基于清潔空氣效益優(yōu)化NOx和VOC協(xié)同減排策略

1、 7 / 7作者：一氣貫長(zhǎng)空基于清潔空氣效益，優(yōu)化NOx和VOC協(xié)同減排策略 研究背景近年來(lái)，我國(guó)空氣質(zhì)量持續(xù)改善，但仍面臨PM2.5和O3復(fù)合型污染的嚴(yán)峻問(wèn)題，特別是京津冀及周邊地區(qū)（“2+26”城市），空氣污染問(wèn)題尤為突出。VOC和NOx是生成二次PM2.5和O3的重要前體物，合理減排VOC和NOx有助于協(xié)同控制PM2.5和O3污染，持續(xù)改善空氣質(zhì)量。因此，亟需以實(shí)現(xiàn)我國(guó)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)、獲得最大健康和生態(tài)環(huán)境效益為目標(biāo)，開(kāi)展相關(guān)研究，探索優(yōu)化NOx和VOC協(xié)同減排策略。這同時(shí)還能為中國(guó)其他地區(qū)PM2.5和O3污染協(xié)同治理政策制定及優(yōu)化提供參考。研究方法本研究建立了一套全新的綜合評(píng)估系統(tǒng)，包含

2、中國(guó)多尺度排放清單模型（MEIC）、全球揮發(fā)性有機(jī)物估算模型（MEGAN）、WRF-CMAQ模型，結(jié)合多項(xiàng)式函數(shù)的排放-濃度響應(yīng)模型（pf-RSM）、最低成本優(yōu)化模型和效益評(píng)估模型，建立“2+26”城市污染物前體物排放與濃度響應(yīng)關(guān)系，并以該地區(qū)PM2.5和O3濃度在2035年達(dá)標(biāo)為前提，計(jì)算VOC和NOx不同減排比例下的控制成本及獲得的公眾健康和生態(tài)環(huán)境效益，探索最優(yōu)協(xié)同控制方案。研究結(jié)論01NOx深度減排是實(shí)現(xiàn)"2+26"城市PM2.5和O3達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵為實(shí)現(xiàn)“2+26”城市PM2.5和O3濃度在2035年達(dá)標(biāo)：1）若僅削減NOx排放：到2035年，NOx排放量需較2017

3、年減少81%（VOC/NOx減排比例為0:1），減排總成本為660億元人民幣；2）若協(xié)同削減VOC和NOx排放：到2035年，VOC排放量較2017年減少80%；NOx排放較2017年需減少64%（VOC/NOx減排比例為1.25:1），減排總成本為1300億元人民幣（圖1）。由此分析得出，為實(shí)現(xiàn)2035年空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，較2017年，VOC減排80%可緩解一部分NOx減排壓力，但減排成本額外增加96%。因此，NOx深度減排對(duì)于PM2.5和O3達(dá)標(biāo)十分重要。但在實(shí)際減排過(guò)程中，受可行性、經(jīng)濟(jì)性、地方適應(yīng)性及落實(shí)可能性等因素影響，大比例減排NOx需要極長(zhǎng)時(shí)間。因此，為實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量全面達(dá)標(biāo)，未來(lái)需考

4、慮NOx和VOC協(xié)同減排策略。圖1. 2035年“2+26”城市PM2.5和O3達(dá)標(biāo)時(shí)，NOx和VOC的減排需求及對(duì)應(yīng)成本02實(shí)施快速的NOx和VOC減排可帶來(lái)較大公眾健康和生態(tài)環(huán)境效益研究發(fā)現(xiàn)，2035年P(guān)M2.5和O3濃度達(dá)標(biāo)可通過(guò)分別削減75%和50%的NOx和VOC排放實(shí)現(xiàn)。并且實(shí)施積極快速的NOx和VOC協(xié)同控制措施可帶來(lái)較大公眾健康和生態(tài)環(huán)境效益。若2017年至2035年NOx減排速率保持7.4%不變，VOC減排速率越快，獲得的減排效益越大（圖2）。相比在18年內(nèi)完成削減50%VOC排放的目標(biāo)（較2017年），“2+26”城市若在5年內(nèi)完成該VOC減排目標(biāo)，將實(shí)現(xiàn)以下健康

5、和生態(tài)效益：1）PM2.5濃度額外降低2.8g/m³，避免PM2.5污染暴露造成的早逝約31095例，帶來(lái)價(jià)值約1630億人民幣的健康效益；2）O3濃度額外降低13.8g/m³，避免O3污染暴露造成的早逝約5879例，帶來(lái)的健康效益價(jià)值約310億人民幣；避免24342千噸小麥（價(jià)值615億元人民幣）、4349千噸玉米（價(jià)值73億元人民幣）和291千噸大米（價(jià)值13億人民幣）的減產(chǎn)。圖2. 不同VOC減排路徑下污染物濃度變化及相關(guān)效益。(a) VOC不同減排路徑；（b, c）較18年內(nèi)完成減排目標(biāo)，VOC在5年、10年、15年內(nèi)完成減排時(shí)PM2.5和O3濃度變化；（d）5年內(nèi)

6、到18年內(nèi)完成VOC減排帶來(lái)的效益03冬季需加強(qiáng)VOC和NOx協(xié)同減排，夏季需更注重NOx減排中國(guó)北方地區(qū)PM2.5污染問(wèn)題全年均較為突出；O3污染具有季節(jié)性特征，夏季超標(biāo)天數(shù)多。因此，需根據(jù)不同季節(jié)污染情況科學(xué)制定VOC和NOx減排策略。以回溯2017年北京市PM2.5和O3協(xié)同控制策略為例：1）在冬季（1月），需加強(qiáng)NOx和VOC協(xié)同減排。研究發(fā)現(xiàn)，若VOC/NOx減排比例為0.87，可同時(shí)控制O3和PM2.5污染。若僅減排NOx，排放量較同期減少50%時(shí)，PM2.5濃度將上升6%；直到NOx排放量較同期減少80%，PM2.5濃度才隨NOx減排而下降。2）在夏季（7月），需更多注重NOx減

7、排。北京地區(qū)O3和PM2.5生成處于NOx控制區(qū)。若VOC排放量接近零時(shí)，O3和PM2.5濃度僅降低26%和8%；若NOx排放量接近零時(shí)，O3和PM2.5濃度可降低51%和31%。因此，減排NOx對(duì)同時(shí)控制PM2.5和O3污染更為有效。經(jīng)過(guò)對(duì)“2+26”城市情況的進(jìn)一步分析，得到與北京市類(lèi)似結(jié)論：為同時(shí)控制PM2.5和O3污染，在較冷季節(jié)需協(xié)同減排VOC和NOx（VOC/NOx減排比例較大），而較暖季節(jié)需更注重NOx減排（VOC/NOx減排比例較?。?。值得注意的是，短期注重VOC減排和長(zhǎng)期注重NOx減排對(duì)協(xié)同控制PM2.5和O3污染十分重要。隨著NOx和VOC減排工作的深入，生成污染物的VOC

8、控制區(qū)可能轉(zhuǎn)變?yōu)镹Ox控制區(qū)。本研究計(jì)算了2017年“2+26”城市峰值比例（Peak Ratio，簡(jiǎn)稱(chēng)PR，是指在VOC排放基線下，污染物處于峰值濃度時(shí)的NOx減排比例），結(jié)果顯示（圖3）：1）11-2月，污染防治工作以控制PM2.5污染為主。當(dāng)NOx排放較同期減少超過(guò)36-53%時(shí)，VOC的減排對(duì)控制PM2.5污染的效果不如削減NOx排放；2）5-9月，污染防治工作以控制O3污染為主。最大峰值比例（PR）為45%。隨著NOx減排，O3生成將處于NOx控制區(qū)。圖3. （a）同時(shí)控制PM2.5和O3污染所需的VOC/NOx減排比例；（b）峰值比例變化（從VOC控制區(qū)變?yōu)镹Ox控制區(qū)，NOx所需的減排比例）綜上所述，為實(shí)現(xiàn)“2+26”城市空氣質(zhì)量全面達(dá)標(biāo)，可采取“深度減排NOx，同時(shí)積極減排VOC