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直击汽车尾气排放实验现场:远比雾霾空气脏
时间:2017-01-06 来源:
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2017-01-05

章轲 京环之声 京环之声

“有人说汽油车排放能净化空气,对雾霾形成影响不大。甚至有人认为,汽车尾气比雾霾空气还干净。这些说法都是不正确的,有误导性。”5日上午,北京理工大学汽车动力性及排放测试国家专业实验室主任葛蕴珊对第一财经记者说。


近日,网上流传一段视频,用便携仪器在雾霾中实测汽油车排放情况,结果显示汽油车尾气中PM2.5浓度低于空气,因而得出结论:汽油车排放能净化空气,对雾霾形成影响不大。


葛蕴珊对第一财经记者表示,视频中的测试结果有一定合理成分,但测试过程和结果分析等方面还不尽科学,需要全面、科学、客观地看待汽油车污染问题。


实测数据证实:汽车尾气更脏


5日一早,第一财经记者赶到北京理工大学校园内的汽车动力性及排放测试国家专业实验室。该实验室主要从事内燃机与移动污染源排放控制的教学与科研。


进入实验室大门,记者看到,一辆白色的北京现代1.8排量的轿车已经停放在测试线上,技术人员们也已经做好了测试准备。

                                         技术人员通过恒温恒湿称重箱对滤纸进行称重。摄影/章轲


                                             技术人员通过恒温恒湿称重箱对滤纸进行称重。摄影/章轲             

“我手上的滤纸在旁边的恒温恒湿称重箱里已经称过重。尾气经过滤纸时,细颗粒物会吸附在上面,经过称重计算就能得出尾气中细颗粒物的含量。”葛蕴珊说。


在实验室,技术人员给记者展示了目前市场上常用的4种便携式空气质量检测仪。“这些检测仪器的原理都一样,多采用光学原理,尾气中细颗粒物的含量是算出来的。”葛蕴珊说,这些检测仪器所测量的PM2.5不是通常的固体颗粒,而是液态和固态颗粒物的总量,测量精度差,且受温度影响较大。


在网传的视频中,测试者在道路上将检测仪的进气口直接插进汽车排气管,汽车发动后,尾气直接冲入检测仪。测试的结果显示尾气中的PM2.5、PM10含量比空气中的PM2.5、PM10含量都要低。


“这并不意味着这些仪器有问题。也可以说,这些仪器是严谨的,但使用仪器的方法不严谨,超出了使用范围。”该实验室技术人员王欣博士说。

                                     滤纸显示尾气污染程度。右面的滤纸已经彻底变黑。摄影/章轲


                                                      葛蕴珊向记者展示测试滤纸。摄影/章轲

葛蕴珊给记者找出了视频中同款空气质量检测仪的说明书。记者看到,说明书注意事项中明确提到,“使用本产品进行测量时,请置于空气对流缓慢区域,防止强气流直吹干扰检测结果。”“在本机正常工作时,请避免与酒精、香水等醇类物质和高浓度硫化氢、一氧化碳、二氧化硫、氢气、烟雾等气体接触,否则将导致测量误差,或损坏主机。”



                                                  网传视频中空气检测仪的使用说明书。摄影/章轲



                                       网传视频中空气检测仪使用说明书的内容。摄影/章轲



                                          网传视频中空气检测仪使用说明书的内容。 摄影/章轲

5日上午,技术人员们给记者做了三次试验。首先使用视频中同款的空气质量检测仪对实验室空气质量进行了检测,结果显示,PM2.5、PM10分别为239微克/立方米和311微克/立方米。

                              王欣向记者展示目前市场上常用的4种便携式空气质量检测仪。摄影/章轲


                                                            网传视频中的空气检测仪。摄影/章轲


                                                  网传视频中空气检测仪的实测数据。摄影/章轲

第一次实验是在冷车情况下发动汽车,然后将检测仪靠近尾气排放口进行检测,检测仪立刻“爆表”。PM2.5、PM10均为999微克/立方米,检测器显示的湿度也达到88%。此时实验室一台专业的检测器结果显示,尾气中每立方米细颗粒物数量达到14万个以上,“而目前空气中每立方米细颗粒物数量只有7000个左右。”王欣说。


第二次实验是在热车的情况下让车辆怠速行驶,将检测仪靠近尾气排放口后又立刻“爆表”,显示湿度高达97%。“检测仪的进气口是铝表面,非常容易冷凝水。”再次把检测仪伸进排气管时,数值没发生什么变化,“很可能水已经进入到采样管中,把气体阻隔了。”王欣拿着检测仪在空中使劲甩了几下,地上果然留下了一排水滴。实验室专业的检测器结果显示,尾气中每立方米细颗粒物数量达到40万个。


“第三次,我们模仿一下视频中2500转速的情况。其实,这也并不能真实反映车辆在路上的工况。”王欣说。检测仪靠近尾气排放口后同样“爆表”,由于湿度大又自动关机。再次开机后,放到尾气排放口,所有的数据又都逐渐归零了。



                                                    技术人员将专业采样头插入尾气管。摄影/章轲


                               市场上几种空气质量检测仪在同一环境下显示不同结果。摄影/章轲

“视频测试的汽油车尾气污染,测试方法和测试结果都是不科学的,但测试结果具有较强的迷惑性。”葛蕴珊对记者说,PM的粒径非常小,对测试仪器有严格要求,市场上绝大多数便携式PM仪器达不到要求。


“温度低时,颗粒物上附着的水分以小液滴状态存在;温度升高时,小液滴气化,测量结果明显变小。”葛蕴珊说,颗粒物排放应该经稀释降温处理后再进行测量,用测大气环境颗粒物的仪器直接去测高温排放,误差很大。在常温空气中的测量结果,与直接在排气管上的测量结果不可比。


王欣告诉记者,汽车尾气中PM2.5通常在1000至2000微克/立方米,有的甚至更高,即便在雾霾空气爆表的情况下,尾气也远比空气脏。


汽车排放水平需全面评判


葛蕴珊介绍,汽油车的污染排放有四个途径:排气管、加油、蒸发、曲轴箱。排放的主要污染物包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、碳氢化合物(HC)、细颗粒物(PM)。


研究显示,HC主要通过蒸发和加油过程排放,国五车辆通过排气管的排放量仅占到总量的10%左右,而国三车辆的比例则为50%左右。“这方面正是欧洲和中国的排放标准所忽略的,因此新颁布的国六排放标准对蒸发排放和加油过程排放提出严格控制要求。”


研究人员发现,汽油车冷启动特别是冬季低温冷启动时的污染物排放量很高。另外,汽车在行驶过程中的轮胎磨损和道路扬尘排放,都是大气中PM2.5的来源。网上流传的视频中只测试了汽油车在高低怠速空载工况下排气管的一次颗粒物浓度,不能全面反映汽油车的污染排放情况。


葛蕴珊对记者表示,全面评判汽车的颗粒物排放水平需要从两个指标衡量:一个是颗粒物质量浓度,另一个是颗粒物数量(PN)。视频中测试的是颗粒物质量浓度。汽油车排放颗粒物的动力学直径主要在100纳米(nm)以下,这些细小颗粒无法测出质量(动力学直径300nm以上的颗粒物才能测出质量),质量浓度指标无法表征。因此,汽油车排放的一次颗粒物质量浓度很低,视频中测试的排气质量浓度与汽油车排放特征相吻合。


在重污染天气下,空气中的细颗粒物数量大气在105个/立方厘米以下,而汽油车排放的颗粒物数量在106个/立方厘米以上。空气中的细颗粒物被吸入发动机后,部分有机物成分会被燃烧掉,不能燃烧的成分会被破碎成粒径更小的颗粒物,颗粒物吸附的水分经过高温气化被分离出来。


“汽油车排放的粒径更小的颗粒物,对健康的直接危害更大。”葛蕴珊说,而且这些粒径的细小颗粒物在空气中经过一系列物理化学反应会吸附水分和其他污染物,长大变成大气中的PM2.5颗粒物,加重雾霾污染。


值得一提的是,汽油车排气管排放的污染物主要是气态的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOX),这些污染物在排气口是不能被便携式PM仪器所测量的。研究显示,HC和NOX在大气环境中,会经过一系列复杂的物理化学反应,特别是在重雾霾天气条件下,快速转化成二次颗粒物。


其中,氮氧化物将转化为二次硝酸盐颗粒物,同时催化二氧化硫生成二次硫酸盐颗粒物。碳氢化合物则会转化为二次有机碳颗粒物。大气环境条件不同、转化率和转化速率也不尽相同,转化率大体在25-50%之间。


“这些二次颗粒物正是北京等地雾霾的主要成分,对人体健康危害较大。北京及许多地区的空气污染,近年呈现了二次颗粒物为主的特征,其表现为臭氧(O3)和二氧化氮(NO2)浓度的逐渐升高。”葛蕴珊说。


科学测试结果:尾气污染危害巨大


5日上午,中国环境科学研究院大气环境研究所研究员胡京南告诉第一财经记者,环科院的科研人员曾在实验室利用滤膜称重法,对7辆国四-国五阶段的轻型汽油车进行了尾气颗粒物排放的采样分析。


结果显示,在标准规范的全球统一轻型车驾驶工况(WLTC工况)下,这些车的颗粒物排放因子在0.3-4.5毫克/公里之间。对不同技术的车辆,颗粒物排放具有显著差异:多点电喷车的尾气颗粒物排放因子在0.3-2毫克/公里之间,相当于尾气中颗粒物的质量浓度在0.4-2.5毫克/立方米之间;而直喷车的尾气颗粒物排放比进气道喷射车高好几倍,排放因子在2-4.5毫克/公里之间,相当于尾气中颗粒物的质量浓度在2.5-6毫克/立方米之间。


胡京南说,相对颗粒物而言,不同技术的轻型汽油车气态污染物(NOx、THC和CO)排放无明显差异。轻型汽油车氮氧化物NOx排放因子在0.02-0.045克/公里之间,相当于尾气中NOx的质量浓度在25-55毫克/立方米之间;总碳氢化合物(THC)排放因子在0.02-0.07克/公里之间,相当于尾气中THC的质量浓度在25-86毫克/立方米之间;一氧化碳(CO)排放因子在0.3-1.1克/公里之间,相当于尾气中CO的质量浓度在369-1353毫克/立方米之间。


“车辆行驶工况对汽油车尾气颗粒物排放有很大影响。”胡京南介绍,通过在实验室稀释通道(稀释倍数在10-20倍之间)中的在线测量,车辆加速时,黑碳(BC是汽车尾气颗粒物的重要组分,直喷车排放的颗粒物中黑碳含量约为30-40%,多点电喷车黑碳含量一般在10%以下)排放的质量浓度往往比怠速时显著升高,特别是直喷车。怠速状态下国四直喷汽油车尾气排放的黑碳浓度明显低于加速和高速行驶工况下的排放。


                    一辆国四直喷汽油车的黑碳(BC)排放与车速的关系

胡京南认为,机动车尾气排放不能只看尾气直接排放的颗粒物(一次颗粒物),NOx和挥发性有机物VOCs排放同样对颗粒物有贡献,这些气态污染物会在大气环境中反应生成PM2.5,也就是常说的二次颗粒物,是重污染期间PM2.5的重要来源。胡京南以北京市为例介绍,根据大气PM2.5来源解析的结果,汽油车排放的NOx和VOCs转化生成的二次颗粒物,大约能占到PM2.5的5%-10%左右。


“机动车尾气污染危害巨大。机动车已成为许多大城市的首要污染源,是造成雾霾污染的重要原因。”葛蕴珊说,如果汽车尾气真的比雾霾空气还干净,那么交通干线附近的空气质量更好才对,但实际情况并非如此。


研究表明,距离交通线越近,空气污染越严重,距离越远,空气质量越好。“如果汽车尾气真能比空气还干净,国内怎还会经常发生人在密闭车内被尾气活活毒死的悲剧?”


葛蕴珊对记者表示,从机动车环境管理角度看,机动车污染防治的确应该优先控制排放大、污染重的车辆,包括柴油货车、公交、市政、环卫和物流等车辆,以及出租等行驶里程长的老旧汽油车。


“另外,视频也提出一个值得思考的问题:能否制造出排放更清洁的汽车,在雾霾天去净化空气?”葛蕴珊说,这是汽车工业界的一个梦,也是许多环保工作者和众多车主们的期盼。“一些国际先进企业的确在努力研发排放更加清洁的汽车,虽有个别企业宣称已经能够制造出排放比空气还干净的汽车,但目前世界汽车工业的总体水平还远未达到如此水平。”