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，我國空氣質(zhì)量持續(xù)改善，但仍面臨PM2.5和O3復合型污染的嚴峻問題，特別是京津冀及周邊地區(qū)（“2+26”城市），空氣污染問題尤為突出。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，亟需以實現(xiàn)我國空氣質(zhì)量達標、獲得最大健康和生態(tài)環(huán)境效益為目標，開展相關研究，探索優(yōu)化NOx和VOC協(xié)同減排策略。這同時還能為中國其他地區(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估系統(tǒng)，包含

2、中國多尺度排放清單模型（MEIC）、全球揮發(fā)性有機物估算模型（MEGAN）、WRF-CMAQ模型，結合多項式函數(shù)的排放-濃度響應模型（pf-RSM）、最低成本優(yōu)化模型和效益評估模型，建立“2+26”城市污染物前體物排放與濃度響應關系，并以該地區(qū)PM2.5和O3濃度在2035年達標為前提，計算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。研究結論01NOx深度減排是實現(xiàn)"2+26"城市PM2.5和O3達標的關鍵為實現(xiàn)“2+26”城市PM2.5和O3濃度在2035年達標：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，為實現(xiàn)2035年空氣質(zhì)量達標，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深度減排對于PM2.5和O3達標十分重要。但在實際減排過程中，受可行性、經(jīng)濟性、地方適應性及落實可能性等因素影響，大比例減排NOx需要極長時間。因此，為實現(xiàn)空氣質(zhì)量全面達標，未來需考

4、慮NOx和VOC協(xié)同減排策略。圖1. 2035年“2+26”城市PM2.5和O3達標時，NOx和VOC的減排需求及對應成本02實施快速的NOx和VOC減排可帶來較大公眾健康和生態(tài)環(huán)境效益研究發(fā)現(xiàn)，2035年PM2.5和O3濃度達標可通過分別削減75%和50%的NOx和VOC排放實現(xiàn)。并且實施積極快速的NOx和VOC協(xié)同控制措施可帶來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（較2017年），“2+26”城市若在5年內(nèi)完成該VOC減排目標，將實現(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，帶來價值約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，帶來的健康效益價值約310億人民幣；避免24342千噸小麥（價值615億元人民幣）、4349千噸玉米（價值73億元人民幣）和291千噸大米（價值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效益。(a) VOC不同減排路徑；（b, c）較18年內(nèi)完成減排目標，VOC在5年、10年、15年內(nèi)完成減排時PM2.5和O3濃度變化；（d）5年內(nèi)

6、到18年內(nèi)完成VOC減排帶來的效益03冬季需加強VOC和NOx協(xié)同減排，夏季需更注重NOx減排中國北方地區(qū)PM2.5污染問題全年均較為突出；O3污染具有季節(jié)性特征，夏季超標天數(shù)多。因此，需根據(jù)不同季節(jié)污染情況科學制定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，可同時控制O3和PM2.5污染。若僅減排NOx，排放量較同期減少50%時，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，O3和PM2.5濃度僅降低26%和8%；若NOx排放量接近零時，O3和PM2.5濃度可降低51%和31%。因此，減排NOx對同時控制PM2.5和O3污染更為有效。經(jīng)過對“2+26”城市情況的進一步分析，得到與北京市類似結論：為同時控制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?。Ｖ档米⒁獾氖?，短期注重VOC減排和長期注重NOx減排對協(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)。本研究計算了2017年“2+26”城市峰值比例（Peak Ratio，簡稱PR，是指在VOC排放基線下，污染物處于峰值濃度時的NOx減排比例），結果顯示（圖3）：1）11-2月，污染防治工作以控制PM2.5污染為主。當NOx排放較同期減少超過36-53%時，VOC的減排對控制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，為實現(xiàn)“2+26”城市空氣質(zhì)量全面達標，可采取“深度減排NOx，同時積極減排VOC