劉科：霧霾的兩大元兇和治理

最近，霧霾成為最熱門話題之一。無論民眾，相關(guān)行業(yè)及政府都對此表示出無奈，甚至抱怨。但抱怨無用，當務(wù)之急，要搞清霧霾形成的主要原因，再談如何治理。

霧霾分為“一次顆粒”和“二次顆?！薄；剂先绮裼腿紵龝r尾氣中直接排放的顆粒是“一次顆粒（Primary Particulates）”，占霧霾總量的24%左右。對霧霾貢獻最大的是“二次顆粒(Secondary Particulates)”占到其總量的約50%左右?！岸晤w?！笔腔剂先紵矚庵械臍鈶B(tài)污染物（如NO_x、SO_x）和揮發(fā)性有機物（VOC）進入大氣后，在一定的水霧狀態(tài)下與空氣中的氨及VOC等物質(zhì)發(fā)生氣溶膠反應(yīng)形成的顆粒。因此，要去除霧霾，就要減低NO_x、SO_x及VOC這些污染物的排放。

我國2010年耗約4.7億噸石油到2014年耗約5.7億噸原油，而2014年煤耗量約36億-38億噸。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)短期無法改變，因此，治理燃煤污染就成為當下的首要問題。大電廠按規(guī)定都需安裝脫硫、脫硝和脫粉塵設(shè)備，脫除率達到90%以上。集中燃煤，尾氣中的污染物可以控制到和天然氣燃燒相近甚至更低。世界平均煤炭集中利用度是60%左右，歐美日等能達到90%以上，但我國煤炭集中利用度不到50%。

我國有近70萬臺中小鍋爐散燒了幾億噸煤，準確數(shù)字，統(tǒng)計數(shù)據(jù)有出入，但估計約6億噸散燒煤左右；在每一臺中小鍋爐后面安裝脫硫脫硝裝置成本太高，沒有國家或個人會這樣做。散燒一噸煤的污染是大型鍋爐超凈減排后的10-20倍左右；因此，散燒6億噸煤的排放相當于約60億-120億噸集中燃燒產(chǎn)生的污染。由于中國人口基數(shù)大，用中國人均能耗和排放遠低于歐美的計算方法，無法解釋霧霾污染問題，但環(huán)境容量由每平方公里的排放量（或能源密度）決定，和人均排放量無關(guān)（1平方公里上可能住10人也可能住1萬人）；空氣是流動的，因此霧霾問題只關(guān)注局部城市數(shù)據(jù)也意義不大。

從宏觀來看，整個歐洲的總面積與中國差不多，但中國人口大多集中在東部約200萬平方公里的區(qū)域內(nèi)，而歐洲人口則分布在約400萬平方公里的土地上。相比中國的36億噸用煤量，歐洲的燃煤總量只有約5.8億噸，而且絕大部分用于有污染物排放控制的大電廠，而中國不僅耗煤總量遠大于歐洲，而且不少煤是散燒，因此，中國每平方公里的排放量遠大于歐洲。這就解釋了為什么雙方都有大量汽車，而中國有霧霾，歐洲少有的主要原因。

劉科認為，散煤燃燒是霧霾的第一元兇。人們自然要問，既然如此，為何不把散煤燃燒全改為天然氣？這一方向是對的，但中國的天然氣總量是不夠的。近期中國天然氣降價，很多人認為中國天然氣過剩。這是誤解。中國的天然氣不是太多而是太貴（是美國價格的2倍以上）。

從環(huán)境保護和治理霧霾的角度，非常有限的天然氣，首先應(yīng)用去改造中小鍋爐，而不是讓大電廠煤改氣。但即使把中國的天然氣全部用于中小鍋爐改造，我們的天然氣也不夠。我們又不可能在每臺中小燒煤鍋爐后安裝脫硫，脫硝和脫粉塵裝置。因此，在可見的未來，一個現(xiàn)實可行的辦法就是作者這幾年呼吁的煤的分級煉制技術(shù)，發(fā)展“煉煤”工業(yè)，把煤搞干凈后再供中小鍋爐里燒；在“煉煤”的同時副產(chǎn)高價值的更潔凈的油氣燃料；同時，還要嚴格規(guī)范中小鍋爐里燒煤的質(zhì)量和制定其他規(guī)范去控制中小鍋爐引起的污染。

大電廠只要肯花錢，可以把除過CO₂以外的其他排放降到和天然氣同等、甚至更低的排放水平，這不足為奇。近幾年，國家在大電廠的污染控制方面做了很多工作值得肯定。甚至有些公司化大錢做出了比天然氣電廠還干凈的超凈煤電廠。其實，這些超凈排放的脫硫、脫硝、脫粉塵的技術(shù)都是現(xiàn)成的，關(guān)鍵看是否值得去化這么大的代價去把追求從95%脫除到99%甚至更高。

目前的問題是一方面100%排放的中小鍋爐因中小企業(yè)和個人無實力去煤改氣，無人過問；而原來已經(jīng)安裝了脫硫90%以上的大電廠卻又投巨資去追求低于天然氣排放的超凈電廠。一方面大國企化大價錢去升級已安裝污染物控制的大電廠追求超凈排放（低于天然氣電廠排放），一方面無人投資解決能解決真正的霧霾元兇——中小鍋爐散燒煤的排放控制的“煉煤”技術(shù)；以至于國家花了不少錢在大電廠改造升級，但霧霾治理效果不明顯，因為霧霾的真正元兇是散燒煤，而不是已安裝脫硫，脫硝脫粉塵的大電廠。

綜上所述，散燒煤是“霧霾”最重要的成因之一，如何使近70萬臺中小鍋爐清潔“變身”是解決霧霾的關(guān)鍵，就此可有三個不同層面的解決方案：

第一，增加集中燃煤，熱電連產(chǎn)，同時加大環(huán)保執(zhí)法力度，保證集中燃煤裝置尾氣排放達標，通過立法和加強環(huán)保執(zhí)法，迫使中小燃煤鍋爐逐步轉(zhuǎn)型或淘汰。

第二，中國地域廣大，不大可能100%集中燃煤。對無法集中，但條件適合的地區(qū)實行“煤轉(zhuǎn)氣”。我國天然氣供應(yīng)無法滿足需求，即使2018年按照計劃與俄羅斯的天然氣供貨合同能夠順利執(zhí)行，到時從俄羅斯進口的天然氣也將只占國內(nèi)用氣量約20%。在煤和水資源比較豐富的地方用“煤制天然氣”技術(shù)將煤轉(zhuǎn)化為天然氣，同時集中脫除所有污染物，將清潔的天然氣產(chǎn)品通過管道輸送到千家萬戶，也是解決散燒煤污染的另一選項。“煤制氣”并不能適用于所有地區(qū)，但比在每臺中小鍋爐后面加裝脫硫脫硝裝置更可行。

第三，在無法集中燃煤也不適合煤制天然氣的地方，在燃燒之前進行“煉煤”，即將煤中的灰分、無機硫和雜質(zhì)通過洗煤去除，然后通過煤的熱解，脫除大部分有機硫。最終得到的液體產(chǎn)品可以進一步加氫制作成清潔柴油；其氣體產(chǎn)品（焦爐氣）可以進一步轉(zhuǎn)化成天然氣；固體產(chǎn)品已經(jīng)過脫硫，成為潔凈煤。因其燃燒時火苗與天然氣一樣是藍色的，人們也稱之為“藍炭”。上述國產(chǎn)“煉煤”技術(shù)，能夠?qū)⒚禾哭D(zhuǎn)化為清潔的氣體、液體和固體燃料，之后再去燃燒就大幅降低了污染。雖然“煉煤”會增加使用成本，但仍比在每臺中小鍋爐后面加裝排放控制裝置更經(jīng)濟有效，并且是在前兩種方案都行不通的情況下不得已而為之的選項。實際上，“煉煤”還是要比進口LNG，或用風(fēng)能、太陽能和核能便宜得多。

中國是柴油消耗大國。霧霾的第二大元兇是我國有不少柴油及柴油機未能達標。各種車輛排放的污染物大約占霧霾的25%左右（包括一次和二次顆粒）。由于使用高硫柴油，以及沒有安裝柴油發(fā)動機尾氣處理系統(tǒng)，國內(nèi)柴油發(fā)動機的污染物排放較高。中國每年消耗約2億多噸柴油，因此，柴油機減排就是散煤之后霧霾產(chǎn)生的第二要素。

降低柴油機的排放可從兩個方面著手：

一是清潔的超低硫柴油。歐洲約50%的新車為柴油車，并普遍使用了超低硫柴油（<10ppm），故其污染很低。而國內(nèi)柴油中硫含量遠高于歐美。這樣，即使車輛裝了顆粒過濾器和尾氣脫硝系統(tǒng)，尾氣中的污染物也難以得到控制。劣質(zhì)柴油還會對尾氣處理系統(tǒng)造成損壞，因此油品升級是控制柴油機污染的關(guān)鍵。目前已有技術(shù)可以用較低投資，幫助中國煉化企業(yè)生產(chǎn)出滿足國V標準的超低硫柴油產(chǎn)品，并已取得了良好的經(jīng)濟及社會效益。

除了上面提到的柴油脫硫，柴油機尾氣處理的另一個方面是脫除NO_x和顆粒物。這需要安裝顆粒過濾器和SCR脫硝系統(tǒng)。最新的脫硝催化劑，可以幫助降低燃油消耗，加之其重量輕，在減排的同時，可進一步幫助車輛減重提高整車燃油經(jīng)濟性。

歐洲近年的柴油機技術(shù)研發(fā)取得了較大的進展，有樣車已能報道每加侖柴油跑268英里。因此歐洲的高效柴油機技術(shù)值得我們關(guān)注。目前歐洲生產(chǎn)的新車里，有近一半是柴油車。但只要燒柴油，柴油機的NO_x和PM2.5排放要嚴格達標，難度較大，這也是大眾汽車為何造假的原因之一。因此，將來治理柴油污染的另外一條潛在路線是在柴油機里燒比柴油更干凈和便宜的燃料如甲醇，DMMN，二甲醚等甲醇基燃料。這方面的研究近期有些突破；在柴油機里燒上述清潔燃料，其排放遠遠低于柴油，這類技術(shù)可以先開始在礦山，油田及偏遠地區(qū)區(qū)柴油發(fā)電機上先試用，積累經(jīng)驗再慢慢轉(zhuǎn)向柴油車。

總之在發(fā)展風(fēng)能、太陽能，水能和核能的同時，我們相信以上所提供的方案是針對中國特有的資源情況，在目前更加經(jīng)濟可行并可持續(xù)的治理辦法。雖然霧霾治理有很多的方案，但是想在短期內(nèi)改變現(xiàn)狀并不容易，這首先需要知道霧霾的主要原因，然后才能抓主要矛盾；政府以強大的改革決心和毅力進行頂層設(shè)計的同時，也需要每一位公民的積極努力和配合。

只要我們在充分利用以上經(jīng)濟實用技術(shù)的同時，針對霧霾的主要成因，設(shè)計相應(yīng)的政策支持“煉煤”工業(yè)，支持中小鍋爐的煤改氣，支持一定區(qū)域的煤制氣，支持更清潔和便宜的的燃料取代部分柴油，增加現(xiàn)代高效柴油技術(shù)的研發(fā)力度；加強我國的環(huán)保立法尤其是執(zhí)法力度，提高廣大公民的環(huán)保意識，全民一心，共同努力，相信藍天和碧水必會重現(xiàn)中國大地。

（作者系澳大利亞國家工程院院士，國家千人計劃化學(xué)化工專委會主任、盤古智庫學(xué)術(shù)委員 劉科）