[科普中国]-汽车尾气

简介

在车水马龙的街头，一股股浅蓝色的烟气从一辆辆机动车尾部喷出，这就是通常所说的汽车尾气。这种气体排放物不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人的身体健康。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解汽车排出的毒素。1但随着汽车数量的急剧增加，交通拥堵成了家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、高效的优势逐渐被过多的车辆所抵消。“汽车灾难”已经形成，由此带来的汽车尾气更是害人不浅。

科学分析表明，汽车尾气中含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出的有害废气比自身重量大3倍。英国空气洁净和环境保护协会曾发表研究报告称2，与交通事故遇难者相比，英国每年死于空气污染的人要多出10倍。

有害物质固体悬浮颗粒：固体悬浮颗粒的成分很复杂，并具有较强的吸附能力，可以吸附各种金属粉尘、强致癌物苯并芘和病原微生物等。固体悬浮颗粒随呼吸进入人体肺部，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系统疾病。2当悬浮颗粒积累到临界浓度时，便可能会激发形成恶性肿瘤。此外，悬浮颗粒物还能直接接触皮肤和眼睛，阻塞皮肤的毛囊和汗腺，引起皮肤炎和眼睫膜炎，甚至还可能造成角膜损伤。

一氧化碳：一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。一氧化碳经呼吸道进入血液循环，与血红蛋白亲合后生成碳氧血红蛋白，从而削弱血液向各组织输送氧的功能，危害中枢神经系统，造成人的感觉、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。所以，即使微量吸入一氧化碳，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。

氮氧化物：氮氧化物主要是指一氧化氮、二氧化氮，它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。在二氧化氮浓度为9.4毫克/立方米的空气中暴露10分钟，即可造成人的呼吸系统功能失调。

碳氢化合物：目前还不清楚它对人体健康的直接危害。但当氮氧化物和碳氢化合物在太阳紫外线的作用下，会产生一种具有刺激性的浅蓝色烟雾，其中包含有臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂化合物。这种光化学烟雾对人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道黏膜，引起眼睛红肿和喉炎。1952年12月，伦敦发生光化学烟雾，4天中死亡人数较常年同期多4000人，45岁以上的死亡最多，约为平时的3倍；1岁以下的约为平时的2倍。

铅：铅是有毒的重金属元素，汽车用油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅，燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质。城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。人体中铅含量超标可引发心血管系统疾病，并影响肝、肾等重要器官的功能及神经系统。由于铅尘比重大，通常积聚在1米左右高度的空气中，因此对儿童的威胁最大。2

尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活的环境产生深远影响。尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。近100年来，温室效应已成为人类的一大祸患。冰川融化、海平面上升、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等都对人类的生存带来了极为严峻的挑战。而二氧化碳则是导致温室效应的罪魁祸首。3

汽车尾气提标作为空气污染的主要来源之一，机动车尾气中含有大量的有害物质，包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等，近期成为社会关注焦点的PM2.5就属于固体悬浮颗粒的范畴。汽车尾气除了是大型城市PM2.5的主要来源之一外，还是很多城市大气污染的罪魁祸首之一，光化学烟雾就是其主要影响之一。光化学烟雾指的是大气中的碳氢化合物和氮氧化物在光照的作用下形成臭氧、醛类、酮类、PAN等二次污染物，其对人体的影响远大于氮氧化物和碳氢化合物。在历史上，全球发生过若干次严重的光化学烟雾污染事件，地点无一例外均在大型和超大型城市。1970年，美国洛杉矶发生光化学烟雾时间，导致全城四分之三的居民患病，1971年日本东京发生光化学烟雾事件，导致当地学生出现中毒昏迷。可见，汽车尾气是城市在大型化和环境改善两者之间难以逾越的一条鸿沟。随着近年来我国经济的快速发展，国内出现了一大批大型城市和若干赶超世界水平的超大型城市，在城市大型化的发展过程中必然伴随着机动车保有量的激增，从而对大气环境带来巨大的压力，2013年初北京地区持续多日的雾霾天气就是强有力的证明。

中国产业洞察网认为，尾气排放达标已经成为机动车年审中必须满足的一项硬性指标，所以针对汽车尾气对城市大气环境的负面影响，汽车尾气排放标准提高将是最为直接的也是最为有效的手段之一。目前国内汽车尾气排放标准基本参考欧洲标准进行制定，目前在全国范围内实行的是国IV标准，相当于欧洲的欧V标准。从欧洲国家的发展进度来看，欧VI标准已经于2012年12月31日正式生效，而相当于欧VI标准的国V标准却仍处于部分城市试点状态，推进进度明显落后于欧洲。在国V标准的试点城市中，北京已经于2013年2月1日起正式实施相当于国V标准的京V标准，广州也已经于3月末开始实施国V标准，上海虽仍未开始执行国V标准，但在今年内开始实施也将是大概率事件。如果2013年试点城市顺利完成国V标准推行，2013年后试点规模有望进一步扩大，在未来2-3年时间内在全国范围推行。

尾气治理由于汽车运行严重的分散性和流动性，给净化处理技术带来一定的限制。除了开发在机内净化技术外，还要大力开发机外净化处理技术。这应从两个方面入手：一是控制技术，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；二是行政管理手段，采取报废更新，淘汰旧车，开发新型的汽车（即无污染物排放的机动车），从控制燃料使用标准入手。4

汽车燃油的改用⑴采用无铅汽油，以代替有铅汽油，可减少汽油尾气毒性物质的排放量。

首先应抓汽车油的改用。以无铅汽油代替四乙基铅汽油。这种汽油是用甲荃树丁醚作渗合剂，它不仅不铅，而且汽车尾气排出的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物均会减少。目前，我国为了减少汽车尾气排放量，改善城区大气环境质量，国家规定从1999年7月1日起在全国范围内根本上使用含铅汽油。2000年7月1日起，市场根本上出售有铅汽油。因有铅汽油中，它加入了一种抗爆剂――四乙基铅，它具有很高的挥发性，甚至在0摄氏度时就开始挥发，而挥发出的铅粉末，以蒸气及烟的动工存在空气中。但铅的污染程度与交通密度（每小时通过的车辆数）以及汽油中铅的含量有密切关系。

虽然我国城市的交通密度比发达国家的密度低，但有铅汽油燃烧带来的铅的污染程度不可忽视。因铅是一种蓄积毒物，它通过人的呼吸、饮水、食物等途径进入人体。对人体的毒性作用是侵蚀造血系统、神经系统以及肾脏等。诸如对血管系统、生殖系统以及癌致畸等毒性作用也可能发生。

⑵掺入添加剂，改变燃料成分。

汽油中掺入15%以下的甲醇燃料，或者采用含10%水份的水－汽油燃料，都能在一定程度上减少或者消除CO、NOx、HC和铅尘的污染效果。若采用“甲醇燃料”，即采用甲醇和其它醇类同汽油混合所制成的燃料。当甲醇占比例30%～40%，汽车尾气排出的污染物可基本上消除。

⑶选用恰当的润滑添加剂、机械摩擦改进剂。

在机油中添加一定量（比例为3%－5%）石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯粉末等固体添加剂，加入到引擎的机油箱中，可节约发动机燃油5%左右。市面上添加剂品种多样，纳米技术制备的添加剂很多，效果也是良莠不齐，慎重选择。此外，采用上述固体润滑剂可使汽车发动机汽缸密封性能大大改善，汽缸压力增加，燃烧完全。尾气排放中，CO和碳氢含量随之下降，可减轻对大气环境的污染。

⑷采用绿色燃料同样可减少汽车尾气有毒气体排放量。

据美国的俄亥俄州某研究所用豆油与甲醇、烧碱混合，然后去除其中的甘油，从而可获得“大豆柴油”。用“大豆柴油”，以3∶7的比例掺入到普通柴油中，可供柴油汽车之用。它可大大减少发动机工作时排放的硫化物、碳氢化合物、一氧化碳和烟尘。故誉作绿色燃料。

⑸采用多种燃料作为汽车燃料来源。

随着科学技术的发展和计算机的广泛应用，确保环境保护法规的实施和节能措施：汽车中可广泛使用新的配方汽油、电力、压缩的天然气体、太阳能以及生态燃料的蓄电池等等。然而在这种汽车上装上电脑，不断在行驶中早先调拨组合，以使汽车发挥最佳性能。采用计算机控制点火系统，以便对发动机的不同工况作出快速反应，可取得最佳 燃料经济性和发动机动力性能，可减少尾气对大气的污染。

⑹节约能源，有利环境，大力推广车用乙醇汽油。

根据有关专家指出，开发乙醇代替汽油，即节约能源，又可消化陈粮，使汽车排出的有害汽体减少，是一项有利于保护环境和资源的新课题。

如果按照1∶9的乙醇汽油配比，用20万吨乙醇，可配出约200万吨的乙醇汽油，200万吨的乙醇只消耗粮食70万吨。因此，发展、开发使用专用乙醇汽油可解决储存粮食的转化问题，又可以在一定的程度上代替汽油，缓解我国原油供应的紧张状况。因乙醇是一种小麦、玉米等原料生产的变性燃料乙醇和汽油以一定的比例混合而成的汽车燃料，已经列入“十五”发展计划，它与纯汽油比较，汽车尾气中一氧化碳量可降低1/3左右，碳氢化合物降低13.4%。此计划推广使用，将对改善城市大气污染，保障人民健康起到重要作用。

（7）汽车三元催化器治理

当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H2O)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。

发动机的调试⑴减少喷油提前角。减少喷油提前角，可降低发动机工作的最高温度（1500摄氏度），使NOx的生成量减少。

(2)改善喷油器的质量，控制燃烧条件（燃比、燃烧温度、燃烧时间），可使燃料燃烧完全，从而可减少CO、HC和煤烟。

⑶调整喷油泵的供油量，可降低发动机的功率，使雾化的燃料有足够的氧气进行完全燃烧，从而也可以减少CO、CH和煤烟的生成。

净化措施即汽车尾气由原有毒气体，变成为无毒气体，再排放到大气中。从而可减少对大气环境的污染。

⑴采用催化剂：将CO氧化成CO2，HC氧化成CO2和H2O，NOx被还原成为N2等。采用的催化剂有氧化锰－氧化铜；氧化铬－氧化镍－氧化铜等金属氧化物和白金属（铂）等贵金属。它们都可以净化CO、HC。催化反应器设置在排气系统中排气歧管与消音器之间。

⑵水洗：通过水箱，使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋浴，可支队粘在碳粒上的有毒物质，使碳粒子胀大而给予去除。

净化处理⑴正曲轴箱通气系统的设计：把从汽缸窜入曲轴箱的气体（主要是未燃气体）再循环进入进气歧管，使其再次燃烧，改变了过去将其直接排入大气所造成的污染。⑵排气再循环设计：发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接，使排出的气体经过再次循环，以降低氮氧化物的排放量。

⑶蒸发排放控制系统的设计：将化油器浮子室中的汽油蒸发汽引入进气系统，而将油箱中的蒸发汽引入储存系统，可大大减少污染物的排放。

行政措施⑴淘汰旧车，采取报废迎新。开发并采用多种燃料的新型汽车，这是今后汽车的发展方向。以氢为燃料的电池电动车、太阳能汽车、电动汽车、复式汽车、液化气汽车、甲醇汽车等。它们是低公害、前途最佳的新型汽车。同时，目前也还可改装汽车发动机的汽车为柴油发动机汽车。虽然柴油发动机燃料费用高，但CO生成量少。如果对NOx、粉尘排放量作相对的限制的话，那么柴油发动机汽车也是未来最佳汽车。

⑵严格执行国家质量技术标准，控制燃油标准。

按国家规定，不合质量的燃油不能使用，市场上不准出售低劣的燃油。然而汽车不准作用含铅汽油这一禁令已下，但难以奏效。其主要原因是广大市民对这一政策了解不足，含铅的70号和不含铅的90号及90号以上汽油，每吨差价比较大，加之无有效措施和得力宣传。另外，个别城市周边的地区又没有实行含铅汽油的禁令。市场调查结果显示含铅汽油库存数量还比较大，加之，车辆运输的流动性，故使得禁令难以实施。因此，对“禁令‘的宣传力度和推行力度应大大加强，才能保证大气环境的洁净。

物理磁碳法治理尾气除了以上汽车尾气治理方法外，现在市场上出现了一种新的汽车尾气治理方法，即磁碳法。该方法采用电磁原理，利用设备产生的高频脉冲，直接燃烧掉汽车缸体内壁上的积碳，使燃烧更加充分，老车也能达到新车出厂时的最佳状态。该设备仅在汽车电瓶上安装，即可边开车边除碳，并能有效降低汽车尾气中的有害气体，降幅达30%以上。该方法较化学品方法降低尾气，优势非常明显！

治理效益进行汽车尾气治理，虽然技术上已不存在多少问题，但因其涉及面大、成本投入较高，对相关主体特别是车主会造成一定的经济压力。但考虑到汽车尾气治理所带来的广泛、持久和多层面生态、社会、经济效益，这种成本投入是值得的，也是必须的。

生态效益。治理汽车尾气将通过减少污染物排放而极大地改善大气质量（特别是城市汽车密集地区）并进而提高整个生态环境质量，这种生态效益虽然很难准确测算，但可通过对几种主要污染物CO、HC、NO2的排放情况的检验测算做出相应的估值，以下以成都市为例。

成都市有各类机动车近50万辆，每辆车按一年行驶3万公里，按国家标准GB93—14761.1即75工况法计算，每辆车的污染物排放量计算如下：CO排放量为：（100.44克/试验÷4.7公里）×30000公里=0.641吨；HC排放量为：（13.79克/试验÷4.7公里）×30000公里=0.09吨；NO2排放量为：（11.06克/试验÷4.7公里）×30000公里=0.0705吨；三项合计每辆车一年排放量为：0.641+0.09+0.0705=0.820吨。成都市50万辆机动车一年的排放量为：40.1万吨，尾气治理后按80%的净化率计算，将有32万多吨的污染物被净化掉而不进入大气层。按国家标准GB1476.5-93即怠速法计算：CO：每辆车一秒钟的排放量为：47500×25/24.45=54.4克，50万辆车一年（按300天，每天运行1小时）的排放量为：54.4克×50万×3600×300=2940万吨。HC：按国际以平均分子量C1、C2、C3烷烃、烯烃、炔烃、低烃类平均分子量为34。每辆车一秒种的排放量为2224.9毫克，50万辆车一年的排放量为：2224.9毫克×50万×3600×300=120万吨，CO和HC两项合计为3060万吨，若所有汽车都进行尾气治理，平均净化率按80%计算，成都市每年可减少致污尾气排放量：3060万吨×80%=2448万吨。

由以上计算可知，尾气治理将绝大部分致污尾气净化掉而极大地降低了城市大气污染，从而产生出巨大的生态效益。

社会效益。城市尾气治理除极大地改善城市大气生态外，还会带来良好的社会效益。一是提升城市形象，强化其召唤力和吸引力。通过有力的生态文明行为优化城市生态环境质量，展示城市生态管理成就，由此在社会上产生良好影响力并进而对有关人才、投资、外来消费群产生吸引力。 二是改善城市公众的生态意识，提高其生态文明素质。有关人群特别是车主的广泛参与使汽车尾气治理成为大众身体力行的环保运动。 三是培养城市公民意识。在实施汽车尾气治理过程中，接受公众举报、监督、利用有关部门、社会群体的配合，这将会使更多城市居民培养起公众参与意识。

经济效益：进行汽车尾气治理也会产出（直接、间接）相应的经济效益。一是生态环境好转、城市形象提升后将改善投资环境从而促进招商引资工作。二是生态质量的提高将使房地产、旅游、宾馆饭店等相关产业的商品质量随之提高，需求扩大。三是与汽车尾气治理相关的产品生产和服务提供将因此而发展起来，创造出相应的就业机会和经济产出。四是进行汽车尾气治理可以减少相关疾病的发生，减少医药费用支出。