汽車社會與大氣污染：歷程、行動與展望

汽車社會與大氣污染歷程、行動與展望

一汽車與環(huán)境綜述1.汽車保有水平的發(fā)展一個國家或地區(qū)人均機(jī)動車保有水平與人均GDP有較大關(guān)系，總體上人均機(jī)動車保有量隨人均GDP呈S形曲線增長，[1]增長速度先逐漸加快，到達(dá)一個最高速度后逐漸減小，最終人均保有量趨于飽和，圖1給出了美日英三國的千人機(jī)動車保有量（含汽車和摩托車）與人均GDP的關(guān)系以及我國1991年以來的千人機(jī)動車保有量和人均GDP數(shù)據(jù)。圖1各國千人機(jī)動車保有量與人均GDP擬合曲線可以看出，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動車保有量也在不斷增加，我國近20年的千人機(jī)動車保有量隨GDP的保有量的增速超過美日英三國歷史上增速最高時期，由此帶來的機(jī)動車尾氣污染也就成為許多大城市空氣污染的主要來源。2.機(jī)動化程度與大氣污染認(rèn)識和控制階段從發(fā)達(dá)國家對大氣污染的認(rèn)識和治理歷程來看，自工業(yè)革命后，大氣環(huán)境污染日益成為影響人類健康生存的問題之一。隨著污染范圍的不斷擴(kuò)大、污染物種類和污染問題不斷增多（見圖2），大氣環(huán)境污染的認(rèn)識和控制也經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段，在20世紀(jì)50～60年代隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，燃煤鍋爐大量運(yùn)行，產(chǎn)生了由煤煙型污染帶來的局部大氣污染問題；隨著機(jī)動化程度的增加，60～80年代大氣污染問題在城市中凸顯，形成了由機(jī)動車污染物和煤煙型污染共同作用的復(fù)合型污染，并產(chǎn)生光化學(xué)煙霧等區(qū)域性大氣污染，機(jī)動車污染問題也引起了世界各國的關(guān)注，各國采取了一系列改善城市空氣質(zhì)量、控制機(jī)動車尾氣排放的行動；80年代后人們認(rèn)識到酸雨以及由于平流層臭氧損耗帶來的全球氣候變暖。當(dāng)前，局地、區(qū)域和全球大氣污染問題正在相互作用并產(chǎn)生復(fù)合影響。圖2機(jī)動化程度與大氣污染認(rèn)識和控制階段近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長和城市化進(jìn)程逐步加快，城市居民的交通需求在近幾年內(nèi)迅速增長，機(jī)動車保有量大幅增加。由圖1可以看出，我國近20年的千人機(jī)動車保有量隨GDP的增速超過美日英三國歷史上增速最高時期。而在這一時期，無論是局地大氣污染問題、區(qū)域大氣污染問題還是全球大氣污染問題在我國幾乎是同時出現(xiàn)并且綜合作用產(chǎn)生復(fù)合影響，因此，我國面臨的環(huán)境問題是復(fù)雜而多重的。盡管我國是一個以燃煤為主的國家，在能源結(jié)構(gòu)中，燃煤占燃燒使用能源的70%～75%，但由于城市機(jī)動車數(shù)量增長迅速，部分城市私家車數(shù)量急劇增多，機(jī)動車污染物排放分擔(dān)率大幅上升，城市污染已由煤煙型污染向機(jī)動車、煤煙復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變。研究表明，機(jī)動車排放一次污染物如氮氧化合物（NOx）、揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）和可吸入顆粒物（PM10）在城市中心城區(qū)所有污染源中的貢獻(xiàn)比例分別達(dá)66%、90%和26%，[2]細(xì)顆粒物（PM2.5）的比例更高，機(jī)動車排放已經(jīng)成為影響城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量和居民健康水平的主要污染源。特別是隨著城市規(guī)模的增大，單車行駛里程的增大，機(jī)動車污染物排放分擔(dān)率將進(jìn)一步增加。汽車排放的污染物碳?xì)浠衔铮℉C）、NOx等一次污染物在大氣中會進(jìn)一步反應(yīng)形成臭氧（O3）、多環(huán)芳烴類物質(zhì)（PAH）、過氧乙?；跛狨ィ≒AN）等二次污染物，這類污染物累積后就會形成光化學(xué)煙霧，對人體危害較大，甚至造成生命危險。同時，灰霾污染也已經(jīng)成為我國城市環(huán)境治理中的一個突出問題，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了每年200多天的灰霾天氣，這些問題的產(chǎn)生都與機(jī)動車排放的NOx、PM2.5等污染物直接相關(guān)。另外，由HC和NOx等形成的二次污染物O3和柴油車排放的一次污染物黑碳顆粒（BC）是重要的升溫物質(zhì)，對于溫室效應(yīng)有很大的影響。而隨著我國“十一五”、“十二五”期間二氧化硫（SO2）的大規(guī)模減排，二次顆粒物中硫酸鹽的降溫效應(yīng)被抑制，因此，從溫室效應(yīng)物質(zhì)協(xié)同減排的角度來看，加強(qiáng)汽車污染物的控制對減緩全球變暖也尤為重要。二機(jī)動化程度與汽車尾氣控制隨著20世紀(jì)60年代光化學(xué)煙霧問題的出現(xiàn)，世界各國開始了機(jī)動車污染控制的進(jìn)程（如圖3所示）。圖3機(jī)動化程度與汽車污染控制階段在20世紀(jì)60～70年代初，機(jī)動車污染控制首先針對占機(jī)動車總量較大的輕型車開展。美國、日本和歐洲分別在1968年、1965年以及1970年起步制定實(shí)施控制機(jī)動車污染排放法規(guī)。主要控制輕型汽油車的一氧化碳（CO）、HC以及NOx濃度。主要的控制技術(shù)有曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)、廢氣再循環(huán)、空氣噴射凈化、使用改進(jìn)催化劑、改進(jìn)化油器等。隨著機(jī)動車保有量的持續(xù)增長和公眾對城市空氣質(zhì)量的日益關(guān)注。在20世紀(jì)70～90年代初，各國都對已有的新車排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了加嚴(yán)措施，并且在新車控制基礎(chǔ)上增加了在用車檢查與維修制度（I/M制度）來控制在用車的排放。同時，科學(xué)研究的發(fā)展揭示了盡管重型車保有量少于輕型車，但重型車特別是重型柴油車的尾氣排放總量、毒性和對區(qū)域污染的作用都超過輕型轎車，因此，各國也逐步增加了重型車排放控制措施。針對重型車的主要控制技術(shù)有：改進(jìn)燃油分配；改動發(fā)動機(jī)，采用電子控制；改進(jìn)燃油分配與控制。針對車用油品，也通過油品質(zhì)量法規(guī)，實(shí)現(xiàn)了汽油的無鉛化和柴油的低硫化，柴油低硫化進(jìn)程一直持續(xù)至今。20世紀(jì)90年代以后，在對已有的控制進(jìn)行加嚴(yán)的基礎(chǔ)上，各國開始采取鼓勵低排放車、交通、經(jīng)濟(jì)等綜合措施來控制汽車所帶來的環(huán)境污染?？傮w上說，機(jī)動車污染控制主要包括車輛排放控制、車用燃料品質(zhì)控制、交通政策控制三個方面。（一）車輛排放控制車輛排放控制包括新車排放控制和在用車排放控制兩個部分。1.新車排放控制新車排放控制是機(jī)動車排氣污染綜合控制體系的核心組成部分。世界各國的新車排放標(biāo)準(zhǔn)體系大多基于美國、歐洲和日本這三個主要的機(jī)動車排放控制標(biāo)準(zhǔn)體系，我國在新車排放標(biāo)準(zhǔn)方面采取的主要是歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系。我國目前頒布的最嚴(yán)格的輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)為GB18352.3—2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）》，我國的這份國家標(biāo)準(zhǔn)等效采用了歐盟指令70/220/EEC的修訂版98/69/EC及其最新修訂版2003/76/EC《關(guān)于協(xié)調(diào)各成員國有關(guān)采取措施以防止機(jī)動車排放物引起空氣污染的法規(guī)》中的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了我國裝用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)和壓燃式發(fā)動機(jī)的輕型汽車在第3和第4階段排氣污染物排放限值要求。圖4我國輕型汽油車的各階段排放標(biāo)準(zhǔn)圖4以輕型汽油車為例描述了輕型汽車污染物排放限值控制的發(fā)展過程，從中可以較直觀地看出各控制標(biāo)準(zhǔn)下污染物削減的趨勢。北京市、上海市分別于2008年3月和2009年11月對輕型車提前實(shí)施了國家第四階段排放標(biāo)準(zhǔn)，廣州市也于2006年9月1日提前22個月實(shí)施了機(jī)動車國家第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)。我國目前最嚴(yán)格的車用柴油發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)為GB17691-2005《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)修改采用了歐盟（EU）指令88/77/EEC的修訂版1999/96/EC及其最新修訂版2001/27/EC《關(guān)于協(xié)調(diào)各成員國采取措施防治車用壓燃式發(fā)動機(jī)氣態(tài)污染物和顆粒物排放，以及燃用天然氣或液化石油氣的車用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)氣態(tài)污染物排放的法規(guī)》的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容。目前北京已經(jīng)對部分公用車輛（如環(huán)衛(wèi)車輛、公交車、郵政車輛等）實(shí)施了第四階段的柴油發(fā)動機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。由于柴油車排放的CO和HC都較少，所以控制柴油車的排放主要是控制PM和NOx的排放。圖5以重型柴油車為例顯示了柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)的變化過程。國3（Euro3）與國1（Euro1）相比NOx和PM的排放限制分別削減了38%和72%，國4（Euro4）與國1相比分別削減了50%和94%，國5與國4相比在PM上并未加嚴(yán)，但對于NOx與國1相比削減了75%。圖5我國柴油發(fā)動機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)與各個階段新車排放控制措施標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的是我國采用的機(jī)動車污染控制技術(shù)（見表1）。表1不同新車排放標(biāo)準(zhǔn)的控制技術(shù)措施2.在用車排放控制在用車排放控制也是機(jī)動車污染綜合控制體系的核心組成部分之一，是機(jī)動車在使用階段最為關(guān)鍵的排放控制環(huán)節(jié)。在用車控制措施主要有實(shí)行I/M制度[3]和在用車改造。隨著新車排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷實(shí)施和加嚴(yán)，新增車輛的排放控制系統(tǒng)不斷進(jìn)步，汽車的排放控制就更依賴于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的零部件來保持低排放，因此，我國在提升新車排放控制水平的同時加強(qiáng)在用車的檢查與維護(hù)也非常重要。I/M制度使車輛排放控制系統(tǒng)的作用維持在合理的水平，對機(jī)動車污染控制起到了非常重要的作用。首先，I/M用于識別由于調(diào)整不當(dāng)或其他機(jī)械問題導(dǎo)致高排放的車輛。國內(nèi)外大量研究表明，在用車排放的大部分污染物來自一小部分高排放車輛；對于輕型汽車，10%的高排放車的污染物排放可占車隊(duì)總排放量的50%～60%。其次，I/M有助于故障類型的識別，防止拆除排放控制裝置。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，如果汽油車的三元催化轉(zhuǎn)化器或者氧傳感器失效，CO和HC的排放會增加20倍以上，NOx的排放量則會增加3～5倍。但由于這類故障并不影響車輛的使用，因此，常常并不會引起駕駛員的注意。而I/M制度的作用正是在于其可以識別出機(jī)動車排放控制裝置上的問題，并進(jìn)行修理和維護(hù)，保證機(jī)動車的排放始終處于正常的狀況。歐美日的I/M制度一般都是從1980年代開始實(shí)施的。目前，已經(jīng)形成了較為完善的體系。我國許多城市如北京、上海、廣州等已經(jīng)開始實(shí)施了I/M制度。I/M的控制措施還可以配合其他一些措施同步實(shí)行，從而強(qiáng)化實(shí)施的效果，例如東京通過增加舊車的年檢頻率，降低新車的免檢年限、增加檢查費(fèi)用等政策鼓勵舊車淘汰。北京對黃標(biāo)車的限行、上海市對高污染車輛的限行、廣州市對摩托車在市區(qū)的限行等措施都在促進(jìn)高排放車輛報廢或轉(zhuǎn)出方面取得了較好的效果。目前對在用高排放柴油車的改造技術(shù)主要是加裝尾氣催化凈化裝置，如氧化型催化轉(zhuǎn)換器（DOC）、顆粒捕集器（DPF）等。（二）車用燃料品質(zhì)控制削減汽車排放污染必須從提高車輛本身的性能和車用燃料品質(zhì)兩個方面同時進(jìn)行。車用燃料品質(zhì)的控制主要是汽柴油燃料質(zhì)量控制和促進(jìn)替代燃料的使用兩個方面。1.汽柴油燃料質(zhì)量控制在推進(jìn)機(jī)動車排氣污染控制的進(jìn)程時，嚴(yán)格的車用燃油質(zhì)量作為必備的基礎(chǔ)條件之一必須受到特別的關(guān)注，因?yàn)槿加徒M成對機(jī)動車排放有直接的影響，改變車用汽油或柴油中某些組成部分的含量可以改善機(jī)動車排放，而且燃油質(zhì)量一經(jīng)改善，立即就對所有在用車產(chǎn)生排放削減的效果，而不像新車排放標(biāo)準(zhǔn)那樣有一定的滯后性。隨著機(jī)動車污染物排放限值標(biāo)準(zhǔn)的不斷加嚴(yán)，當(dāng)汽車排放污染控制技術(shù)發(fā)展到一定階段后，燃油作為一項(xiàng)基礎(chǔ)條件，其品質(zhì)的好壞則成為制約機(jī)動車污染控制進(jìn)一步深入的關(guān)鍵因素。歐美日等國家車用汽柴油標(biāo)準(zhǔn)都是與機(jī)動車排放標(biāo)準(zhǔn)同步實(shí)施的。例如歐盟為了配合Euro1～Euro5新車排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，也提出了相應(yīng)的車用汽油和柴油油品質(zhì)量要求，硫含量也作為其中一個關(guān)鍵的指標(biāo)，圖6體現(xiàn)了隨著歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)體系的加嚴(yán)車用油品含硫量逐步降低的趨勢圖。圖6歐洲新車排放標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的油品硫含量限值自2000年我國成功淘汰車用含鉛汽油，我國的車用燃油品質(zhì)也有了較大的提高。目前，我國實(shí)施的是國3汽柴油標(biāo)準(zhǔn)。2008年北京市在新車實(shí)施國4排放標(biāo)準(zhǔn)的同時，加嚴(yán)了車用燃油品質(zhì)，將汽油和柴油中的硫含量均降低到50ppm（百萬分之50）以下；廣州市于2008年5月，全面推廣使用國3標(biāo)準(zhǔn)車用燃油；2009年11月1起，上海開始實(shí)施上海車用汽油和車用柴油地方標(biāo)準(zhǔn)，簡稱“滬4”，相當(dāng)于國4及歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的汽柴油。2.促進(jìn)替代燃料的使用使用液化石油氣（LPG）、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）等替代燃料也能明顯削減某些污染物的排放，在城市車輛尤其是公交車輛上使用替代燃料已經(jīng)成為各國大城市控制機(jī)動車污染的重要一環(huán)。例如日本東京政府采取三個方面的政策來支持替代燃料的發(fā)展[4]，一是市場支持。20世紀(jì)七八十年代通過免除商品稅和所得稅來鼓勵出租和購買政策，90年代的政府采購和鼓勵購買計劃，1998年開始補(bǔ)貼政策。二是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及支持。包括建立燃料站，例如快速充電設(shè)施、氫燃料站等等。三是研發(fā)支持。2009年，東京都政府提出了促進(jìn)電動車和混合動力車的使用計劃。其中包括給予財政補(bǔ)助，免除汽車購買稅，給予停車費(fèi)折扣，促進(jìn)建立充電設(shè)施和提供充電站地圖等各項(xiàng)措施。在我國許多大城市都在開展使用替代燃料的公共交通清潔化行動，例如北京市在公交車隊(duì)中使用CNG公交車。（三）交通政策控制控制汽車污染，改善交通狀況，可以減少由于不利的行駛條件帶來的排放。收取交通擁堵費(fèi)和高額的停車費(fèi)、重點(diǎn)車型限行、控制汽車保有量等措施都可以有效提高交通運(yùn)行效率，從而減少環(huán)境污染。通過收取交通擁堵費(fèi)和提高市中心地區(qū)停車收費(fèi)等經(jīng)濟(jì)手段在一定程度上可以減少私人汽車的使用，使部分交通需求轉(zhuǎn)向公共交通，從而減少城市核心地帶的交通流量，緩解交通壓力，減少車輛排放和改善交通環(huán)境空氣質(zhì)量。城市擁堵收費(fèi)最常見的形式是增加部分區(qū)域收費(fèi)，即對于進(jìn)入特定區(qū)域（一般為市中心）的使用者收取一定的稅或費(fèi)。目前世界各國有多個城市采取了這種收費(fèi)措施，如新加坡、羅馬、倫敦、斯德哥爾摩、米蘭等都已經(jīng)實(shí)施了擁堵收費(fèi)，另外一些城市也正在積極研究擁堵收費(fèi)政策。而英國倫敦在采取擁堵收費(fèi)措施之外，還實(shí)施了低排放區(qū)措施，結(jié)合交通管理措施和經(jīng)濟(jì)措施引導(dǎo)在核心地區(qū)車輛的清潔化。毫無疑問，恰當(dāng)?shù)膿矶率召M(fèi)可以有效降低車流水平，同時提高行車的平均速度。在改善車輛活動水平的同時，有效降低車輛的排放。此外，部分城市開始在擁堵收費(fèi)的基礎(chǔ)上，考慮對不同控制水平車輛實(shí)施差別稅率或者有差別的限制強(qiáng)度。由于高污染車輛對交通污染有很高的貢獻(xiàn)率，我國一些城市采取對于重點(diǎn)車型限行的措施來控制交通污染。例如北京、上海針對高污染車輛限行，廣州市對摩托車在市區(qū)限行等。再如，在2008年奧運(yùn)會期間，北京市曾經(jīng)采取了黃標(biāo)車禁行、單雙號行駛、公車停駛70%、部分中央和北京市機(jī)關(guān)在奧運(yùn)期間封存70%的公車等臨時交通管理措施。目前，北京市采取機(jī)動車尾號限行措施。促進(jìn)公共交通、控制私家車的保有量等交通需求管理也可以有效地減少機(jī)動車帶來的污染。例如，東京通過法律形式規(guī)定沒有停車位不能上牌照以及嚴(yán)格的停車收費(fèi)管理措施來控制私家車的擁有及使用，同時大力發(fā)展以軌道交通為主的公共交通，在早高峰時的市中心區(qū)，軌道交通等分擔(dān)率達(dá)到91%[5]。為實(shí)現(xiàn)汽車保有量的合理、有序增長，有效緩解交通擁堵狀況，降低能源消耗和減少環(huán)境污染，從1994年開始，上海市為控制新增機(jī)動車總量、緩解交通擁堵，開始對私車牌照進(jìn)行市場化配置；2000年，上海市人大制定了《上海市機(jī)動車管理?xiàng)l例》，對所有19座以下生活用車實(shí)行無底價拍賣，這一制度沿用至今。2011年1月1日起，北京市通過搖號對小客車實(shí)施數(shù)量調(diào)控和配額管理。另外，各國在機(jī)動車的稅費(fèi)政策上也高度重視對機(jī)動車污染的控制，各階段稅費(fèi)設(shè)計均考慮節(jié)能環(huán)保因素。如在購置階段，通過對低能耗汽車的稅收減免和返還，以及對高排放汽車征收環(huán)保稅的方式，鼓勵購買低排