2017年2月
題記：
雞年看懂霧霾與霧霾治理第一文。上篇講述霾從哪里來？國外如何治霾？
前言：
雞年春節(jié)，大家都在返鄉(xiāng)途中，然而霧霾卻不會(huì)因人的離開而就此消散。霾下共呼吸的命運(yùn)，讓我們對霧霾同仇敵愾，卻又叫我們倍感無奈。除了抱怨與逃離，除了口罩與凈化器，就沒有一個(gè)迅速、高效的辦法來治理霧霾嗎？治病治本、治霾溯源，是什么造就了一城又一城的重重霧霾？出法令、關(guān)工廠、停機(jī)器，治霾的措施一撥又一撥，為何我們卻感覺霧霾更嚴(yán)重呢？飽受霧霾困擾的不獨(dú)中國，那些治霾成功的國外經(jīng)驗(yàn)?zāi)懿荒苷瞻幔?br>
2017年1月，“能源智匯.百人交流群”的專家們針對上述問題，就“霧霾與霧霾治理”這個(gè)話題展開了一場討論。由于篇幅較長，我們將分兩天刊發(fā)全文。
一、霾是什么？
本段要點(diǎn)：霧霾的形成需要一次污染物和適當(dāng)氣象條件。
霧霾成分較復(fù)雜，當(dāng)大氣中各種污染源排放的一次污染物在特定的大氣條件下，經(jīng)過一系列物理化學(xué)過程，形成了細(xì)粒子，與水汽相互作用導(dǎo)致的大氣消光現(xiàn)象。簡單講，霧霾的形成需要兩個(gè)條件：一次排放污染物和氣象條件。
形成霧霾的內(nèi)因是一次排放污染物，指直接從污染源排放的污染物質(zhì)，如：二氧化硫SO2、一氧化氮NOx、一氧化碳CO、碳?xì)浠衔颒C、顆粒物PM等。
形成霧霾的外因是適合污染物大量二次轉(zhuǎn)化的氣象條件，主要有四個(gè)：一是風(fēng)，是污染物橫向擴(kuò)散的條件；二是逆濕，即高空氣溫高，地表附近氣溫低（正常情況下溫度是會(huì)隨著高度增加而下降的），這影響擴(kuò)污染物縱向擴(kuò)散的條件；三是濕度，影響凝結(jié)核化學(xué)變化的過程；四是光照，加劇化學(xué)反應(yīng)。
在內(nèi)因和外因的共同作用下，一次污染在大氣中互相作用經(jīng)化學(xué)反應(yīng)或光化反應(yīng)形成的與一次污染物的物理、化學(xué)性質(zhì)完全不同的新的大氣污染物，轉(zhuǎn)化為二次污染物，如臭氧、醛、酮、酸、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等。
資料來源：網(wǎng)絡(luò)公開信息
圖1：逆溫層對霧霾的影響
冬季，由于氣團(tuán)穩(wěn)定、天氣較干燥，逆溫層氣候頻繁。晴朗、干燥的靜穩(wěn)天氣中，地面散熱迅速，使近地面氣層降溫多，在低空形成輻射逆溫層。這種條件也適合霧的產(chǎn)生,近地面層大量滴聚積水汽，在逆溫層下而形成輻射霧。逆溫層像一層棉被一樣將城市的一次污染物擋在低空（圖1）, 加上霧導(dǎo)致的濕度增加，創(chuàng)造了極好的霧霾生成條件，促使一次污染物如同發(fā)酵一般二次轉(zhuǎn)化出大量污染物。一次污染物的聚集加上二次轉(zhuǎn)化，這種天氣中大氣污染物濃度會(huì)比對流頻繁（有風(fēng)）的日子提高5-10倍。
同樣是多霧的氣象條件，南方地區(qū)幾乎不存在小鍋爐取暖，一次污染物排放量相對少，即便發(fā)酵（二次轉(zhuǎn)化），霾的指數(shù)也會(huì)相對低；北方地區(qū)由于供熱，燃煤尤其是小鍋爐燃煤量上升，一次污染物的排放量大大增加，再經(jīng)過逆溫層的二次發(fā)酵，大氣中的污染物急劇上升，當(dāng)環(huán)境承載力的某個(gè)臨界點(diǎn)被突破，就會(huì)形成霧霾。這是為什么供暖日一開始，如氣候條件合適，北方地區(qū)的霧霾指數(shù)就爆表。
資料來源：網(wǎng)絡(luò)公開信息
圖2：西紅門拍攝的南風(fēng)帶來的霧霾
此外，地形也會(huì)對霧霾的形成有助力。
如北京東、北、西三面環(huán)山，西面、北面的弱冷空氣不易進(jìn)入平原地區(qū)，且冷空氣途經(jīng)山脈后強(qiáng)度減弱，而來自北京南面的外來污染物卻能長驅(qū)直入（圖2），且被西北的山擋住，客觀上長時(shí)間維持霧霾，所以一出北京到張家口，霧霾就散了。等刮起北方，將冷空氣吹到北京來，逆溫層不在，霧霾也就散了。所謂“治霾靠風(fēng)”，其實(shí)就是缺失了霧霾形成的氣象條件，霧霾就不見了。
二、霾從哪里來？
本段要點(diǎn)：超過99%的一次污染物來自化石能源尤其是煤炭。
資料來源：IEA世界能源展望報(bào)告2016之空氣污染特別報(bào)告
圖3：2015年全球一次大氣污染物及其來源
那么霧霾的源頭——一次污染物有哪些？IEA的研究成果表明，超過99%的二氧化硫與氮氧化物、85%的PM2.5、92%的一氧化碳以及66%揮發(fā)性有機(jī)化合物排放來自能源（圖3），包括在電力、工業(yè)、居民生活、交通源、農(nóng)業(yè)源等領(lǐng)域的排放。
一次能源中產(chǎn)生一次污染物的主要為化石能源，包括煤炭、石油與天然氣，而水電、風(fēng)電與太陽能等可再生能源以及核電基本不產(chǎn)生一次污染物。不同化石能源產(chǎn)生的污染物排放種類不同，排放方式也不同，對環(huán)境的影響有較大差別。燃煤排放的主要污染物有二氧化硫、氮氧化物和煙塵。原油的污染物則包括碳?xì)浠衔?、氮氧化物、顆粒物以及二氧化硫排放等，而天然氣相對清潔，主要污染物僅為氮氧化物（表1）。2015年，煤炭在我國一次能源消費(fèi)中的比重高達(dá)64.0%，石油消費(fèi)占18.1%，天然氣消費(fèi)僅為5.9%，一次電力及其他能源占14.5%。
資料來源：據(jù)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13271—2014）、《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）整理； 注：在運(yùn)工業(yè)鍋爐指2014年7月1日前建設(shè)的鍋爐，其后建設(shè)的鍋爐為新建鍋爐。
圖4：工業(yè)鍋爐與煤電廠污染物排放限值
科學(xué)地考慮排放污染對環(huán)境的影響不僅要區(qū)分能源品種，更要區(qū)分各種燃燒設(shè)施對霧霾的影響。比如討論煤炭產(chǎn)生的污染，就必須要區(qū)分電煤與散煤的污染。電煤是指用于電廠發(fā)電用的煤，我國的煤炭消費(fèi)中約有50%為電煤，散煤主要包括家庭取暖、餐飲等用煤，以及一些水泥廠、玻璃廠、鋼廠、工業(yè)用的小型鍋爐（平均容量在8噸/小時(shí)），約占煤炭消費(fèi)總量的15-20%。電廠對脫硫、脫硝、除塵要求較高，其他種類的煤炭消費(fèi)排放則相對高，比如工業(yè)鍋爐（65噸/小時(shí)以下）中煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放則比普通煤電廠高出2-4倍（圖4）。散煤燃燒單體容量小，脫硫、脫硝處理環(huán)保成本極高，目前尚未制定散煤排放標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為散煤燃燒排放一般為電廠排放的10倍，污染物排放量大，造成的環(huán)境影響大，是造成霧霾的最主要因素之一。
三、霾要怎么治？
本段要點(diǎn)：治理霧霾需要在逐漸優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的同時(shí)嚴(yán)抓生產(chǎn)過程中的污染治理。
既然一次污染物主要來自化石能源，尤其是煤炭，那么少用煤炭、多用清潔能源，就能降低形成霧霾的一次污染物，減少霧霾，也就是我們常常聽到的優(yōu)化一次能源結(jié)構(gòu)。
優(yōu)化一次能源結(jié)構(gòu)是從“源頭控制”，有效但耗時(shí)較長，至少需要15-20年甚至更長的時(shí)間。舉例講，北京依靠天然氣清潔本地能源結(jié)構(gòu)，2008年前就規(guī)劃建設(shè)氣電廠，歷時(shí)十年，到2017年四大氣電廠才全部投產(chǎn)；全國范圍看，2010年，煤炭占我國一次能源的比重為68%，歷時(shí)五年，下降到2015年的64%。
降低煤炭在一次能源消費(fèi)中的比重難的最主要原因是我國“富煤少油缺氣”的先天缺陷，資源稟賦決定煤炭在我國是最便宜的能源；在環(huán)境稅、碳排放市場等機(jī)制尚不完善的情況下，煤炭造成的環(huán)境污染成本無法內(nèi)部化，其他能源即便有環(huán)境成本優(yōu)勢，也無法量化。拿發(fā)電來說，煤電就是最便宜的(圖5)。要使得天然氣發(fā)一度電的成本跟煤電相當(dāng)，氣價(jià)就要從目前的大約2.3元/立方米左右降到在1.2元/立方米，讓天然氣降價(jià)近50%銷售根本不可能，何況我國也沒那么多氣可供消費(fèi)，當(dāng)前我國天然氣進(jìn)口供應(yīng)比重已超過30%。
就非化石能源而言，水電、核電、風(fēng)電本來就比煤炭貴，將來成本還會(huì)因?yàn)殚_發(fā)條件更差、安全要求更高、技術(shù)難度更大等原因不斷上漲，且經(jīng)濟(jì)開發(fā)的水電、風(fēng)電資源已不多，能建核電站的選址也有限，這幾種能源大量增加的可能性不大；光伏成本下降最快，但光伏能量密度低，又靠天吃飯，如果儲能價(jià)格不能有巨大的下降，光伏的希望也渺茫，何況你也不愿意你家墻上、屋頂?shù)教幯b上明晃晃的玻璃發(fā)電吧？所以，如果我們希望用上安全、便宜又干凈的能源，2030年前估計(jì)得依靠天然氣、核電與水電，2030年以后，如果科技大爆發(fā)，風(fēng)電、光伏和儲能技術(shù)突飛猛進(jìn)，我們或許能用上更多清潔的可再生能源。這么一番努力，到2030年，煤炭占比或許就能降到50%以下了。
資料來源：思亞能源
圖5：2016年江蘇省不同發(fā)電方式平均成本比較
有人說我實(shí)在等不了十五、二十年那么久?。磕隳軄睃c(diǎn)速戰(zhàn)速?zèng)Q的嗎？在此，我們拉出環(huán)境管理的另一位大拿——“末端治理”先生，他治理霧霾的手段就是優(yōu)化生產(chǎn)過程，比如清潔生產(chǎn)、工業(yè)布局等等。
清潔生產(chǎn)顧名思義就是生產(chǎn)的時(shí)候把污染物處理得干凈些，好比生產(chǎn)中加一臺空氣凈化器，把污染物聚集在一起，不讓它跑到空氣中去。比如我國國Ⅲ汽油標(biāo)準(zhǔn)中硫含量是歐洲和日本的１５倍，美國的５倍，柴油則是歐日標(biāo)準(zhǔn)的３０余倍，那就提高汽油油品標(biāo)準(zhǔn)，給汽車安裝催化器；原煤的硫分高，那就把它洗干凈，對煤炭進(jìn)行脫硫脫灰預(yù)處理；燃燒產(chǎn)生大量灰分等顆粒物，那就優(yōu)化燃燒過程，對電廠、工廠排放制定標(biāo)準(zhǔn)，讓電廠、工廠給鍋爐裝脫硫、脫硝、除塵的環(huán)保設(shè)備，升級環(huán)保技術(shù),比如普通電廠脫硫效率可以達(dá)到95%，用上超低排放技術(shù)，電廠脫硫效率超過97%、除塵效率高達(dá)99.5%，排放的一次污染物自然少了。
工業(yè)布局是指對重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行整治。霧霾嚴(yán)重時(shí)，學(xué)校被停課，一些人直接選擇離開霧霾嚴(yán)重的城市，工業(yè)布局治理就是讓污染源停課或搬遷。比如環(huán)保部出臺《京津冀及周邊地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)大氣污染限期治理方案》，《長三角地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)大氣污染限期治理方案》和《珠三角及周邊地區(qū)重點(diǎn)行業(yè)大氣污染限期治理方案》，限期治理這些地區(qū)的電力、鋼鐵、水泥、平板玻璃行業(yè)的大氣污染行動(dòng)；“西部大開發(fā)”政策將工業(yè)轉(zhuǎn)移到人口密度低的西部地區(qū)，降低東部地區(qū)的排放量；奧運(yùn)期間、2016年冬季，北京周邊的部分工廠等被關(guān)停措施；甚至部分城市的車輛限號都屬于工業(yè)布局措施。
不過，留神了，“末端治理”只是污染物的轉(zhuǎn)移, 是治標(biāo)不治本的。如煙氣脫疏、除塵形成大量廢渣，廢水集中處理產(chǎn)生大量污泥等，不能從根本上解決污染問題。就好像空氣凈化器可以讓家里的空氣變好，但不能消除霧霾。
所以，霧霾治理最終還是要實(shí)際減少能源的消費(fèi)量與消費(fèi)結(jié)構(gòu)，必須“源頭控制”與“末端治理”兩手抓。
四、國外有哪些治霾經(jīng)驗(yàn)？
本段要點(diǎn)：國外霧霾治理也是政府與公眾同心協(xié)力的結(jié)果，立法、科研、執(zhí)行一個(gè)不能缺，并且都經(jīng)過漫長歷程。
霧霾是工業(yè)化進(jìn)程的產(chǎn)物。上世紀(jì)四五十年代，處于工業(yè)迅猛發(fā)展期的英國、美國與日本等國家也相繼出現(xiàn)致命霧霾。1952年的倫敦毒霧事件在4天內(nèi)奪去4000多人的性命；1955年，美國洛杉磯發(fā)生了史上最嚴(yán)重的光化學(xué)煙霧污染事件，短短兩天之內(nèi)，因呼吸系統(tǒng)衰竭死亡的65歲以上老人達(dá)400多人；五十年代的東京由于冬季取暖排放大量黑煙，造成了“白晝難見太陽”的現(xiàn)象；日本四日市由于石油冶煉和工業(yè)燃油產(chǎn)生的廢氣，大量居民感染呼吸系統(tǒng)疾病，尤其是哮喘的發(fā)病率大量提高，形成了著名的“四日市公害”。
這些國家在治理霧霾上的經(jīng)驗(yàn)可以歸納如下：
一是立法。英國1956年頒布了世界上第一部空氣污染防治法案《清潔空氣法案》；1974年頒布《控制公害法》，涵蓋了空氣、土地、水域和噪聲的保護(hù)與控制條款；1995年出臺《國家空氣質(zhì)量戰(zhàn)略》強(qiáng)制各城市在規(guī)定期限內(nèi)達(dá)標(biāo)。美國1955年設(shè)立了空氣質(zhì)量研究中心；1970年成立環(huán)保署，開始依法控制大氣污染；1990年建立“臭氧傳輸協(xié)會(huì)”，制定相關(guān)減排標(biāo)準(zhǔn)并督促實(shí)施。日本在上世紀(jì)頒布了《公害對策基本法》、《排煙規(guī)制法》、《噪聲規(guī)制法》、《大氣污染防治法》等。
二是嚴(yán)格執(zhí)行。落實(shí)相關(guān)政策與法規(guī)離不開堅(jiān)定不移的執(zhí)行。英國政府實(shí)時(shí)向公眾通報(bào)空氣質(zhì)量信息，做到信息透明化；美國的環(huán)保機(jī)構(gòu)擁有較大權(quán)限，其不僅有權(quán)進(jìn)行立法、執(zhí)法、處罰，而且還能把強(qiáng)制執(zhí)行和技術(shù)改善、監(jiān)控相結(jié)合來開展工作；日本環(huán)境省設(shè)有大氣污染物質(zhì)廣域監(jiān)視系統(tǒng)，對大氣污染物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測、匯總分析、并通過網(wǎng)站24小時(shí)發(fā)布，日本的“直罰制度”規(guī)定強(qiáng)化了污染制約措施，即只要違反廢煙排放標(biāo)準(zhǔn)就可以直接適用罰則。
三是依靠社會(huì)力量。社會(huì)組織、專業(yè)協(xié)會(huì)、科學(xué)家、專業(yè)技術(shù)人員等在各國治霾中起到了積極的作用。比如對美國霧霾源頭的成因就是加州理工學(xué)院的化學(xué)家斯米特發(fā)現(xiàn)的;專業(yè)技術(shù)人員如燃料工程師將工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到如何將排放廢氣降為最低，不僅在技術(shù)上提出了改良策略，更幫助了起草法案。英國有無數(shù)環(huán)保組織，有的是慈善機(jī)構(gòu)，有的是NGO，專門負(fù)責(zé)抗議活動(dòng)的踩點(diǎn)、策劃和宣傳；組織者有來自各個(gè)黨派環(huán)境方面的負(fù)責(zé)人，有來自科研部門，是環(huán)境問題專家，也有的是純粹的環(huán)保主義者。此外，社會(huì)輿論也起到了良好的作用，一方面宣傳各種新技能新發(fā)現(xiàn)，給公眾信心，另一方面則起到了很好的監(jiān)督作用。
四是抓“末端治理”。由于洛杉磯霧霾的源頭是汽車尾氣，洛杉磯治理空氣污染的主要措施就是控制機(jī)動(dòng)車排放，政府最初的對策是改良汽車，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率、加裝催化轉(zhuǎn)化器。其中，后者效果更為顯著。催化轉(zhuǎn)化器通常安裝于汽車的尾氣排放系統(tǒng)，其主要作用是將尾氣中的NOx等有害氣體轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而達(dá)到減排的效果。英國法律規(guī)定在倫敦城內(nèi)的電廠都必須關(guān)閉，只能在大倫敦區(qū)重建；要求工業(yè)企業(yè)建造高大的煙囪，加強(qiáng)疏散大氣污染物；并且大規(guī)模改造城市居民的傳統(tǒng)爐灶，減少煤炭用量，逐步實(shí)現(xiàn)居民生活天然氣化；冬季采取集中供暖。
五是“源頭控制”。1970年代，美國政府開始鼓勵(lì)使用天然氣和乙醇,并且提高了汽油的油品標(biāo)準(zhǔn)。而英國和日本相應(yīng)進(jìn)行了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，英國天然氣占一次能源消費(fèi)比重由1965年的不到0.4%增加到1985年的 23.1%；連基本100%依賴進(jìn)口的日本，天然氣占比也從1965年的1%提高到1990年的10%。
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