柴油发动机和木材燃烧

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  细颗粒物(PM2.5)是空气污染的主要成分之一,被认为是造成法国和世界各地大量人口死亡的原因。柴油发动机和烟囱木材燃烧的产物是其他重要来源。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,因此很难考虑到。其他具有不同化学性质的细颗粒物的来源也会导致空气污染。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。这些监测数据能够代表细颗粒物健康危害性吗,还是由柴油发动机或木材燃烧排放的微粒物更具代表性。

1. 颗粒物污染空气的若干要素

1.1. 人们担心什么影响?

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粒子构成了细菌,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、数量和位置(图1)发生了很大变化,总体上是朝着正确的方向发展,但它们对健康的影响仍然具有相关性并被广泛宣传。根据世界卫生组织(WTO)和法国维耶·萨尼泰尔研究院(INVS)的数据显示,细颗粒物(PM2.5是空气污染的重要组成成分之一,每年导致全球700万人过早死亡,其中法国每年4.8万人,占总死亡人数的9%。这将是继烟草(78000人)和酒精(49000人)之后的第三大死因,这三种死因加起来约占法国死亡人数的三分之一。在世界范围内,八分之一的死亡是由空气污染造成的,而在法国,这一比例约为十分之一。在30岁时,预期寿命的减少将从15个月增加到24个月。尽管所有媒体都向公众广泛宣传了这些非常高的数字,但人们却很少付诸实践(我们称之为隐形杀手)。空气污染导致的发病在污染地屡见不鲜,因此细颗粒物总是被认为是罪魁祸首。

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(用浊度计或黑炭仪量):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,其中一些污染物可能是源于自然环境。虽然这种污染有时会成为人们关注的焦点,但其对健康的影响并不总是一个主要问题。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盖过了健康问题。在2007年的格勒内尔环境会议上,发布一项奖励政策,即在购买机动车时若只考虑二氧化碳(CO2)的排放,则会给予奖金,由此可见法国已经意识到了气候变化的带来风险。

1.2. 细颗粒物从何而来?

  本节介绍了目前涉及颗粒物的两个主要来源,特别是在法国,一是柴油发动机排放的颗粒物,另一种是由烟囱中木材燃烧所排放的颗粒物。还有其他不那么广为人知其来源的细颗粒物也可能会对健康产生影响。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。有些是天然来源,如花粉、孢子和细菌;即使在低浓度的情况下,它们也会对健康产生影响。例如,根据跨专业大气污染技术研究中心(CITEPA)的数据[1],我们可以注意到法国大城市中排放PM2.5的各种来源的重要性,以及这些来源在1990年至2013年间的演变(请参见图9)。

  工作场所和生活区的空气存在污染。在世界上一些地方,风蚀和生物质燃烧导致许多悬浮颗粒物和其他污染物,这些污染物对健康影响的研究甚少(见下文第7节)。它们的健康影响是通过对受人类活动污染地区观察到的量化影响而推算出来的。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,红橙色代表灰尘,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]

  我们不要忘记,特别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非常低(见文章空气污染颗粒究竟是什么?)尽管在研究污染对健康的影响时通常不考虑这些颗粒,尽管它们通常被认为是最危险的,但它们存在于空气中的气溶胶中,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,说明了细颗粒物来源的高密度。
[图片来源:市中心[CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

  搭载在道路上数量众多的轿车和重型货车(图4)以及工程机械、农业机械、机车和船舶的柴油发动机,多年来一直是空气污染的主要原因,因为它们长期排放细颗粒物、碳氢化合物、硫化合物和氮氧化物。

  柴油机的优点之一是其高能效。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。它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,旨在更好地喷洒燃料,改善燃烧并减少颗粒排放。目前排气的微粒过滤装置是强制性的。它们的有效性很少受到质疑。过滤装置的改造基本上是自发的。

  巴黎市政府、法国生态部以及其他城市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,他们在未来的战略中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发展。

  在格勒内尔圆桌环境会议之后推出的奖励政策没有考虑到二氧化碳以外的,包括细颗粒在内可能对健康产生影响的污染物。这种对柴油发动机有利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,但也有未燃烧完全和比柴油发动机更细的颗粒排放。它们本质上是粒径小于0.1 μm的超细颗粒或纳米颗粒(见文章空气污染颗粒究竟是什么?)。这些纳米颗粒数量非常多,但总质量很低。新型直喷汽油发动机,气缸内高压(100bar),可节省油耗。然而,就像柴油喷射的情况一样,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很大的不同,但其尺寸要更小一些。在传统的发动机中,这些氧化物由催化转化器抑制。这些新型发动机的污染问题与柴油发动机相当。微粒过滤器目前还不是强制性的,但符合欧洲法规将使它们变得至关重要。

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。那些在欧洲层面定义的标准,称为Euro(欧盟标准),会定期接受审查并变得越来越严格。它们以毫克/公里表示(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Euro 5(欧五标准)提高到Euro 6(欧六标准),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Euro 1为140毫克/公里。如果未安装微粒过滤器,最后的值是无法达标的。由于柴油或直喷发动机的高温(1400℃),会形成大量的氮氧化物NO和NO2,一般称为NOx。因此,柴油机被认为是这些污染物的主要来源。它们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Euro 5相比,Euro 6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,没有对任何类型的发动机进行NOx排放管制。法规因此变得越来越严格,迫使制造商在发动机排放方面做出改进。

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,柴油或汽油车辆的Euro标准以毫克/公里(颗粒物数量除外)的演变。*仅适用于以精益燃烧(分层燃烧)模式运行的直接喷射汽油车。**第459/2012条允许直接喷射汽油汽车在2017年之前排放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。然而,为了提高效率,发动机必须达到足够的温度,这限制了它在短途旅行中的有效性。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-燃混合不均匀,即富含空气和氧气,气缸内氮氧化合物并未减少。

  气体再循环(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,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。Adblue需要注入和存储系统,并且每 15 到20000公里必须向该存储系统注入约15升。第二种方式或称为“氮氧化物捕集器”,使得氧化物被贵金属捕获在催化转化器中,然后有规律地转化为氮气。氮氧化物捕集器比SCR系统更便宜,但效率较低。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,必须通过在车辆运行实际条件下进行测量来加以补充。

  考虑到超细颗粒物,从Euro 5 开始,规定了柴油发动机颗粒数量的标准,即每公里不得超过6.1011个颗粒。对于直喷汽油发动机,2014年9月该标准将排放颗粒物的数量限制在6.1012个/公里,而对于柴油发动机,到2017年对才有发动机的排放颗粒物的数量限制提高至6.1011个/公里。对于一氧化碳,柴油发动机的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。

  使用Euro 6,柴油和汽油发动机的排放标准是相当的。配备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。如果制造商确实遵守了这些标准,并且没有像某些制造商对氮氧化物所做的那样试图规避它们[4],那么对于符合标准的新车来说,仅仅指责柴油发动机可能变得不再合理。然而,排放可能取决于车辆的使用条件,这使得控制排放更加困难。应该强调的是,目前的污染源主要来源于老的、过时车辆,特别是柴油车。然而,污染控制成本指责了最小汽车。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耗量会减少,从而减少相关的污染排放。

5. 重型货车造成污染

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]

  重型货车,无论是载货还是载客,都配备了柴油发动机,但它们造成的污染很少受到媒体的质疑。它们遵循以克/千瓦时表示的欧洲标准,这使得重型货车和轿车很难进行比较。自2014年1月起生效的最新Euro 6标准将颗粒物排放限值设定为10毫克/千瓦时。1993年以来,氮氧化物和微粒排放分别减少了95%97%(Euro 1)。Euro 6标准首次设定了最大粒子数,这些限值使得新的重型货车必须使用颗粒过滤器。

  在城市地区、公路和高速公路附近由重型货车造成的污染在区域尺度上也很明显,它加剧了总体污染。铁路货运应该成为惯例。最近颁布的促进人们乘坐公共汽车出行的法律导致了污染物排放的增加,这是除了来自重型货车运输货物之外的污染排放。此类运输(货物和人)在污染期间不涉及排放控制措施。此外,与铁路不同的是,公路运输基础设施的平价并未反映在公路运输成本中,因为高速公路的维护费用不是由重型货车按其产生的道路磨损的比例支付的。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融资,尽管设备已经建成,但随后被放弃。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,仅在市区中心限制柴油车的排放并不能保证良好的空气质量。

  对于重型货车(以及其他设备,如船、机车等),汽油发动机不能取代柴油发动机。人们经常宣称,在不久的将来,这些装置将被燃料电池和电动机所取代。但这项技术尚未开发出来,目前尚不清楚它与无污染柴油发动机是否具有经济竞争力。

  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监管的提案。与2019年的排放量相比,重型货车必须在2025年和2030年分别减少15%和30%的二氧化碳排放。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。污染物的排放也应该以类似方式减少。

6. 木材燃烧

  最近,在大气保护计划(PPA)的建议下,巴黎府下令禁止开放式烟囱,尤其是在法兰西岛地区(大巴黎区域),随后在生态部长的干预下取消了该禁令。木材的燃烧是空气污染的一个重要来源,尤其是颗粒物,但森林能源部门的税收优惠鼓励了木柴的燃烧。它的使用不仅限于法兰西岛地区,但是在这次行政事件中得到了公开。

  木材燃烧过程中含有不完全燃烧产生大量的污染物,包括各种有机化合物、多环芳烃、二恶英和颗粒。排放取决于木材的性质(硬木和软木)、水蒸气含量(重要的因素,必须小于15%)、壁炉的类型、燃烧温度(可以在300到700摄氏度之间变化)。当温度较低时,燃烧效率与排放都显得尤为重要。开放式烟囱的效率非常低,约为10%,并排放大量的颗粒。内嵌式现代炉灶,有高达70%的燃烧效率。据报道,在法兰西岛地区有10万个开放式壁炉。

  在燃烧木材被指责之后,木材能源部门表达了它的关注。它鼓励使用木材,特别是用于家庭取暖。另一方面,生态学家在巴黎反对废除木材禁令。对于木材行业的代表来说,木材燃烧只造成了法兰西岛5%的空气污染;对于工业方向、环境和能源方向(DRIEE)而言,总污染的贡献度为25%或30%。

  相比之下,加拿大和美国已经确定了提高和规范燃木壁炉效率的标准。美国美国环境署(EPA)已经确定了在加拿大采用的壁炉认证。在法国,炉灶和插件制造商以“Flamme Verte”为首字母缩略词的标准,用星的数量来表征性能。自2015年以来,表现最好的制造商获得了5颗星,该级别使得他们在安装期间可从管理部门获得税收优惠。5星级绿色火焰标签相当于70%的燃烧效率、一氧化碳(CO)排放量低于0.3%、颗粒小于90毫克/标准立方米(比开放式壁炉小30倍)。6星或7星的新标准即将推出。

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,该品牌的6星和7星类的授予须遵守关于气态有机化合物和氮氧化物(NOx)的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。每一堆火都是由人点燃来燃烧药草的。它长约1公里或更长,通过保护树木来传播。燃烧过程中释放的颗粒和气体被输送到南方的森林地区。这是除了北方地区风蚀产生的颗粒物之外的另一种污染。

  为了确定全球颗粒物致死率,必须考虑其他来源。非洲热带地区的大气受到野火排放的污染,其中大部分燃烧是由人为造成的(图6,布鲁斯特等[6])。木材还被广泛用于食品制备。壁炉有时放在通风不良的房间里。这些都导致人类大量暴露在颗粒物和其他污染物中。在北半球和南半球旱季从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,臭氧等二次污染物的含量与工业化国家所观察到的水平相当。这种污染是对风蚀产生的污染物补充,风蚀导致非常高的颗粒浓度,几百微克/立方米,这些颗粒通过大气环流长距离运输,可达数千公里(见图3)。当土壤干燥且植被稀少时,侵蚀更为强烈。这些颗粒的尺寸范围从0.1到100微米不等。

  这种风蚀现象并不是非洲特有的。它发生在所有干旱或半干旱地区,例如地中海地区。这些颗粒被添加到人为活动生产中,但它们的性质差异明显,毒性也不同。颗粒物,特别是卫星所观测颗粒物对健康和死亡的影响的全球扩展并未考虑到它们与人为排放颗粒不同的特性。

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得到的全球2001-2006年PM2.5浓度(微克/立方米)的平均值。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:阿伦·范多克拉尔等人,2015年环境健康展望,第123卷,https://doi.org/10.1289/ehp.1408646]

  然而,热带地区发现了浓度最高细颗粒物(PM2.5)(图7)。细颗粒物与干旱季节的高温(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 的首字母缩写词)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. 其他颗粒物来源

  其他颗粒物来源很多。在公路运输中,除了燃料燃烧产生的颗粒外,还要加上轮胎、刹车和路面磨损而排放的颗粒。从20世纪初开始,燃煤和燃油发电厂的工业活动和能源生产是污染物的主要排放源,包括化学性质非常多样化的颗粒,其中一些颗粒毒性很大。

环境百科全书-柴油发动机-煤烟碳浓度的变化
图8. 从2013年至2015年,在阿尔夫谷,从三个分解项目地点燃烧的柴火(绿色,BCwood燃烧)和化石燃料(黑色,BC化石燃料)所产生的煤烟碳浓度的变化。
[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,也可以由气相或雾中的气相化学反应或光化学反应产生。在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。特别是工业来源,由于工厂关闭、污水处理等原因,工业源现已显著减少。

  为了表征颗粒未完全燃烧部分的特征,我们测量了碳,称为碳黑或黑炭(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。该措施仍然是临时的,并没有在监测网络中推广。它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》]

  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)。对于PM2.5,道路运输占排放的18%,农业占9%,木材能源燃烧约占45%。

  负责监测法兰西岛地区空气污染的机构(AIRPARIF)负责法兰西岛地区的排放清单。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. 暴露于汽车非均质污染的例子。 它可以通过避免接收未稀释机舱空气的羽流来减少污染暴露。[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。表征吸入量的暴露剂量很难估计。在众多中,有一个例子说明了这种现象。一些组织比较了行人、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内。几米的距离可以稀释污染物,从而限制汽车中的污染。一个简单的建议是后车驾驶者与前面的汽车保持一定的距离(见图10)。比空调系统更有效的微粒过滤器的安装,将去除大部分微粒,改善空气质量并减少暴露剂量。

9. 超细颗粒

  超细颗粒没有在空气污染监测网络中进行测量,,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,由于质量低而被混淆。其的浓度必须用单位体积的数量来衡量。在粒子特性的文章中分析了它们在呼吸道中的渗透和沉积(见文章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的白天超微颗粒浓度(按数量计算)的平均变化。

  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之间的反应,通常是在太阳辐射的作用下产生的。它们由硫酸盐、硝酸盐、碳化合物组成,也可能是由工业废物排放中的金属蒸气冷凝而成。它们可以是天然来源,例如,由植物释放的有机化合物,如萜烯、异戊二烯。在太阳辐射中,由于体积小,超细颗粒的外观呈蓝色,倾向于扩散太阳辐射的短波长(瑞利散射,见空气污染颗粒究竟是什么?天空的颜色)。我们有时会谈论蓝色雾霾,这些由植物物种分解产生的颗粒有时被认为对健康是有益的。它们正在或已经在曾经被归类为生物气候的城市中得到推广,例如阿卡雄[8]

  与细颗粒物一样,超细颗粒物的浓度在冬季月份较高,全年所有月份的日变化类型都是相同的:最小值出现在深夜,最大值出现在清晨和傍晚。图11显示了每立方厘米104到105粒子的大量粒子,这是一个典型的城市地区浓度。细颗粒只占这些粒子数量的一小部分(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,这种不稳定在夏季比冬季更大。这种昼夜变化是典型的地方来源。(与氮氧化物相比,颗粒物的污染不那么明显,显示出城市地区局地排放对氮氧化物影响更大)。光化学在夏季由于太阳辐射非常活跃。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,其毒性和氧化能力是众所周知的。非常多的超细颗粒会彼此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,使用柴油发动机的汽车并不是造成颗粒污染的唯一原因。在监测网络中(或通过卫星或模型)测量的质量浓度没有考虑颗粒物的物理化学性质和毒性。它们可以吸收水蒸气,特别是当它们是可溶颗粒时。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,特别是在受污染的城市地区,是一种复杂的混合污染物,其中包括具有协同效应的超细颗粒。因此,很难量化每种颗粒的影响,尤其是细颗粒物和超细颗粒物。且其浓度非常不均匀,这使得暴露剂量的确定和污染物测量网络中传感器的实施变得复杂。混合污染物的成分随太阳辐射的变化而变化,这会导致光化学反应和新的且通常毒性更大污染物的产生。因为改变了粒子的物理化学特性。

  气象影响医疗与健康,这是生物气象学的领域。温度是其影响(尤其是对死亡率的影响)最广为人知的参数。它们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对影响健康。

  自20世纪50年代开始空气质量监测以来,空气污染水平已显著下降,尤其是如图2所示的颗粒物。柴油发动机数量较少,但污染严重。对健康影响的后果没有量化,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。确定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

  • 汽车中柴油发动机排放颗粒物的危害性是毋庸置疑的,但还有许多其他机器,包括卡车,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。
  • 有许多其他来源的颗粒物导致高浓度的大气颗粒物,其中一些是自然来源,其中有一些还可能会引起过敏。
  • 生产细颗粒物(PM2.5)的主要部门是家庭取暖木材燃烧、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很低,所以无法分离。他们的数量非常多。
  • 按照欧盟标准制定的欧洲发动机排放标准,既包括细颗粒物,也包括氮氧化物。对于柴油车和汽油车,Euro 6标准的颗粒物为4.5毫克/公里。若车辆不使用过滤器,则无法达标。
  • 空气污染现象及其影响的复杂性要求医生、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科学研究方法。

 


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,定期收费。但也存在其他重要的来源,特别是重型卡车交通,以及在一些地区,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] 制造商大众汽车开发了一种软件,在测试完成时禁用了氮氧化物排放控制系统,导致排放远远高于标准。

[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


译者:刘林林          编审:谭吉华教授          责任编辑:胡玉娇


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 (2022), 柴油发动机和木材燃烧, 环境百科全书,[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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