于柴油发动机的奖励政策仍在继续实施,但柴油价格的上涨抑制了柴油汽车的购买。

3. 汽油发动机

  与柴油发动机相比,汽油发动机所涉及的问题较少。在汽油发动机中,燃烧是由火花塞(火花点火发动机)产生的电火花引起的,燃烧更加均匀,但也有未燃烧完全的颗粒排放,且比柴油发动机排放的颗粒更细。基本上是粒径小于0.1 μm的超细颗粒或纳米颗粒(参见空气污染颗粒究竟是什么?)。这些纳米颗粒数量非常多,但总质量却很小。新型缸内高压(100bar)直喷式汽油发动机可节省油耗。然而,与柴油喷射一样,也存在氮氧化物的排放和颗粒物的形成,这些颗粒物的构成与柴油发动机产生的颗粒并没有太大区别,只是尺寸要更小一些。在传统的发动机中,这些氧化物由催化转化器抑制。新型发动机的污染问题与柴油发动机不相上下。尚未强制性要求安装微粒过滤器,但根据欧洲标准,安装微粒过滤器将变得至关重要。

4. 轿车的欧洲标准:颗粒物和氮氧化物

  排放标准涉及轿车(柴油和汽油)排放的主要污染物,不仅限于颗粒。那些在欧洲范围内定义的标准,称为欧盟标准(Euro),这些标准会被定期审查,且审查越来越严格。它们以毫克/公里表示(参见表1和文章室外空气污染:了解、告知和预防的关键)。柴油车标准从欧5标准(Euro 5提高到欧6标准(Euro 6,氮氧化物从180毫克/公里提高到80毫克/公里,颗粒物从5毫克/公里提高到4.5毫克/公里。1992年的欧1标准(Euro 1为140毫克/公里。如果未安装微粒过滤器,最后的数值是无法达标的。由于柴油或直喷发动机温度较高(1400℃),会形成大量的氮氧化物,一氧化氮和二氧化氮。因此,柴油机被认为是这些污染物的主要来源。氮氧化物积极参与大气的化学和光化学反应,并产生有毒的二次化合物。特别是,它们是形成强氧化性物质(如臭氧)的成分之一。因此,与欧5标准相比,欧6标准的氮氧化物排放标准降低了2倍以上。汽油发动机为60毫克/公里。1992年,对任何类型发动机的都没有进行氮氧化物排放管制。因此,标准变得越来越严格,迫使制造商改进发动机的排放。

环境百科全书-柴油发动机-车辆标准演变
表1. 从1992年至2014年,柴油或汽油车的欧标变化情况,以毫克/公里为单位(颗粒物数量除外)。*仅适用于以稀薄燃烧(分层燃烧)模式运行的直喷式汽油车。**第459/2012条允许直喷式汽油车在2017年前排放6×1012颗粒;对于柴油车,它们现在被限制在6×1011以内。

 

  为了限制氮氧化物的排放,汽油发动机配备了催化转换器,可以氧化一氧化碳和未燃烧完全的碳氢化合物,并减少氮氧化物。不过,为提高催化转换器的效能,发动机必须达到足够的温度,这限制了它在短途旅行中发挥作用。在柴油发动机中,催化剂氧化一氧化碳和碳氢化合物。由于空气-燃料混合不均匀,即富含空气和氧气,气缸内氮氧化合物并未减少。

  废气再循环(EGR)系统通过降低废气温度来减少柴油机中的氮氧化物排放,但这还不够,还必须结合后续处理。目前主要有两种处理方式。选择性催化还原(SCR)系统[3],其原理是注入尿素水溶液或柴油机尾气处理液(Adblue),将其转化为气态氨,并将二氧化氮转化为氮气。需要一个Adblue喷射和存储系统,车辆每行驶15,000公里到20,000公里必须向该存储系统注入约15升该溶液。第二种方式通过“氮氧化物捕集器”,这些氧化物被贵金属捕集在催化转换器中,然后定期转化为氮气。氮氧化物捕集器的成本低于选择性催化还原系统(SCR),但效率也较低。这些系统对室外温度很敏感,需要根据适应条件进行调整。在台架测试仪上测量的排放数据是不准确的,必须在车辆运行条件下进行补充测量。

  为了将超细颗粒物考虑在内,从欧5排放标准开始,规定了柴油发动机颗粒数排放标准,即每公里不得超过6.1011个颗粒。该标准在2014年9月将直喷式汽油发动机颗粒物排放数量限制为6.1012个/公里。2017年将柴油发动机颗粒物排放数量限制为6.1011个/公里。关于一氧化碳,柴油发动机的排放标准比汽油发动机更严格,分别为500毫克/公里和1000毫克/公里。

  根据欧6标准,柴油和汽油发动机的排放标准相当。安装微粒过滤器的柴油发动机原则上必须比汽油发动机排放的细颗粒和超细颗粒更少。如果生产商确实遵守了这些标准,而不是试图规避标准[4]——就像某些生产商规避氮氧化物的排放标准那样——那么对于符合标准的新车来说,仅仅因为其使用了柴油发动机就对其进行谴责可能会变得不再合理。然而,排放量可能取决于车辆的使用条件,这就增加了控制排放量的难度。应该强调的是,如今的污染主要是由年久的旧车,特别是柴油车产生的。然而,控制污染的压力却转移到了新车上。2019年4月,欧盟通过了一项法规,到2030年,新车的碳排放量需比2021年减少37.5%;这意味着车辆的总消费量会减少,相关的污染排放也会随之减少。

5. 重型车俩造成污染

环境百科全书-柴油发动机-欧洲PM10平均浓度地图
图5. 2014年3月14日计算的欧洲PM10平均浓度(微克/立方米)地图。
[图片来源:©PREV’AIR,公共领域]

  重型车辆,无论是载货还是载客,都装有柴油发动机,但它们造成的污染却很少受到媒体的质疑。重型汽车须遵守以克/千瓦时为单位的欧洲标准,因此很难将重型车辆和轿车进行比较。自2014年1月起生效的最新欧6标准将颗粒物排放限值设定为10毫克/千瓦时。自1993年以来,氮氧化物和微粒排放分别减少了95%和97%(Euro 1)。欧 6标准首次设定了颗粒物的最大数量。这些限值使得新的重型车辆必须安装颗粒过滤器。

  重型货运车在城市地区、公路和高速公路附近造成的污染在区域尺度上也很明显,加剧了整体污染。铁路货运应该成为运输规则。最近出台的鼓励人们乘坐公共汽车出行的法规加剧了污染物的排放,这是除了来自重型货车运输货物之外的污染排放。在污染事件发生时,此类运输(货物和人)不受排放控制措施的管控。此外,与铁路不同,公路运输基础设施的平价并未反映在公路运输成本中,因为重型货车并不按其产生的路面磨损比例支付高速公路的维护费。法国议会通过了适用于非公路网的“生态税”,该税收原本可以为部分道路基础设施提供资金,然而设备建成后却被放弃了。如图 10 所示,PREV’AIR[5]观察到北欧和中欧的大面积区域(不限于城市地区)PM10浓度都高。因此,要想获得良好的空气质量,仅限制城市中心的柴油机排放是不够的。

  对于重型货车(以及船只、火车等其他运输工具),汽油发动机不能取代柴油发动机。人们常说,在不久的将来,这些发动机将被燃料电池和电动机所取代。但这项技术尚未开发出来,尚不清楚它在经济上能否与污染严重的柴油发动机竞争。

  2019年4月,欧洲议会首次通过了一项关于欧盟国家重型车辆二氧化碳排放法规提案。与2019年的排放量相比,到2025年,重型货车的二氧化碳排放量必须减少15%,到2030年减排30%。部长理事会仍需在2019年5月批准该法规。此外,到2025年,2%的新车必须实现低排放或零排放。污染物的排放也将以类似方式减少。

6. 木材燃烧

  最近,使用开放式烟囱在法兰西岛大区受到挑战。根据大气保护计划(PPA)的建议,巴黎下令禁止使用开放式烟囱。随后在生态部长的干预下又取消了该禁令。木材燃烧产生颗粒物,是空气污染的一个重要来源。但在森林能源部门中,税收优惠鼓励木柴燃烧。燃烧木材并非仅局限于法兰西岛大区,但该区却在这次行政事件中被公之于众。

  木材燃烧过程中含有不完全燃烧产生的大量污染物,包括各种有机化合物、多环芳烃、二恶英和颗粒物。污染物排放量取决于木材的性质(硬木和软木)、水蒸气含量(重要的因素,必须小于15%)、壁炉类型、燃烧温度(300°C到700°C)。当温度较低时,燃烧效率与排放就显得尤为重要。开放式烟囱的燃烧效率非常低,约为10%,并排放大量的颗粒。内嵌式现代炉灶的燃烧效率可达70%。据报道,在法兰西岛大区有10万个开放式壁炉。

  在燃烧木材的行为受到谴责之后,木材能源部门对此表示关注。该部门鼓励使用木材用于家庭取暖。另一方面,生态学家对巴黎取消木材燃烧禁令表示抗议。木材行业的代表认为,木材燃烧造成的空气污染只占法兰西岛大区空气污染总量的5%;在工业、环境和能源大区(DRIEE),这一比例为25%或30%。

  相比之下,加拿大和美国已经制定相关标准以提高和规范燃木壁炉效率。美国环境署(EPA)制定了壁炉认证标准,加拿大也采用了这一标准。在法国,壁炉生产商制定了“Flamme Verte”标准,并以星级表征其性能。自2015年起,性能最好的壁炉被评为5星级。该级别的壁炉可以在安装过程中享有政府的税收优惠。5星级绿色火焰标签对应的燃烧效率是70%、一氧化碳(CO)排放量低于0.3%、颗粒物低于90毫克/标准立方米(比开放式壁炉低30倍)。6星或7星的新等级也有望推出。

环境百科全书-柴油发动机-绿色火焰标签标准的演变
表2. 绿色火焰标签标准的演变。值得注意的是,自2018年1月1日起,该标签的6星和7星级别的授予须符合气态有机化合物和氮氧化物(NOx)两项新的附加资格标准

7. 生物质火灾和风蚀

环境百科全书-柴油发动机-西非大草原的植被火灾
图6. 西非大草原地区的植被火灾(每个黑点代表一场火灾)。1986年12月12日NOAA-AVHRR观测卫星3号和4号频道拍摄的图像。每个火点都由人类点燃,燃烧草本植物。火势长约1公里或更长,火势蔓延并未殃及树木。燃烧过程中释放的颗粒物和气体被输送到南面的林区。这些污染是北部地区风蚀产生的颗粒物的补充。

  要确定全球颗粒物致死率,必须考虑到颗粒物的其他来源。非洲热带间地区热带草原区的大气受到野火的污染,其中大部分燃烧是人为造成的(图6,Brustet et al.[6])。木材仍被广泛用于生火做饭。有些壁炉安装在通风不良的房间内。这些导致人类大量接触颗粒物和其他污染物。从南北半球旱季热带草原地区生物质燃烧产生的污染物传输到赤道森林,在那里发现的臭氧等二次污染物的含量与工业化国家观察到的水平相当。这也是风蚀产生的污染。风蚀产生的微粒浓度每立方米高达几百微克,这些颗粒通过大气环流长距离运输,远达数千公里之外(见图3)。当土壤干燥、植被稀少的情况下,风蚀的强度更大。这些颗粒的尺寸范围从0.1微米到100微米不等。

  风蚀现象并非非洲特有。它发生在所有干旱或半干旱地区,例如地中海地区。这些颗粒是人为活动产生的,但它们的性质差异明显,毒性也不同。颗粒物,特别是卫星测量的颗粒物,对健康和死亡率的影响在全球范围内扩展。然而其与人为排放颗粒物的不同性质却并未被考虑在内。

环境百科全书-柴油发动机-全球2001-2006年PM2.5浓度平均值
图7. 通过卫星和地面测量获得的2001-2006年全球 PM2.5浓度(微克/立方米)平均值。受影响最严重的地区是热带地区,特别是风蚀颗粒(沙尘)带来的影响。
[图片来源:Aaron Van Donkelaar et al.,Environmental Health Perspectives 2015vol123https://doi.org/10.1289/ehp.1408646]

  然而,细颗粒物(PM2.5)浓度最高的地区是热带地区(图7)。细颗粒物与旱季高温(超过40°C)一样会对健康产生影响。ACASIS(Alerte aux Canicules Au Sahel et à leurs Impacts sur la Santé)研究计划旨在预测热浪并确定其对健康的影响。需要注意的是,高温通常对应于高浓度的颗粒物,这可能会导致协同效应。

8. 颗粒物的其他来源

  颗粒物的其他来源还有很多。在公路运输中,除了燃料燃烧产生的颗粒外,还要加上轮胎、刹车和路面磨损产生的颗粒。从20世纪初开始,工业活动和能源生产(燃煤和燃油发电厂)是污染物的主要排放源,其中包括不同化学性质的颗粒物,有些带有剧毒。

环境百科全书-柴油发动机-煤烟碳浓度的变化
图8. 2013年至2015年,在阿尔夫谷三个DECOMBIO项目地燃烧木柴(绿色为木柴燃烧)和化石燃料(黑色为化石燃料)产生的煤烟碳浓度变化。
[图片来源:经作者许可转载,见参考文献。[7]]

  颗粒可以直接排放到大气中,也可以由气相或雾通过化学反应或光化学反应产生。20世纪70年代,一个重要的表现是降水酸化,导致欧洲和美国部分地区的森林死亡。这种被称为“越境污染”的现象现在已经得到了控制。尤其是工业污染,由于工厂关闭、污水处理等原因,工业污染源现已显著减少。

  为了表征颗粒未完全燃烧部分的特征,需测量碳,即烟尘碳或黑炭(见图8)。生物质燃烧产生的颗粒物质可与化石燃料燃烧产生的颗粒物质[7]区分开来。该测量方法仍然是临时性的,并没有在监测网络中推广。不能用来区分气溶胶中不同颗粒的毒性及其对健康的影响。

环境百科全书-柴油发动机-1990年到2015年法国PM2.5排放量的演变
图9. 根据大气污染研究跨专业技术中心提供的从1990年到2015年法国PM2.5排放量的演变。1990年至2010年间,交通运输排放量减少了2倍,1990年至2015年间减少了2.5倍。其他有毒污染物的排放也大幅减少。[图片来源:《国家空气污染物排放清单》2017年4月]

  农业也是各种颗粒物的主要来源。受污染地区并不仅限于城市地区,如图6和9所示。城市地区的汽车尾气排放并不是空气质量下降的唯一原因。国家空气污染物清单(CITEPA)证实了排放来源的多样性(图9)。在PM2.5的排放中,公路运输占18%,农业占9%,木材能源燃烧约占45%。

  负责监测法兰西岛大区空气污染的机构(AIRPARIF)为该区编制了排放清单。其公布的结果与减少道路交通和木材燃烧的排放量方向一致。

环境百科全书-柴油发动机-汽车非均质污染
图10. 暴露于汽车产生的非均质污染的例子。 可以通过避免在车厢空气中接收未稀释的烟羽来减少污染暴露。[图片来源:©J.Fontan]

  在污染环境中,当处于污染源附近时,污染物浓度可能非常不均匀。因此,难以估计表征吸入量的暴露剂量。有一个例子可以说明这种现象。某些组织比较了行人、骑自行车者或驾车者接触污染物的剂量。一般来说,接触污染物剂量最多的是驾驶员。这并不奇怪。事实上,在交通拥堵期间,后车暴露在前车的排气管下。前车排放的污染物大部分进入车厢。几米的距离可以稀释污染物,从而限制汽车污染。一个简单的建议是,后车驾驶者与前车保持一定的距离(见图10)。安装比空调系统更有效的微粒过滤器,可以去除大部分微粒,改善空气质量,减少暴露剂量。

9. 超细颗粒

  空气污染监测网络并不测量超细颗粒,但这并不意味着它们不存在,不会对健康产生影响。它们与细颗粒一起被收集,由于质量小,会与细颗粒物混淆。它们的浓度必须以单位体积内的数量来衡量。其在呼吸道中的渗透和沉积情况将在有关颗粒特性的文章中进行分析(参见空气污染颗粒究竟是什么?)。

环境百科全书-柴油发动机-白天超微颗粒浓度平均变化
图11. 图卢兹市在一年中不同月份超微颗粒浓度(按数量计算)的日平均变化。

       超细颗粒的来源有很多。它们主要是在燃烧过程中形成的,但也来源于大气中二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合物等气体反应的结果,通常是在太阳辐射的作用下产生的。由硫酸盐、硝酸盐、碳化合物组成,也可能是由工业废水中的金属蒸气冷凝而成。可以是自然产生的,例如,由植物释放的有机化合物,如萜烯、异戊二烯。在太阳辐射下呈现蓝色。由于体积小,会优先扩散短波长的太阳辐射(瑞利散射,参见空气污染颗粒究竟是什么?天空的颜色)。我们有时会提到蓝色雾霾,这些由植物分解产生的颗粒有时被认为有益健康。在那些曾被列为生物气候的城市,如阿卡雄[8],它们正在或已经得到推广。

  与细颗粒物一样,超细颗粒物的浓度在冬季较高,全年各月的昼夜变化类型相同:最低值出现在深夜,最高值出现在清晨和傍晚。图11显示了每立方厘米104到105个颗粒物,这是典型的城市地区的颗粒浓度。细颗粒只占这些颗粒数量的一小部分(每立方厘米几十个)[9]。中午颗粒浓度的减少与低层大气不稳定的发展相对应,夏季的不稳定性大于冬季。这种昼夜变化是典型的本地来源。(颗粒物的昼夜变化不如氮氧化物明显,这表明氮氧化物对城市地区的局部影响更大)。光化学在夏季的太阳辐射下非常活跃。夏季和冬季的空气成分是不一样的。臭氧是大气中形成的众多光化学源污染物之一,其毒性和氧化能力众所周知的。数量极多的超细颗粒会相互凝结或附着在较大的颗粒上,从而限制了较细颗粒的寿命;这种凝聚不影响颗粒的质量浓度,而只影响颗粒的性质。

10. 描述微粒污染的其他困难

  我们已经看到,造成颗粒物污染的不仅仅是柴油发动机汽车。监测网络(卫星或模型)测量的质量浓度没有考虑颗粒物的物理化学性质和毒性。颗粒物会吸收水蒸气,尤其是可溶性颗粒物。在取样过程中,由于湿度的不同,它们的质量和大小也会发生变化。

  空气污染,尤其是在污染严重的城市地区,是包括超细颗粒在内的多种污染物的复杂混合物,具有协同效应。因此,很难量化每种颗粒的影响,尤其是难以量化细颗粒物和超细颗粒物的影响。因其浓度非常不均匀,这使得确定暴露剂量和在污染物测量网络中安装传感器变得更加复杂。污染物混合物的成分随太阳辐射的变化而变化,这会导致光化学反应,产生新的、通常毒性更大的污染物。颗粒的物理化学特性也会发生变化。

  气象影响健康和福祉,这就是生物气象学领域。温度是其影响(尤其是对死亡率的影响)最广为人知的参数。温度取决于气候和人们的生活方式。必须将其与颗粒或污染物的影响区分开来,后者的浓度变化与温度变化有关。活体颗粒如细菌、病毒、孢子、花粉等对天气条件敏感,并会影响健康。

  如图2所示,自20世纪50年代开始空气质量监测以来,空气污染水平,尤其是颗粒物的污染水平已显著下降。柴油发动机数量减少了,但污染却非常严重。除了一些非常严重的污染事件,如默兹山谷或伦敦烟雾事件,污染对健康影响的后果没有量化。确定对健康状况有显著改善(可以假设)将是一个论据,使公众更好地了解改善空气质量所涉及的问题。

11. 需要记住的信息

  • 柴油发动机排放颗粒物的危害性是毋庸置疑的,但包括卡车在内的许多车辆都使用柴油发动机。
  • 新型汽车配备了排放控制系统,可严格限制颗粒物和氮氧化物的排放。
  • 造成大气中微粒物质高浓度的其他微粒物质来源还有很多,其中一些来源于自然界,有些可能会引起过敏。
  • 产生细颗粒物(PM2.5)的主要行业包括燃烧木材取暖、农业施肥、制造业和交通运输业
  • 超细颗粒与细颗粒一起收集,因为超细颗粒的质量较小,无法从中分离出来。
  • 按照欧盟标准制定的欧洲发动机排放标准包括细颗粒物和氮氧化物。对于柴油车和汽油车,欧6的颗粒物标准为4.5毫克/公里。若车辆不加装过滤器,则无法达标。
  • 空气污染及其影响十分复杂,需医生、流行病学家、物理学家、化学家、气象学家等采取多学科交叉的研究方法。

 


参考资料及说明

封面图片:柴油汽车和燃烧木材的壁炉排放,被认为对健康非常有害,因此经常受到投诉。但也存在其他重要的污染源,特别是重型卡车交通,以及某些地区的风蚀和生物质燃烧 [图片来源:免版税图像编辑]。

[1] https://www.citepa.org/en/air-and-climate/pollutants-and-ghg/particulate-matter

[2] https://gmao.gsfc.nasa.gov/research/aerosol/modeling/nr1_movie/

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Selective_catalytic_reduction

[4] 大众汽车生产商开发的软件在测试完成后禁用了氮氧化物排放控制系统,导致排放量远高于标准。

[5] PREV’AIR项目在文章《室外空气污染:了解、告知和预防的关键》中提出。

[6] J.M. Brustet, J.B. Vickos, J. Fontan, A. Podaire, F. Lavenu, 1991, 5th International Symposium “Physical Measurements and Signatures in Remote Sensing”. ESA Courchevel 14-18 January, vol 1, p 663-671

[7] Florie Chevrier, Irena Ježek, Guillaume Brulfert, Grisa Močnik, Nicolas Marchand, Jean-Luc Jaffrezo et Jean-Luc Besombes « DECOMBIO – Contribution de la combustion de la biomasse aux PM10 en vallée de l’Arve : mise en place et qualification d’un dispositif de suivi », Pollution atmosphérique [En ligne], N°231 – 232, mis à jour le : 09/02/2017, URL: http://lodel.irevues.inist.fr/pollution-atmospherique/index.php?id=5952 (in french)

[8] J. Fontan, 2013, La météorologie à l’origine de tous nos maux ?, Vuibert Vuibert Sciences (in french)

[9] A. Lopez, J. Fontan, P. Boulard, 1982, Atmospheric Environment, vol 16, no. 2 p 283-292

 


环境百科全书由环境和能源百科全书协会出版 (www.a3e.fr),该协会与格勒诺布尔阿尔卑斯大学和格勒诺布尔INP有合同关系,并由法国科学院赞助。

引用这篇文章: FONTAN Jacques (2024年3月13日), 柴油发动机和木材燃烧, 环境百科全书,咨询于 2024年6月18日 [在线ISSN 2555-0950]网址: https://www.encyclopedie-environnement.org/zh/air-zh/diesel-engines-and-wood-combustion-in-charge/.

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