[科普中国]-机动车尾气排放

背景

交通污染包括废气排放、噪声和振动三方面。相对而言,废气排放问题比较突出。就世界范围来说,很多发达国家的空气污染主要是交通尾气污染。我国也不例外,因为我国有着庞大的交通网络和几千万辆机动车。有资料显示, 2005年我国汽车保有量达到3356万辆,而另据国务院发展研究中心估计,中国汽车产业将会保持20～30年的快速增长, 2010 年达到5669 万辆, 2020 年将高达13103万辆。据报道, 大气污染物中, 60% ～70%是车辆的排放物。2

现状和发展趋势排放污染现状我国近年来机动车产业发展迅速，2002年汽车产量325万辆(1995年为t45万辆。摩托车1200万辆，农用车产量290万辆，2003年汽车产量达到400万辆。因此．我国机动车保有量增长较快，平均年增长率接近15%，这在城市表现的更为明显。90年代以来，北京市机动车保有量平均年增长速度达到17．4%，广州市情况与之相近。

同其他国家相比，我国机动车保有量状况有以下几个特点：

（1）轻型车．特别是轿车增长速度最快，近年来年平均增长速度已经超过30%．但同发达国家相比．我国轿车比例仍然相对较低．仅占总保有量的16%一20%．轿车发展还有很大潜力；

（2）柴油车比例较低，且大部分为重型车，重型柴油车约占重型车总量的50%．而轻型柴油车的比例很低。平均在15%以下；

（3）部分城市摩托车保有量增长较快，已成为机动车保有量的重要组成部分；

（4）重型车发展平缓，保有量比例呈下降趋势；

（5）城市中出租车已经占到一定的比例，由于这部分车辆行驶里程较大．排放相对严重．应给予充分重视

（6）目前我国汽车工业正处于一种良好的环境中，作为国家重要生产行业之一的汽车工业必将还会有很大的发展．我国机动车保有量在一定时期内仍将保持高速增长的势头。

随着机动车辆增多，污染物排放总量不断增加。从我国典型城市机动车污染物排放分担率f排放分担率能宏观上反映机动车排气对城市大气环境污染的影响1程度的结果分析．我国机动车污染物排放有以下特征：

(a)机动车尾气排放已成为我国城市大气污染的主要来源。北京和广州约80%的CO和40%的NOx均来源于机动车排放源，中国100万人口以上的大城市空气污染类型正由煤烟型向混合型或机动车污染型转化；

(b)目前我国机动车运行处于不充分燃烧状况．其主要原因是机动车运行速度低，运行工况差，发动机往往处于富燃料状态工作，CO污染物排放量大，CO浓度高；

(c)城市氮氧化物浓度均在上升．NOx超标已经相当严重；

(d)城市颗粒物污染不容忽视。目前，中国许多城市的首要空气污染物是可吸人颗粒物，其浓度超标严重，由于可吸人颗粒物能够直接深人人体肺部故对健康危害最大，影响更为严重；

(e)城市光化学污染问题也日益突出；

(f)与国外城市相比，我国单车排放量高于国外。

当汽车处于高速或加速状态时，CO的排放量最大。现代化城市高楼林立、道路狭窄、交通拥挤，致使汽车经常处于低速运行或怠速状态。所以汽车排放污染物的总量一般都很高，而且不易扩散。导致城市上空经常形成稳定的污染层。在人口和车辆密集的地段，污染尤为严重。

发展趋势我国城市机动车排放污染发展趋势

机动车排放污染预测按目前排放水平测算，如不采取强有力的措施控制，机动车排放CO，NOx颗粒物，CH化合物排放量将继续增加；光化学烟雾的问题将日益突出，城市中0，的浓度和超标频率都将增加引发更多的城市环境问题 我国机动车排放污染在城市大气污染中所占的平均比率将上升到79%。到2010年，我国400多个城市的空气污染将从煤烟型转化为煤烟与机动车的混合型污染 控制机动车尾气污染将成为城市环境保护的重头戏。1

数据检测1、机动车尾气排放数据获取方法

目前比较成熟的排放数据获取方法包括台架测试法和车载测试法。

（1）台架测试法

台架测试法是一种传统的机动车尾气获取方法，利用实验室内的底盘测功机，模拟机动车在实际道路上的行驶，对尾气进行测试。由于该方法在实验室进行，试验条件易于控制且试验可重复性好，因此是应用最广的尾气排放测试方法。该方法也是强制执行的国家标准规定的汽车排放测量方法，如《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）（GB13852.3－2005）等。但是由于台架测试法采取固定的行驶周期进行测试，并不能真正反映实际道路上的尾气排放。

（2）车载测试法

车载测试法借助最新的车载尾气检测系统（Portable Emission Measurement System，PEMS），能够实时地检测出各种交通条件下车辆在不同工况下的尾气排放量。目前，国内外有代表性的车载尾气检测系统包括美国CATI公司开发的MOTANAOEM－2100系统、日本HORIBA公司开发的OBS－1000系统以及天津大学、清华大学自主开发的车载尾气检测系统。

PEMS的应用可以加快建立尾气排放数据，分析尾气排放特性，开发尾气排放量化模型，评价交通管理措施对尾气排放的影响等。外国研究者利用车载尾气设备评价了信号协调和拥堵管理对控制尾气排放的影响；利用PEMS在道路上收集了数百英里的尾气排放数据来评价高乘载车道和通用车道对尾气排放的影响差异。近几年，国内也开始利用车载尾气检测系统来收集尾气排放，对尾气进行了大量的研究。如利用车载尾气检测技术得到重复度高的试验数据，对实际测试的结果进行了分析，并对各种驾驶工况产生的排放影响进行了比较和区分。

2、机动车行驶周期研究

行驶周期是表征机动车行驶过程中典型的车速及加速度变化规律的曲线，建立机动车行驶周期是测试单个车辆排放因子的基础工作。

（1）基于台架式的行驶周期研究方法

典型的机动车行驶周期包括一系列复杂的加速、匀速、减速和停车起步的行驶行为，它是在底盘测功机实验台上按事先给定的汽车工况来模拟实际道路上的驾驶循环。用来评估车辆的各种性能，例如燃料消耗和污染排放量。

（2）基于OEM技术的行驶工况研究方法

行驶工况所需的数据收集方式，一种是跟踪法，用装有尾气检测仪的车辆在被测路段上跟踪目标车辆，模仿其行驶行为并记录其尾气排放数据。另一种是路线循环法，利用装有尾气检测仪的车辆在被测道路上反复行驶，来收集数据，并和利用跟踪法收集到数据进行比对。

排放模型根据不同的适用条件和应用尺度，排放模型可分为微观层次、中观层次和宏观层次的尾气排放模型。

基于微观层次的尾气排放模型微观尾气排放模型能够评价以秒为单位的瞬间尾气排放量，适用于对特定交通走廊或交叉口的排放分析。综合模式排放模型（Comprehensive modal emission model，CMEM）是一种典型的微观尾气排放模型，包括3个核心参数：燃烧率、发动机排放指数和时变催化率，输出参数为由3者相乘得到的尾气排放值。考虑所有行驶状态对排放的影响，基于发动机负载和污染物形成的物理化学原理，CMEM模型能够计算出不同类型的轻型机动车在不同行驶条件下的每秒尾气排放值和油耗量。

基于中观层次的尾气排放模型中观尾气排放模型关注机动车在城市每段道路上的行驶规律，通常采用基于工况的机动车排放因子计算模式来模拟机动车排放。

典型的中观尾气排放模型为美国环保局资助开发的MEASURE模型。模型的输人参数除交通方面的信息外，还包括人口普查信息、土地使用信息等。利用输入参数并根据分类回归树算法获得11个模块的输出参数：小区信息模块、车道信息模块、小区技术组合模块、主路技术组合模块、发动机启动排放活动范围模块、主路车辆行驶排放活动范围模块、辅路车辆行驶信息模块、发动机启动排放模块、辅路车辆行驶尾气管排放模块、主路车辆行驶尾气管排放模块、网格排放模块。

基于宏观层次的尾气排放模型宏观尾气排放模型的基础是基于平均速度的排放因子，使用集计分析方法得到广域内的排放状况。根据排放因子和车辆行驶参数可得当地机动车的排放清单，适用于国家和区域范围内的尾气排放分析和污染控制规划。

典型的宏观模型包括MOBILE、EMFAC、CORPERT等。

MOBILE和EMFAC是最早出现的机动车排放因子模型，分别由美国环保局和加州空气资源局所开发。该类模型基于FTP（federal test procedure）的台架测试结果进行统计回归分析，综合考虑了汽车的行驶里程、劣化系数、行驶速度、气温、I/M制度以及燃油品质等因素对排放的影响。该类模型用平均速度替代行驶特征，通过采用速度修正因子来计算非FTP工况下的排放因子，忽视行驶特征这一影响机动车排放的重要因素。

MOBILE模型的输入参数包括机动车年代登记分布和里程分布、机动车车型、行驶平均速度、燃油雷氏蒸汽压值、机动车行启动次数、停车时间分布等41类；MOBILE模型的输出结果是区域内各年、各车型的平均排放因子。

COPERT是由欧洲环保局赞助开发的Windows环境下计算道路机动车排放量的重要工具，其辅助模型可以计算农用机械等非道路机动车的废气排放清单。与MOBILE模型相比，COPERT模型对车型分类更细，评价污染物种类更多，能够计算一些并不常见的污染物的排放量清单。

基于多尺度层次尾气排放模型不同层次的尾气排放模型满足于不同的研究尺度，但是，宏观、中观及微观尾气排放模型因数据来源不同，在综合应用中也难以兼容，因此需要一种适用于多尺度、综合性、适应性更强的尾气评价模型。近年来美国环保局致力于开发一种适用于多尺度层次的综合移动源排放模型（Motor Vehicle Emission Simulator，MOVES），其特点：

（1）扩大了模型评价的范围：MOVES能够计算同一数据基础的多观尾气排放，可满足不同部门对不同类型的尾气排放数据的要求；

（2）优化了模型软件结构；

（3）使用车载尾气检测系统（PEMS）收集尾气排放数据：能够提供以秒为单位实时的车辆排放数据，从根本上改变模型的计算精度，增强模型的适用性。3

危害由于机动车尾气排放物高度正处于人的呼吸带，因此对人体及环境的危害极大 其主要污染物对人体的危害如下：

1、一氧化碳

一氧化碳是由于汽车燃料中烃的不完全燃烧而产生的，极易与人体中的血红蛋白结合．它与血红蛋白的亲和力是氧的30倍，一氧化碳和人体红血球中的血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，能削弱,血液向各组织输送氧的功能．造成感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危害血液循环系统．导致生命危险。

2、氮氧化物

氮氧化物主要是NO和NO2，是发动机在燃烧过程中产生的，这两种气体都是有害的，可直接损害人的呼吸系统．进而引起中枢神经障碍。在NO2浓度为9．4mg/m3(7．3ppm)的空气中暴露10rain，即可造成呼吸系统失调。氮氧化物废气对大气的污染原因很复杂，NO2在日光的照射下会产生原子氧，原子氧有很强的氧化力 能与氧气结合成臭氧，原子氧和臭氧与碳氢化合物作用，可以产生多种对人体和生物不利的氧化剂，导致二次污染。NO则是臭氧分解的催化剂，对高空的臭氧保护层具有破坏作用，NO2还能与大气中的水蒸气结合形成酸雨，严重危害生态环境与人体健康。

3、二氧化硫

汽车排放二氧化硫与燃料有关 一般来说，柴油机排放的二氧化硫比汽油机排放的二氧化硫多。二氧化硫在空气中遇水会形成“酸雨”，严重危害人体健康。

4、碳氢化合物(HC)

HC是燃料中未完全燃烧产物所分解的产物。HC能使人体致癌，还会刺激人的眼睛、耳朵造成感官功能障碍。HC和NO 在大气环境中受强烈太阳光紫外线照射后，产生一种复杂的光化学反应，形成光化学烟雾 1952年12月伦敦发生的光化学烟雾，4d中死亡人数较常年同期约多4000人，45岁以上死亡人数最多，约为平时的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。事件发生的一周中，因支气管炎、冠心病、肺结核和心脏衰弱者死亡人数，分别为事件前一周同类死亡人数的9．3、2．4、5．5和2．8倍。

5、臭气

臭气主要由臭氧（O3）、NO2、甲醛、丙烯醛等不完全燃烧产物所组成，其中O3也是光化学烟雾的重要组成部分。

6、二氧化碳

除了以上排放的主要污染物以外，汽车尾气中还含有大量的二氧化碳，虽然它不是污染物，但它是使全球变暖的主要排放物。全球变暖直接危害人的健康，使疾病流行与死亡率增加，还易引起皮肤癌、免疫系统紊乱等其它疾病。

7、噪声

汽车的噪声也是对环境的污染。据调查，城市中80%的噪声污染是由车辆造成的，许多城市己经开始禁止汽车呜喇叭。实验表明，当噪声超过50dB时，人的身心就会受到影响。

防治对策汽车尾气治理政府管制的对策我国在对汽车尾气污染进行管制时应该借鉴国外经验，尽快建立起以税收管制手段为主、其他市场激励型管制手段为辅，并以不断完善的命令控制型管制体制作为保障的环境管制新模式，引导汽车消费者和制造商对政府管制做出积极反应，进而自发采取有利于保护大气环境的消费和生产行为。

1、充分发挥市场激励管制的灵活调节作用

完善国内税收管制体制，开征汽车尾气的矫正税。矫正性税收可通过将私人边际成本提高到与社会边际成本相一致的水平，迫使厂商提高产品的价格，进而缩减供给量，减少污染，以降低汽车尾气造成的负外部性 开征汽车尾气的矫正税还可以补偿受害者。因此应该以税收这一市场激励型管制手段为主调整我国税制结构，使税收种类向消费型转变 我国应借鉴欧洲国家的做法，以“鼓励消费．限制使用”为政策目标，适当调整汽车税费结构，降低生产阶段的税费比重，将购置税与消费税合并为消费税，并采用分级税率，以提高保有阶段的税费比重。完善税种，在汽车使用阶段实施燃油税 燃油税是国外在汽车保有及使用阶段的主要税种，目前美国的税率是50%，日本是20%，德国是28%，法国则是30%。各国政府征收燃油税最初目的是筹集修路资金和公平赋税。但在今天看来，燃油税为环保和解决汽车尾气污染的负外部性发挥着重要作用，现阶段在我国推行燃油税有很大意义 燃油税可以让少用油者少付税、多用者多收税，实现公平；借助车主省钱的主观动机使得污染排放量减少；使资源价格能够反映资源破坏和环境治理成本，实现可持续发展；由税务部门统一收取．并在中央和地方间得到合理分配，有利于开展环保工作。因此，应该尽快推出燃油税，并推广至社会全部汽车的消费者，将现有的费改为税，让税和燃油的使用直接挂钩。在具体操作上，不仅要随着不同时期防治污染技术与方法的不断更新提高，进而造成环境治理的边际成本的变化，随时调整税率；还应该随着地区环境条件、经济发展水平、人151密度状况等因素的差异作出调整，设计出差别税率，在燃油税基础上，为了突出保护大气环境，解决汽车消费的负外部性。在燃油税设计中进一步考虑征收控制机动车尾气污染的环境税，这也与目前西方发达国家征收燃油税的政策目标侧重于环境保护的趋势相一致。具体操作时，把大气环境污染税加人其中占燃油税的一定比例即可 在利用燃油税进行管制时，要注意各部门和各地区的合作管制 各地制定差别税这不仅指税务部门和环保部门要通力合作 而且要加强地方政府间的合作管制，因为汽车尾气造成的空气污染是无边界的。

弥补管制空缺，对汽车在报废和淘汰环节上进行管制。对于已报废的汽车，政府应该强行管制，规定不得再使用 对于当地淘汰而被转入异地使用的旧车要在排污标准的审查上严格把关，提高再次使用的税率，并且对再次使用要另外征税借鉴国外经验，适当引人其他的市场激励型管制措施。实施政府补贴 政府对能降低污染程度，使用环保型汽车的汽车使用者给予相应补贴；对能开发研制节能、环保型汽车的厂商给予补贴，引入排污权交易制度。任何厂商只要使其汽车尾气排放量低于标准均可向环保局申请获取排放削减信用。排放削减信用既可用于厂商之间的交易，也可以自身存储以备将来之用 推行上牌额定制 在特定地区或者特定时间内，限制汽车牌照的供给量，控制当地汽车使用量。

2、完善传统的命令一控制型管制

（1）完善国内的法律法规体系 完善汽车尾气排放的相关法律和法规，为汽车尾气的治理提供法律保障。同时要完善税收环境体系，用法律和法规来监督和约束有关部门的腐败和行政效率低下的问题。

（2）提高汽车尾气排放和检测标准，采用发达国家和地区的控制标准和技术 另一方面．要提高我国燃油的质量。使之符合尾气排放新法规的要求。

（3）强化政府对汽车尾气污染管制的观念．建立专门的管制机构进行专项管制。

治理城市机动车污染的技术手段机动车污染处理技术主要是提高燃油的燃烧率，安装防污染处理设备和采取开发新型发动机。

在提高车用燃油质量，适时推进环保型机动车方面，根据目前一些研究机构的研究成果一致认为：机动车燃油的化学组分直接影响到机动车发动机的性能和机动车污染物排放。可采取以下途径：

（1）降低汽油中的铅含量进而实行无铅化。

（2）降低硫含量，可使尾气净化器催化剂的活性保持较高水平，对降低污染物排放有利。

（3）加人含氧化合物对减少CO排放是行之有效的措施。

（4）减少汽油中芳烃和烯烃含量，可大大降低汽车废气对大气的污染程度 因这类烃的大气反应活性强．在太阳紫外线照射下易发生光化学反应，生成臭氧为主的光化学烟雾，对人体健康不利。

(5)适当降低汽油蒸汽压．有利减少轻烃挥发。

(6)制定车用柴油标准．并推行优质优价政策，在人口密集的大中城市中应引导公交柴油车使用优质0号柴油或质量较高的乳化柴油。

(7)而对高频繁运行的出租车和公交汽油车．建议推广使用液化石油气（LPG）。据了解，在国外已使用LPG汽车多年，技术也已较为成熟。国内一些城市出租车公司也做了部分改装试验，结果表明：CO可降低94～96%，HC可降低24%～72% 同时可节省燃料费 因此在机动车未全面安装三元催化净化器的阶段以液化石油气做燃料可以减少机动车排气对空气的污染在安装防污染处理设备和开发新型发动机方面，必须采用以下两项措施：一是，发动机采用电控供油系统；二是，装有能更有效控制排放的三元催化净化器。

电控供油系统指电子控制燃油喷射系统（简称电喷），它取代了进气管道中的化油器，也就是取消节流用的喉管，减少了进气阻力，从而改善发动机的充气状况。同时，采用向进气道或是进气门口处定时定量喷射燃料的方法供油，解决了燃料雾化和混合气在进气歧管中的分配等问题，并能安发动机不同的工作状况，较为精确地供给发动机最佳比例的混合气。

三元催化净化器起着对发动机作动产生的废气进行净化的作用。它是利用其滤芯中的把、铂、锗3种元素主要过滤废气中的碳氢化合物，一氧化碳和氮氮化合物等3种污染物，使尾气排放合乎要求。但三元催化净化器的正常工作需要有较高质量的汽油，而且必须使用无铅汽油，对汽油中一些元素的含量也比较严格的要求。

近几年来我国又陆续推出各种类型的尾气净化器，如ZDJDF系列的油烟净化器、汽车尾气排放净化器等 ZD—JDF系列油烟净化器的工作原理是经吸附、消散、碳化、解吸的废油经电极板下流至导油板自行排出，处理后的尾气输至油烟净化器出口管道上时，与高压静电场产生的臭氧O3充分混合，在强氧化剂的作用下消除尾气中的异味，这到油烟净化除味的目的 汽车尾气排放净化器的工作原理是用催化剂来催分解污染物，通过催化剂的催化作用，汽车尾气中的碳氢和碳氧化合物等有毒有害气体和化合物被快速有效地分解成二氧化碳、氧气和水等无害物质。

现在我国机动车污染控制技术采取以下路线：先机内净化，后机外净化；先控制污染浓度，后控制污染总量；先控制CO，HC和碳烟，后控制NOX和颗粒物排放；节油与减污相结合；控制油品质量。1