以氮氧化物深度减排为抓手推动细颗粒物和臭氧协同控制.docx

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1、一、引言近年来，我国空气质量显著改善，但很多城市的大气细颗粒物（PM2.5）浓度尚未达到国家环境空气质量二级标准（NAAQS,35gm-3,GB30952012）,更远高于一级标准（15lgm-3）和世界卫生组织（WHO）指导值（5gm-3）,秋冬季重霾污染仍时有发生。同时，夏季臭氧（。3）污染凸显，成为PM2.5之外的主要大气污染物。中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二。三五年远景目标的建议提出，要加强PM2.5和。3协同控制。我国大气污染防治仍面临严峻挑战。二、深度减排氮氧化物的有效性（一）PM2.5和。3的负相关关系PM/和。3双高的复合污染条件下，由于存在影响辐射通量

2、、氧化驱动、自由基淬灭等相互作用，PM”和。3之间表现出复杂的耦合关系。在我国PM25浓度较高的绝大多数区域，尤其是北方地区，PM2.5和。3的时间变化趋势（如小时平均浓度和年平均浓度）都呈现出负相关关系。而只有当PM2.5浓度接近达标时（如珠三角区域），这种负相关关系才会消失，如图1所示。因此，将PM2.5浓度降至阈值（如50gmT）以下，打破PM、和。3之间的负相关关系，是实现PM25和。3协同控制的先决条件。aCQ。纪 30。o-hou-0.4 0204060801006 4 2 0 o.cio.PM25concentration(gm3)图1打破PMr和O,之间的负相关关系（“跷跷板”

3、效应）以实现两者的协同控制。圆圈数据点表示2013-2018年我国不同城市的PM,浓度以及PM,和0,之间的相关系数。PM”.浓度较高（如大于50gmj）时，PM和0呈现明显负相关；PMr浓度较低（如小于50gm）时，PM”和O可能出现正相关，所以可能在这些城市实现PM”和O,协同控制。PM,MO,相关系数计算方法和数据来源详见前期研究。本图经授权修改，原图来源于文献（美国化学会版权2020）。（二）减排氮氧化物可有效降低PM”浓度20132019年，我国74个重点城市PM/和二氧化硫（SO2）浓度分别下降T47%和75%,而二氧化氮（No2）浓度仅下降23%。氮氧化物（NOX）控制效果不理想

4、，成为PM2.5污染进一步改善的重要限制因素。一方面，NoX在大气中转化为硝酸盐，已成为很多城市PM2.5中浓度最高的单一组分。另一方面，城市地区高浓度NOX还是提高非均相和液相反应中氧化能力的重要因素，是PM2.5发增长的重要驱动力。根据对中国环境监测总站（CNEMC）全国空气质量大数据的分析，在S02大幅减排之后，现阶段我国PM”对No2的敏感性远高于S02(图2),也就是说，消减单位浓度NOz带来的PM”下降远大于消减单位浓度S02对PM”减排的贡献。2020年新冠病毒肺炎疫情期间，由于交通管控，大气No2浓度显著下降，在S02和一氧化碳(CO)下降不显著的情况下，PM”浓度显著下降，并

5、且其下降的时空分布特征和NOz高度一致，有力证明了控制NOX对消减PM/的有效性。Emissionntrol图2.中国及京津冀区域的前体物减排和PMr改善情景分析。(a)PMX与No,和S。,的相关性(2013-2018)；(b)PM”对NO?和SO,的敏感性(2013-2018),即PM”浓度在N。,和S0?浓度变化1gm-，时的增加量或减少量(gmD。(三)通过氮氧化物深度减排协同控制。的可行性20132019年，我国74个重点城市的Os浓度上升了29%o(X生成与其关键前体物NO*及挥发性有机物(VOC)的排放之间具有非常强的非线性关系。虽然从区域尺度上来看,C生成主要由Nc)“控制,但

6、在城市地区,Om主要对VoC敏感。然而，由于VOC人为源排放非常分散复杂，而且有很大一部分来自天然源排放，短期内大幅消减VoC难以实现。在VOC控制区，少量减排N0*可能导致浓度上升，但大幅消减N0.使其浓度低于VOc控制区的NCx阈值，将使O,生成达到NOx控制区，是降低Ob浓度有效的、也更为现实的手段。美国。3污染控制的历史经验也证明了这一点。美国加利福尼亚州政府早期主要着力减排VOC,但对O,污染改善不明显；后期加大N0,排放控制力度之后，Om污染控制才被逐渐改善，证明了N0,减排在Os污染控制中的关键作用。2020年年初我国新冠病毒肺炎疫情期间的空气质量变化也提供了实证。疫情初期，N0

7、,浓度的小幅消减和PM”浓度的下降确实导致0,浓度明显上升，但在管控最严的疫情高峰期间，部分地区NCX浓度同比下降接近或超过70%,在这种高比例消减的条件下，PM”浓度大幅下降，同时Os浓度的上升趋势出现了拐点。因此，进一步大力加强N0,减排是实现区域PM”和0,的协同控制有效且现实的手段。这一结论也被模型结果支持。例如，针对京津冀区域的模拟结果表明，减排超过60%的N0、能同时保证PM=和。控制的有效性。近期，WHo更新了全球空气质量指导值，大幅降低了N02浓度的指导值(由40gm3降为IOHgmD,表明无论是从空气质量改善还是人体健康防护角度，深度减排N0,已成为国际共识。三、氮氧化物是目

8、前我国控制潜力最高的关键前体物NCK是PM26和Os的共同前体物。在我国，N。,仍具有很大减排潜力。Nd主要来自固定燃烧源和机动车内燃机排放，因此NO,减排与碳达峰和碳减排目标高度一致。目前.，煤电行业已经普及氨选择性催化还原NoX（NHSCR）技术，烟气No实现超低排放。但是，NHKCR技术在非电行业（钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷等）烟气净化应用中存在低温催化活性不足、硫中毒等瓶颈问题，亟需研发新型低温SCR技术和其他适应性技术。与此同时，机动车排放N0,控制方面取得了长足进步。例如，汽油车采用三效催化技术实现尾气中N0,、碳氢化合物和一氧化碳的同时净化，柴油车采用尿素选择性催化还原N0,（

9、尿素-SCR）技术实现NOX高效净化。然而，在实际道路监测中，部分安装了尿素-SCR净化装置的柴油车的N（I仍存在超标排放现象。一方面，车载诊断（OBD）系统存在人为屏蔽的现象。当然，随着在线监控技术的应用，这一违法现象正在不断减少。另一方面，一些柴油车（如公交车和垃圾车）经常低速运行，尿素-SCR净化效果难以保证。目前正在开发具备宽温度窗口的尿素-SCR技术以解决这个问题。最后，为了降低运行费用，还存在添加尿素溶液（通常称为AdBIUe）不合规的现象，造成尾气中尿素浓度过低和杂质过多等，会导致NO“排放超标。止匕外，国内发动机控制系统、高压共轨燃油系统的技术发展相对落后，一定程度影响了我国即

10、将推出的柴油车国六排放标准的实施和下一阶段排放标准的制定。由于上述原因，NO,实际减排效果并不理想，还有非常大的改善空间。而且，我国要力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，必须对能源结构进行重大调整，将有望从根本上解决NO,排放问题。例如，随着我国电动车数量的快速上升，使用可再生能源获得的电能驱动机动车，将显著降低交通行业的NCK和VOC排放。四、NOX深度减排的政策建议(一)加快非电行业高效NOX排放控制技术研发一是进一步发展高效、稳定的中低温SCR技术，突破选择性非催化还原法(SNCR)-SCRSNCR-氧化脱硝等耦合脱硝技术，实现低成本高效脱硝，并推动其规模化工程应用，为

11、非电行业NoX超低排放提供技术支撑。二是研发契合窑炉温度分布特性的嵌入式脱硝技术，降低煤、气、电等能源输入，从而实现NOX深度净化与二氧化碳(CO2)协同减排。三是针对钢铁、有色等长流程多工序行业，优化产业结构，研发短流程清洁冶炼、炉料结构优化等技术，通过全流程全局优化，实现氮-碳协同减排。(二)制定重点行业超低排放限值，加强评估与监管一是针对不同非电行业烟气排放特征，加快制定建材、有色等行业超低排放限值及NOX排放源的最佳控制技术指南C二是加强对钢铁行业全面实施超低排放后的现状进行综合评价，明晰不同NOX超低排放技术路线在钢铁行业应用的技术经济性，总结经验和不足，为提出和完善适合不同非电行业

12、NOX超低排放控制的技术路线和方案提供借鉴。三是结合我国经济发展和能源消耗趋势，对我国未来NoX排放进行总量及行业分布预测，科学评估我国各行业NOX减排潜力及环境效应。(三)推进柴油机清洁化关键技术研发，加强车油路联合管控一是加快发动机及后处理控制系统、高压共轨燃油系统、增压系统和后处理催化剂等瓶颈技术研发，实现柴油机清洁化核心技术的全链条自主可控。二是尽快启动我国柴油车、非道路柴油机、船舶下一阶段排放标准制定，推进技术升级，进一步降低柴油机污染物排放；同时制定实施更严格的清洁油品、添加剂和润滑油标准，确保清洁柴油机的高效稳定运行。三是加强柴油车排放远程在线诊断、遥感和便携排放监测技术的研发，建立数字化、智能化移动源监管系统，实现远程排放监控-执法-维修的闭环管控。长远来看，应大力发展基于绿氢的碳中和燃料合成、利用及柴油机替代技术，实现CO2和大气污染物的协同减排。