郝吉明:科学推动我国大气污染防治

2021-01-21 14:00发布

近日,《柳叶刀-星球健康》发表评论称,疫情期间由于中国采取了大规模的交通限制措施,改善了空气质量,减少了非新冠肺炎所致死亡。空气质量与大气污染防治一直是全球生态环境保护关注的重点。


2017年10月,习近平总书记在十九大报告中提出:要坚决打好防范化解重大风险、精准脱贫、污染防治的攻坚战——这三项任务也被称为是“三大攻坚战”。北京城的“蓝天保卫战”是我国污染防治的重中之重,也是首都亮丽的“天际线”的前期保障。


在这场“蓝天保卫战”中来自清华大学环境科学与工程研究院的技术团队发挥了不可忽视的作用。他们是“蓝天保卫战”的指挥官,也是“蓝天保卫战”的活字典。从他们的视角,可以看到我国90年代以来环境污染治理的全过程以及背后的艰辛和智慧。清华大学环境科学与工程研究院院长郝吉明院士认为,中国大气污染防治经历了酸沉降治理、大气污染防治和大气环境综合治理三个阶段——这可以被理解为大气污染治理的“三大战役”。


5月22日,郝吉明院士做客“探臻论坛”,就我国大气污染防治发表观点并与同学们展开交流。



中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士、清华大学环境科学与工程研究院院长、全球环境研究中心主任郝吉明


如何认识酸雨?


第一次战役就是酸雨污染防治。过去是把pH值为5.6作为酸雨的标志。这个值主要是大气中的二氧化碳和水溶解达到平衡的时候,PH值达到5.6。实际上,酸雨主要影响的是土壤酸化。


我国曾经是世界上的三大酸雨区之一。中国土壤酸化过程的特殊性在于具有季风气候、亚热带的生态系统,再加上严重的颗粒物的污染。这种酸碱平衡综合的基础上,土壤还有多大的接受酸性物质的空间是研究的一个方向。我国对于酸雨的研究始于80年代中期,到1986年国家“七五”计划出台时,将酸雨治理列入了国家重点科技攻关行动。


我国进行酸沉降治理的核心举措是划定国家酸雨和二氧化硫控制区,1998年2月由国务院正式批准实施。后来,这种做法也扩展到了美国。到2015年左右,我国的酸雨控制的成效就明显了,酸雨区占国土面积的比例由历史高峰时候30%左右降到了2015年的8.8%。最近生态环境部的公告显示:到2019年的时候,酸雨面积占比降到5%,降水的PH值也恢复到了5.6正常水平。总而言之,在酸雨治理方面,我国的经验是先确定控制对象,然后再制定行动方案。


大气污染防治


上世纪90年代,我国又面临着严重的空气污染和水污染问题。1998年11月,中国正式宣布申报申办奥运,还首都一片蓝天成为北京申奥面临的重大的挑战之一。


推动我国大气污染治理,必须首先认识我国大气污染的特征,特别是此前大家普遍关心的PM2.5指标,而当时只有美国将PM2.5列入了空气质量标准。


当时,北京市的PM2.5有34%来自于北京周边区域,臭氧在高峰时段有35-60%来自于北京以外的地区。要保证奥运期间北京的空气质量,必须推动北京和周边地区共同实现区域减排。北京市首先在市内煤炭消耗和交通运输上下功夫,控制燃煤锅炉,进行旧车改造。北京奥运期间,北京的空气质量有明显的改善,空气质量优良天数增加。在第二届联合国环境大会上,联合国将北京认定为近10年来全球城市空气质量改善最为成功的案例。下图是奥运会前和奥运会期间鸟巢一带的空气质量状况对比:



2013年出台的《大气污染防治行动计划》首先着眼于PM2.5控制比例,对京津冀地区要削减的最大比例为25%。该计划将重点放在削减煤炭燃烧量和汽车尾气排放上。中国的能源结构以煤炭为主,煤炭是我国的基础能源,燃烧产生的污染也比较严重。要控制煤炭污染,一方面要高效清洁和集中使用;另一方面,则要进一步开发替代性能源——天然气的用量。这不仅有助于改善空气质量,还可以改善大家生活方式、提高生活质量。这个过程中我国走的还是比较快的,包括“煤改气”都是切实可行的办法。我国今后努力的方向是开发绿色能源、低碳能源。此外,国家在风能、太阳能、水电等方面的投资力度也逐渐加大,实行的策略是开发多种能源,逐渐减少对煤炭的依赖。


为实现这一减排目标,我国首先采用了煤炭消费减量替代的技术,然后划定的禁煤区,并且引入了清洁煤技术。同时,我国构建了车油路一体化的机动车污染综合控制体系,这里包括研发先进车辆测试技术,车用燃料的生命周期评估等。


需要特别说明的是,希望北京的PM2.5降到60μg/m³左右(这后来被大家称为“京60”)的愿景,当时在多数人看来是难以实现的。在这一背景下,国家自然科学基金委率先行动,推动了PM2.5形成机制、控制技术和健康效应重大研究计划。2016年,科技部推动了大气污染防治重点专项。2017年,国家又设立了专项基金来推动重污染成因与治理攻关,研究目标就是要科技创新引领精准施策。



复合污染中的协同治理


复合污染是污染物之间相互作用形成新的污染物,新生成的污染物可能对人体健康的危害更大,比如PM2.5。由此可见,大气的一个复杂的污染体系,多种一次污染物和二次污染物并存,所以控制要做到协同。研究大气污染控制对改善水体的酸化有重要影响,也对减少水体的富营养化也有重要的作用——这是复合污染和协同治理的另一个例子。


所以,在污染治理中,同一介质和不同介质之间污染物相互反应的问题一定要考虑到,这是做好协同治理的前提。实施过程中,根据符合污染物的来源对一次污染物进行有针对性的治理是协同治理的有效途径。


此外,我国还制定了高时空分辨率的污染排放清单,包括污染物的时空分辨和污染物的种类分辨,从而真正做到把污染源的种类、排放的时间和空间特征够确定下来。在时间方面,要确定污染是常年出现还是季节性出现?白天还是晚上?比如确定交通排放污染排放有怎样的时间规律。在空间方面,要明确车流的方向。比如,晚上大家都从城里往郊区开,早晨起来是从郊区往城里开。所以,排放是各种社会活动的叠加产生的,弄清楚各种社会活动的分布是制定高分辨率排放清单要完成的第一件事情。


以往我国制定排放清单的时候,考虑的比较多的是大家经常说的污染来源,比如道路交通,非道路交通污染源考虑的比较少,这是不完全的,特别是以往没有作为统计的重点污染企业等都涵盖进来;现在的大数据为建立高分辨率的排放清单提供了一个好的技术。


大气污染综合治理成果


2017年是“大气10条”收官之年,我国取得了预期的目标。在这一节排规划的指导下,中国大气污染物排放总量迅速下降。这里给出了二氧化硫、氮氧化物和一次细颗粒物下降的程度,特别是二氧化硫在几年的时间里,排放量下降了59%。在“大气10条”的实施过程中,电力行业是排头兵。京津冀、长三角、珠三角三大城市群的PM2.5也达到了国际要求的目标。



除了PM2.5浓度以外,另一项重要的指标是重污染天数。在此期间,长三角地区的月平均重污染天数从21天下降到了3天,基本消除了重污染天气——这是一项突破性进展。从全国来看,从2013年到2018年,我国在保持经济中高速增长的同时,汽车的保有量、能源消费量都有显著增长,而PM2.5、二氧化硫的浓度都有大幅度的下降。


在积极投身大气污染防治的进程中,清华大学的学科排名也取得了长足的进步。2011年,清华大学环境学科的全球排名由第44名前进到并列第9名。这也说明,科学研究和人才培养是相辅相成的,


当然,在看到辉煌成果的同时,也要注意到:目前我国区域性污染问题依然非常突出。京津冀、长三角等地区城市空气质量达标率还比较低;河南、山东、江苏和安徽四省交界地区污染较为突出。此外,还有季节性污染。秋冬和初春季节重污染天气较为严重,每年年底和年初的空气质量指标都是红色的。



此次疫情期间,污染物减排比率大约在50%左右,但这还是远远不够的。所以,要在重点区域、重点时段抓紧工作。


习近平总书记写给世界大学气候变化联盟学生代表回信中,勉励大家加强自身生态文明建设,主动承担应对气候变化的国际责任,又同世界各国一道努力呵护好全人类共同的地球家园。不仅是清华大学环境科学与工程团队的座右铭,也应当是学界和业界共同的责任。


文章来源:探臻科技评论  探臻科技评论  2020-06-05

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