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霧霾產生的主要原因是煤炭的大量使用嗎?

2015-03-31科學

應該說霧霾中汙染物的最大來源是煤炭的大量燃燒,把霧霾的形成看成一個「化學反應」的話,則「反應物」的最大來源是煤炭燃燒,其次是機動車輛,而氣候和地形條件等則是「反應條件」(至於反應物濃度和反應條件哪個對反應結果影響更大,則要具體情況具體分析)。

PM2.5是霧霾中最重要汙染物,這裏首先要區分一下,霧霾時PM2.5的來源不等同於常年PM2.5的來源。

PM2.5包括 一次顆粒物 ,主要來自工業 煙粉塵 、機動車尾氣、揚塵等,農村地區的稭稈燃燒也是短期的一次性顆粒物來源,和 二次顆粒物 ,即透過大氣化學過程轉化形成的 硫酸鹽、硝酸鹽 、有機碳等。

常年來說,PM2.5中二次性汙染物約占40~50%,而霧霾時則有所不同,一般此時為「靜穩」天氣,風小擴散能力較差,揚塵之類的一次顆粒物貢獻會相對小很多, 硫酸鹽和硝酸鹽等吸濕性組分 (二次顆粒物)是霧霾的主要誘因,而二次顆粒物的前體則是從汙染源排放的 二氧化硫、氮氧化物 、揮發性有機物等。

接下來看煤炭燃燒的貢獻,



根據2012年的統計數據,煤炭直接燃燒造成的二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵排放量分別占全國排放總量的 79%、57%和 44% ;煤炭相關重點行業的二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵排放量分別占全國排放總量的 15%、 13%和 23%。所有和煤炭使用過程相關的二氧化硫、氮氧化物和煙粉塵排放量分別占全國排放總量的 93%、70%和 67% 。這裏煤炭直接燃燒的大氣汙染物排放指透過電站鍋爐 (主要是電力、熱力的生產和供應業)、燃煤工業鍋爐(工業行業中煤炭利用的主要形式)和民用燃煤裝置產生的大氣汙染物排放量,煤炭相關重點行業的大氣汙染物排放主要指焦炭、鋼鐵、水泥、有色金屬等生產中,透過焦爐、各種窯爐等裝置產生的大氣汙染物排放量,以及相關工藝過程中雖然不直接消耗煤炭,但是與生產密切相關的粉塵排放量。

當然個人認為把煤炭相關行業的貢獻算到歸罪於煤炭燃燒有點牽強,但去掉這一部份,煤炭燃燒仍然是 最大的二次顆粒物的來源以及重要的一次顆粒物排放源 。細分行業的話,汙染最重的是電熱行業,說直接一點就是 火力發電


當然這是全國的整體數據,燃煤為主,而大城市則一般是燃煤和機動車輛都非常重要。


那麽因此控制霧霾的措施就是要減少煤炭燃燒麽? 長期來說可能是的,短期內最有效的措施則是加大脫硫脫硝除塵的力度 ,也就是說在煤的使用總量短期內很難降低的情況下, 降低其排放強度是最有效的

以最大排放源火電廠為例,


1980年火電廠煙塵和二氧化硫的排放強度是16.5g/kWh和10.1g/kWh,2013年獨立火電廠的排放強度已經分別下降到0.5g/kWh和 1.63g/kWh ,氮氧化物則是 2.2g/kWh (自備火電廠的數據沒有),這個數據當然不那麽可靠,畢竟是檢查時的數據,但是自己比自己,排放強度的大幅下降則是無疑的。

再來看日本的數據,


2012年火電廠的二氧化硫和氮氧化物的平均排放強度都是 0.2 g/kWh 可見排放強度的下降空間是非常大的 ,尤其是自備火電廠,而使用總量的下降空間個人認為不是很大(30年內能降一半?)。而且說實話,如果能降到日本這樣的排放強度,用煤還是用天然氣又有多大區別呢(新投入的如Isogo燃煤電廠,已經可低至0.01和0.05g/kWh,與燒天然氣的排放強度相當)?

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日本的減排措施,以Tohoko EPCO火電廠的變遷為例,主要透過安裝煙氣脫硫裝置、天然氣代替石油以及提高能源使用效率等措施來降低排放強度,其中石油、煤和天然氣火電廠的發電量比例由1973年的73%:5%:2%變為2008年的12%:25%:28%。