华北雾霾治理最该先回答的问题


凡是讲到环境保护思想的起源,洛杉矶烟雾就是一个绕不开的典型案例,因为这是让人类最先认识到环境需要保护的重大事件之一。而且,洛杉矶烟雾与伦敦的空气污染不同,主要是汽车尾气的光化学产物。由于那时的汽车还使用含铅汽油,光化学产生的污染物与铅化合物也有很大关系。英文中的烟雾一词,Smog,则是smokefog两个词合成得到,强调了是烟和雾叠加后的东西。

近日,在FT中文网上看到一文,“洛杉矶是怎么奇迹告别雾霾的?”(简称“告别雾霾”),由于对作者用雾霾替代烟雾一词感觉奇怪,于是就查了百度。在雾霾的几个英译中,就有使用smog这个词的。近几年,华北雾霾肆孽,雾霾的恶名也传遍九州大地,将洛杉矶烟雾改称为洛杉矶雾霾或许也顺理成章,尽管华北的雾霾并非与洛杉矶smog为同种污染。

“告别雾霾”一文,对洛杉矶污染的最初爆发,造成的严重后果,直到污染被普遍重视,以及在后来的50年间,社会各界人士同洛杉矶烟雾这一环境污染斗争的过程和一些实际举措,做了细致的叙述。追思洛杉矶烟雾治理的这段历史,不难找到治理空气污染方面的一些重要经验。笔者认为, 在华北雾霾的治理工作中,如果能够借鉴这些经验,对于尽快取得除霾成效,应该会有实质性的帮助作用。

若以相关的历史大事件为线索,可以整理出洛杉矶烟雾治理的简要编年史如下:

1943726日,洛杉矶首次爆发了严重的光化学反应现象

1949年,科学家斯密特开始研究洛杉矶烟雾的成因,几个月后就取得关键结果,但却难以被大部分人接受

1950年,有7.1万个居民忍受不了空气污染,选择离开洛杉矶

1950年,愤怒的母亲们自发组成了取名“驱除烟雾(Stamp Out Smog)”的团体,宣传污染的危害和政府在治理方面的失职

1951年,造成污染的原因基本确定,使洛杉矶人第一次明确意识到,雾霾就出自心爱的汽车,每个人自己就是污染源

1955年,洛杉矶又一次发生高浓度光化学烟雾,导致了两天内400多名65岁以上老人的死亡

1970422日,两千万民众在全美各地举行了声势浩大的游行,抗议空气污染、呼吁保护环境。促使立法机构意识到环境保护的迫切性。后来这一天被定为“地球日”

1970年,加州空气资源局(CARB)出台了清洁空气法,设立了捆绑法规,汽车尾气催化转换器投入应用

1970年末,联邦环保局成立

1976年,洛杉矶政府提倡拼车出行,但几个月后失败

1980年代初,开始立法提高燃油质量升级标准

1987年,詹姆斯·伦茨上任加州环保局长,他以达到空气健康标准为目标,在几年内对废气排放制定了新规则,严格到连指甲油也得符合清洁空气的标准

1997年,詹姆斯·伦茨卸任,这时,洛杉矶空气每年超过联邦政府臭氧标准的天数已经从164天降到了68天,污染峰值水平降低了40%,蓝天白云终于得以回归

20159月,大众汽车以作弊方式对付尾气抽样检查被发现,最后重罚100.3亿美元

2015年年末,全球第一款氢燃料电池车在加州面世

 

没有写入上述编年史中,但对污染的治理能否取得成效却极为重要的一环,就是当地民众逐渐养成的超群环保意识乃至道德自律。现实中,人们的观念和生活习惯是最难以改变的,需要长期的潜移默化才能取得效果,即便在如美国这样的发达国家,也不例外。从加州提倡拼车出行和拼车道的设置、取消、再设置的变迁过程,就有力地说明了这一事实。

1976315日,时任加州州长杰瑞·布朗希望加州居民改变生活方式,尽量拼车或乘公交车上班,以减少尾气排放。在拥堵不堪的圣莫妮卡高速公路上还设置了第一条拼车专用道。然而事与愿违,因为短期内无法改变加州人随时开车上路的生活习惯,这项政策反而造成其他车道愈发拥挤、混乱不堪。到了秋天,这项理想主义的政策就只好取消。然而如今,洛杉矶的各条高速公路最里侧都专设有拼车车道。同时,为了鼓励人们选择新能源汽车,拼车车道也向零排放的机动车敞开。

对照洛杉矶烟雾的治理历史过程,反观华北雾霾的现状,应该足可以让人们意识到,我们在华北雾霾的治理方面,存在的巨大差距。甚至可以说,对于华北雾霾,全民众似乎还停留在仅仅认识到污染必须治理的阶段。遗憾的是,如果仅仅是感受到污染的危害,却没有实质性的应对行动,要想减轻雾霾无异于空谈。

因此,找到污染的真正根源、通过各种渠道使得全民认识到污染的危害,认识到污染和自己有直接的关系、改变大众不够环保的生活方式和习惯、查处并重罚那些仍在非法排放的违规企业、推广新能源汽车和提高油品等级、任命铁腕人物担任环保官员,等等,这些在治理洛杉矶烟雾过程中的实质性行动,正是我们要取得华北雾霾治理效果必须完成的步骤和任务。可惜的是,基于这几年对各地污染治理出现和反馈的问题的了解,绝大多数人都能够很清楚地感觉到,要完成其中任何一项任务,面对的工作都将十分艰巨。

尽管当今科学技术已经发展到了史无前例的高度,但在处理经济发展和环境保护之间的矛盾时,却还常常使不出力。污染治理成为一个永恒的难题,除了受限于技术水平外,主要的还是难在要花费额外的成本,从而触及到相关方的利益。而为了减轻污染或治理,要求人们改变已经十分享受的生活习惯,增加一些不便,也是极其不易实现的事。人类本性中天然存在着基于利益和习惯而滋生的对宏观问题的思维近视,而这种思维近视,在环境保护方面表现地尤其明显。即便是洛杉矶,烟雾从形成污染危害,到开始被认真地着手治理,中间竟然要历经长达20余年的时间,就是对此现象存在且难以改变的最好证明。以悲哀的观点看,这种思维近视,也只有在大自然的强烈报复下,才有可能改变。现在看来,1955年,洛杉矶再次发生的高浓度光化学烟雾,导致两天内400多名65岁以上老人死亡的事件,就起到了清醒剂的作用,让足够多的人明白过来,人类不善待大自然,大自然最终必会报复人类,污染不解决,所有的人都将是最终的受害者。自己和污染直接密切相关,只有通过每个人的努力,污染的治理才可能出现转机,才可能最终控制和消除污染。这些道理看似非常简单明了,但要被普遍接受却往往需要在受到重大教训之后。

最近有报道说,中德研究人员宣布了对华北雾霾的最新研究成果,大致的分析结果是,大气中的二氧化硫,二氧化氮和粉尘颗粒所结合的水反应,生成了硫酸盐,成为重雾霾污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上,重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2.5中是质量占比最高的单体,达20%;而在变化趋势上,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。

研究结果似乎进一步确定了华北雾霾的复合型污染特点。参与研究的贺克斌院士说,“高二氧化硫主要来自燃煤电厂,高二氧化氮主要来自电厂和机动车等,而起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。这些不同的污染源在我国同时以高强度排放,导致硫酸盐以特有的化学生成路径迅速生成,这也是重度雾霾期间颗粒物浓度迅速增长的主要原因之一。”

对于如何解决华北的雾霾问题,研究人员给出的药方是:继续实施减排措施,同时优先加大氮氧化物的减排力度。

然而,在通篇阅读了有关报道后,笔者却对中德专家给出的雾霾治理方向产生了不同的看法。

笔者的环保知识并非精深,但对于华北雾霾,按照常识来判断,最应该减排的应是粉尘颗粒漂浮物,以及与粉尘同时排放的二氧化硫。因为,根据所报道的,空气中的二氧化硫,二氧化氮是在和粉尘颗粒所结合的水反应后,才生成了硫酸盐。如此推断,如果空气中的粉尘绝对量下降,二氧化硫的排放量也必然下降,硫酸盐生成物总量也相应下降,雾霾也就不易形成了。尽管二氧化氮也污染大气,但在没有形成硫酸盐的状态下,就不会形成严重遮蔽蓝天的雾霾。

空气中粉尘的最大来源,应是燃煤、燃烧重油、或农民燃烧稻草、麦秆等农作废弃物等的结果(矿业产生的粉尘,传播距离相对局部)。如果与以往甚少雾霾的年代比较,那就是我们现在增加了大量的燃煤和燃烧重油的企业。而在田头燃烧机械化收割后的农作物残余,则是农民用上液化气后形成的习惯,因为若要处理这些残余物需要大量的劳力成本,对他们来说实在得不丧失。

近十余年来,国家一直致力于提高汽车用的汽柴油标准,从20171月起,将全国范围供应国五标准的车用汽柴油。如此举措,对于提高城市空气质量自然有益,但对于消除雾霾来说,似乎作用不大。因为,这对降低粉尘排放作用不大。

又有报道说,华北地区在进一步推广区域供热,以逐步消灭一家一户的燃煤供热炉。如果这一举措快速推进,对减少大气的粉尘排放必然有直接的积极作用,但这种供热炉有多少数量,可以减少粉尘排放,占比又有多大,却仍值得探讨。

不言自明的是,上述提到的任何一种污染物,都是人类的行为所产生的。因此,华北雾霾的治理问题或许回到了最本质的起点,在一时难以处理这些污染物的当下,我们是否应该首先降低污染物的产生速度?当然这就意味着要放缓我们的生产等经济活动,更直接的说法就是要放缓甚至降低GDP的增长速度。

在绝大多数情况下,污染的发展与当地工业的发展如影随形。国外污染的治理,在很多情况下也是依赖于将排放污染物的生产企业迁移至其他地方,尤其在污染物排放问题难以解决时。因此,对于华北雾霾的治理,或许我们首先得面对这样的两难问题:为拥有清洁的空气,如果一定要牺牲GDP,值得吗?

在洛杉矶烟雾的治理中,社会大众最终给出的答案就是:YES。

我们曾经“制造”过的APEC蓝,证明了适当牺牲GDP来减轻空气污染的有效性。然而,我们却更多地制造了爆表级的PM2.5。如果我们还停留在为了GDP增长而毫不收敛,恣所欲为的状态,那么1955年发生在洛杉矶的悲惨一幕,在我们华北重演就不是不可想象的。显然,为了避免类似悲剧的发生,最紧迫且也是最重要的,是我们必须首先要大声地回答一个众所周知的现实问题:为了拥有清洁的空气,牺牲GDP,值得吗?

洛杉矶烟雾污染,从最初爆发到基本得到治理,用了40-50年的时间。这是否可称之为奇迹,肯定有商榷之处。但治理的过程和结果却再次证实了一个真理:人类制造的污染,只有人类自己来予以消除。因此,华北雾霾的治理,不取决于风的有无,不取决于气温的高低,不取决于人们内心是否宁静,而是取决于整个社会各阶层人士对是否愿意牺牲GDP问题的回答,以及在做出回答之后付诸的实际行动。而作为治理行动的最初措施,或许就只有对GDP的追求采取克制这一途径。

 

2017-1-3定稿

 

中德研究人员宣布破解华北雾霾主要成分形成之谜

http://news.sohu.com/20161222/n476623726.shtml

新华社华盛顿1221日电,中德两国研究人员21日说,他们破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜,发现在大气细颗粒物吸附的水分中二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。这一发现凸显在继续实施减排措施的同时优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染问题的重要性。

近年来,北京及华北地区雾霾频发。已有研究表明,硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上,重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2.5中的质量占比可达20%,是占比最高的单体;在相对趋势上,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。因此,硫酸盐的来源研究是解释雾霾形成的关键科学问题。

清华大学贺克斌院士、张强教授、郑光洁博士和德国马克斯·普朗克化学研究所的程雅芳教授、乌尔里希·珀施尔教授、苏杭教授等人当天在新一期美国《科学进展》杂志上报告说,他们运用外场观测、模型模拟及理论计算等手段发现,在北京及华北地区雾霾期间,硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”,在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。颗粒物结合水是指PM2.5在相对湿度较高的环境下潮解所吸附的水分。

该结论与通常认为的硫酸盐形成机制有较大不同。现有基于欧美等地区的经典大气化学理论认为,硫酸盐主要是在云水环境中形成,由于云中的液态水含量远高于颗粒物结合水,通常高出100010万倍,所以与云水中的硫酸盐生成反应相比,颗粒物结合水中的反应可以忽略;理论计算还显示,在云水反应路径中,二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐这一路径的贡献也可忽略不计。

而在北京及华北地区雾霾期间,一方面,由于颗粒物浓度大幅上升及静稳气象条件下相对湿度较高等原因,颗粒物结合水含量远高于经典情景,颗粒物结合水中的反应总量大大提升;另一方面,重度雾霾期间二氧化氮浓度为经典云水情景下的50倍以上,这直接改变了二氧化氮氧化路径的相对重要性。此外,北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地,呈现出特有的偏中性环境,而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。

研究人员据此在论文中指出,优先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。

“该研究表明我国复合型污染的特殊性,”贺克斌院士对新华社记者说,“高二氧化硫主要来自燃煤电厂,高二氧化氮主要来自电厂和机动车等,而起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。这些不同的污染源在我国同时以高强度排放,导致硫酸盐以特有的化学生成路径迅速生成,这也是重度雾霾期间颗粒物浓度迅速增长的主要原因之一。”

伦敦酸雾通常被认为是由燃煤排放的烟尘以及二氧化硫等一次污染物所致。洛杉矶雾霾则是一种光化学污染,主要原因是机动车尾气在阳光作用下反应生成了二次污染物。而中国雾霾是一次与二次污染物混合造成。

贺克斌说,这种复合型污染的特殊性更加表明了多污染物协同减排的重要性,尤其是现阶段应优先加大氮氧化物减排力度。“之前我们虽然知道需要减排,但是如果无法弄清重霾污染形成的关键化学机制,就无法进行有效的模型定量模拟分析,也就无法准确评估如何减排最有效、最科学。不科学减排可能导致严重后果,可能花了很多人力物力,但收效甚微。”