刘科：雾霾的两大元凶和治理

晚近，雾霾成为最热门话题之一。无论民众，相关行业及政府都对此表示出无奈，甚至抱怨。但抱怨无用，当务之急，要搞清雾霾形成的主要原因，再谈如何治理。

雾霾分为“一次颗粒”和“二次颗粒”。化石燃料如柴油燃烧时尾气中直接排放的颗粒是“一次颗粒（PrimaryParticulates）”，占雾霾总量的24%左右。对雾霾贡献最大的是“二次颗粒(SecondaryParticulates)”占到其总量的约50%左右。“二次颗粒”是化石燃料燃烧尾气中的气态污染物（如NOx、SOx）和挥发性有机物（VOC）进入大气后，在一定的水雾状态下与空气中的氨及VOC等物质发生气溶胶反应形成的颗粒。因此要去除雾霾，就要减低NOx、SOx及VOC这些污染物的排放。

我国2010年耗约4.7亿吨石油到2014年耗约5.7亿吨原油，而2014年煤耗量约36-38亿吨。以煤炭为主的能源结构短期无法改变，因此治理燃煤污染就成为当下的首要问题。大电厂按规定都需安装脱硫、脱硝和脱粉尘设备，脱除率达到90%以上。集中燃煤，尾气中的污染物可以控制到和天然气燃烧相近甚至更低。世界平均煤炭集中利用度是60%左右，欧美日等能达到90%以上，但我国煤炭集中利用度不到50%。

我国有近70万台中小锅炉散烧了几亿吨煤，准确数字，统计数据有出入，但估计约6亿吨散烧煤左右；在每一台中小锅炉后面安装脱硫脱硝装置成本太高，没有国家或个人会这样做。散烧一吨煤的污染是大型锅炉超净减排后的10-20倍左右；因此，散烧6亿吨煤的排放相当于约60-120亿吨集中燃烧产生的污染。由于中国人口基数大，用中国人均能耗和排放远低于欧美的计算方法，无法解释雾霾污染问题，但环境容量由每平方公里的排放量（或能源密度）决定，和人均排放量无关（1平方公里上可能住10人也可能住1万人）；空气是流动的，因此雾霾问题只关注局部城市数据也意义不大。

从宏观来看，整个欧洲的总面积与中国差不多，但中国人口大多集中在东部约200万平方公里的区域内，而欧洲人口则分布在约400万平方公里的土地上。相比中国的36亿吨用煤量，欧洲的燃煤总量只有约5.8亿吨，而且绝大部分用于有污染物排放控制的大电厂，而中国不仅耗煤总量远大于欧洲，而且不少煤是散烧，因此中国每平方公里的排放量远大于欧洲。这就解释了为什么双方都有大量汽车，而中国有雾霾，欧洲少有的主要原因。

作者认为，散煤燃烧是雾霾的第一元凶。人们自然要问，既然如此，为何不把散煤燃烧全改为天然气？这一方向是对的，但中国的天然气总量是不够的。近期中国天然气降价，很多人认为中国天然气过剩。这是误解。中国的天然气不是太多而是太贵（是美国价格的2倍以上）。

从环境保护和治理雾霾的角度，非常有限的天然气，首先应用去改造中小锅炉，而不是让大电厂煤改气。但即使把中国的天然气全部用于中小锅炉改造，我们的天然气也不够。我们又不可能在每台中小烧煤锅炉后安装脱硫，脱硝和脱粉尘装置，因此在可见的未来，一个现实可行的办法就是作者这几年呼吁的煤的分级炼制技术，发展“炼煤”工业，把煤搞干净后再供中小锅炉里烧；在“炼煤”的同时副产高价值的更洁净的油气燃料；同时还要严格规范中小锅炉里烧煤的质量和制定其他规范去控制中小锅炉引起的污染。

大电厂只要肯花钱，可以把除过CO2以外的其他排放降到和天然气同等、甚至更低的排放水平，这不足为奇。近几年，国家在大电厂的污染控制方面做了很多工作值得肯定。甚至有些公司化大钱做出了比天然气电厂还干净的超净煤电厂。其实，这些超净排放的脱硫、脱硝、脱粉尘的技术都是现成的，关键看是否值得去化这么大的代价去把追求从95%脱除到99%甚至更高。

目前的问题是一方面100%排放的中小锅炉因中小企业和个人无实力去煤改气，无人过问；而原来已经安装了脱硫90%以上的大电厂却又投巨资去追求低于天然气排放的超净电厂。一方面大国企化大价钱去升级已安装污染物控制的大电厂追求超净排放（低于天然气电厂排放），一方面无人投资解决能解决真正的雾霾元凶——中小锅炉散烧煤的排放控制的“炼煤”技术；以至于国家花了不少钱在大电厂改造升级，但雾霾治理效果不明显，因为雾霾的真正元凶是散烧煤，而不是已安装脱硫，脱硝脱粉尘的大电厂。

综上所述，散烧煤是“雾霾”最重要的成因之一，如何使近70万台中小锅炉清洁“变身”是解决雾霾的关键，就此可有三个不同层面的解决方案：

第一，增加集中燃煤，热电连产，同时加大环保执法力度，保证集中燃煤装置尾气排放达标，通过立法和加强环保执法，迫使中小燃煤锅炉逐步转型或淘汰。

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第二，中国地域广大，不大可能100%集中燃煤。对无法集中，但条件适合的地区实行“煤转气”。我国天然气供应无法满足需求，即使2018年按照计划与俄罗斯的天然气供货合同能够顺利执行，到时从俄罗斯进口的天然气也将只占国内用气量约20%。在煤和水资源比较丰富的地方用“煤制天然气”技术将煤转化为天然气，同时集中脱除所有污染物，将清洁的天然气产品通过管道输送到千家万户，也是解决散烧煤污染的另一选项。“煤制气”并不能适用于所有地区，但比在每台中小锅炉后面加装脱硫脱硝装置更可行。

第三，在无法集中燃煤也不适合煤制天然气的地方，在燃烧之前进行“炼煤”，即将煤中的灰分、无机硫和杂质通过洗煤去除，然后通过煤的热解，脱除大部分有机硫。最终得到的液体产品可以进一步加氢制作成清洁柴油；其气体产品（焦炉气）可以进一步转化成天然气；固体产品已经过脱硫，成为洁净煤。因其燃烧时火苗与天然气一样是蓝色的，人们也称之为“蓝炭”。上述国产“炼煤”技术：能够将煤炭转化为清洁的气体、液体和固体燃料，之后再去燃烧就大幅降低了污染。虽然“炼煤”会增加使用成本，但仍比在每台中小锅炉后面加装排放控制装置更经济有效，并且是在前两种方案都行不通的情况下不得已而为之的选项。实际上，“炼煤”还是要比进口LNG，或用风能、太阳能和核能便宜得多。

中国是柴油消耗大国。雾霾的第二大元凶是我国有不少柴油及柴油机未能达标。各种车辆排放的污染物大约占雾霾的25%左右（包括一次和二次颗粒）。由于使用高硫柴油，以及没有安装柴油发动机尾气处理系统，国内柴油发动机的污染物排放较高。中国每年消耗约2亿多吨柴油，因此柴油机减排就是散煤之后雾霾产生的第二要素。

降低柴油机的排放可从两个方面着手：

一是清洁的超低硫柴油。欧洲约50%的新车为柴油车，并普遍使用了超低硫柴油(<10ppm)，故其污染很低。而国内柴油中硫含量远高于欧美。这样，即使车辆装了颗粒过滤器和尾气脱硝系统，尾气中的污染物也难以得到控制。劣质柴油还会对尾气处理系统造成损坏，因此油品升级是控制柴油机污染的关键。目前已有技术可以用较低投资，帮助中国炼化企业生产出满足国V标准的超低硫柴油产品，并已取得了良好的经济及社会效益。

除了上面提到的柴油脱硫，柴油机尾气处理的另一个方面是脱除NOx和颗粒物。这需要安装颗粒过滤器和SCR脱硝系统。最新的脱硝催化剂，可以帮助降低燃油消耗，加之其重量轻，在减排的同时，可进一步帮助车辆减重提高整车燃油经济性。欧洲近年的柴油机技术研发取得了较大的进展，有样车已能报道每加仑柴油跑268英里。因此欧洲的高效柴油机技术值得我们关注。目前欧洲生产的新车里，有近一半是柴油车。但只要烧柴油，柴油机的NOx和PM2.5排放要严格达标，难度较大，这也是大众汽车为何造假的原因之一。因此将来治理柴油污染的另外一条潜在路线是在柴油机里烧比柴油更干净和便宜的燃料如甲醇，DMMN，二甲醚等甲醇基燃料。这方面的研究近期有些突破；在柴油机里烧上述清洁燃料，其排放远远低于柴油，这类技术可以先开始在矿山，油田及偏远地区区柴油发电机上先试用，积累经验再慢慢转向柴油车。

总之在发展风能、太阳能，水能和核能的同时，我们相信以上所提供的方案是针对中国特有的资源情况，在目前更加经济可行并可持续的治理办法。虽然雾霾治理有很多的方案，但是想在短期内改变现状并不容易，这首先需要知道雾霾的主要原因，然后才能抓主要矛盾；政府以强大的改革决心和毅力进行顶层设计的同时，也需要每一位公民的积极努力和配合。抱怨没用，只要我们在充分利用以上经济实用技术的同时，针对雾霾的主要成因，设计相应的政策支持“炼煤”工业，支持中小锅炉的煤改气，支持一定区域的煤制气，支持更清洁和便宜的的燃料取代部分柴油，增加现代高效柴油技术的研发力度；加强我国的环保立法尤其是执法力度，提高广大公民的环保意识，全民一心，共同努力，相信蓝天和碧水必会重现中国大地。

作者：澳大利亚国家工程院院士，国家千人计划化学化工专委会主任、盘古智库学术委员 刘科

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原标题：刘科：雾霾的两大元凶和治理