多环芳烃：被长期忽略的雾霾源，每年释放5亿多吨

全国约1/7的天空被雾霾笼罩，面积达142万平方公里……始于16日的这场霾来得有点粗暴，直接覆盖了整个华北平原。自北京16日20时率先启动红色预警后，截至目前，6省市联合抗霾、40个城市发布重污染天气预警、23个城市启动红色预警、17个城市发布橙色预警。

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然而，霾的数值并没有降低，反而进一步加剧。19日，石家庄市区内“世纪公园”监测点PM2.5和PM10一度双双突破1000微克/立方米。范围也在进一步扩大，京津冀、山西、陕西、河南等11个省市接连“沦陷”。

当绝大多数人都将硫化物、氮氧化物、汞等视为雾霾元凶时，却忽略了霾中的另一个主要成分：多环芳烃。“霾的元凶很清楚，多环芳烃和再生的PM2.5，而且是客观存在的，必须分析它的源头，才能彻底消除雾霾。”在化工系统工作了63年的国家化工行业生产力促进中心总工程师、化学工业部技术委员会原常委方德巍在接受第一财经记者采访时表示。

众所周知，燃煤是造成霾污染的主要源头之一，也是硫化物、氮氧化物、汞，乃至被忽略的多环芳烃最主要的生成途径。接受第一财经记者采访的专家认为，既然无法改变以煤炭为主的能源供给方式，就必须探究如何更加清洁地利用它，这才是从源头上治霾的重要方式之一。

难降解的“原始霾”

“煤炭挥发分而产生的多环芳烃是PM2.5的原始结构，也是PM量里最广的源头，且它是一个不容易降解的物质，半衰期也很长，达几十年。”方德巍表示，“1952年的‘伦敦雾’效应就已经证实，多环芳烃是PM2.5的原始结构。”

方德巍告诉本报记者，雾霾元凶很清楚，是客观存在的。首先，凡燃烧、热解、干馏生物质及煤炭或原油均可大量地产生“多环芳烃”物质，也就是原始结构的PM2.5物质，这是主要源头之一;其次是光化学烟雾(或称气溶胶)，来源于大气中相关物质的光化学反应而构成再生结构的PM2.5物质。

而相比人们对再生PM2.5物质的重视，多环芳烃却被忽略了。

事实上，一吨燃煤在燃烧过程中会释放300公斤的多环芳烃，但其中一半会被燃烧掉。而我国的煤炭消费主要为商品煤，按照2015年数据，消费量为36.98亿吨，这就意味着多环芳烃每年的释放量高达约5.55亿吨，进入了人类生活的环境——水体、土壤、空气。

20日凌晨，北京朝阳区常营，车辆及路人在能见度极低的雾霾中缓慢前行

此外，如果说氧化硫、氮氧化物、汞、粉尘都可以通过环保设备进行净化，但多环芳烃却无法被清除。

“我曾反复阐述，直接燃煤及生物质(无论是动、植物质)都必然产生原始结构的多环芳烃化合物。特别是直接燃煤，只要是在发电的锅炉或是一般的供热锅炉燃烧，道理是一样的，只不过电厂所排废气净化好些，表面上排入大气的PM2.5(即原始‘多环芳烃’结构物质)可能相对少了些，但按总量的平衡(物质守恒的原则)，其去处也只能是经电厂装备所吸收或吸附，这些焦油状的物质仍将进入水体，经排放就有可能被土壤吸收。这类物质沸点极低，极易在大气中散发。”方德巍表示。

风变慢助推煤污染

中国烧煤并非最近几年才开始，为何最近几年的霾越来越重?殊不知，风越来越慢了，这从侧面助长了霾的气焰。

“近些年，在北京气象台观测到风力在降低，与过去相比，低了每秒0.7米，这种降低有气象台站周围障碍物遮挡的影响，也有气候变化的影响。对于霾来说，风来，霾散，但是现在风速低，污染不变或增大，都会让霾加重。”全球变化与地球系统科学研究院副院长王开存对第一财经记者表示。
作为激发和终止污染过程的重要因素，大气条件对污染过程的影响已促使众多的专家展开研究。

王开存指导的博士论文《大气扩散条件对空气质量的影响》称，从京津冀地区19个气象站1981~2015年的能见度数据中发现，能见度小于5公里，且相对湿度小于90%时为雾霾天，冬季的雾霾天数和冬季能见度有很好的六个负相关因子，这六个因子能很好地预测能见度的年际变化，该因子的高值对应着亚欧大陆对流层中层的逆温，弱的西伯利亚高压会进而导致水平风速减少、相对湿度增加，这些都不利于污染物的扩散。

“高浓度的污染物排放是空气污染的内部原因，而不利的大气水平和垂直扩散条件则是决定污染过程是否爆发和持续时间长短的外部条件。冷高压控制下比较利于污染物的扩散，但是大气环流是一个复杂的过程，气象一定要有温度梯度的差异及浓度的梯度才会发生改变。”中国环境科学研究院的一位研究人员对第一财经记者表示。

近年来，雾霾频发除受到污染物排放增加的影响，同样受到大尺度环流系统的影响，东亚冬季风减弱、近地北风减弱、对流层低层逆温异常和相对湿度增加等环流特征都有利于雾霾的集聚。

上述论文中还指出，1976~2007年，北京近地面风速由每秒3.7米降低到了每秒3米，冷空气爆发(日间温差4摄氏度)的次数由年均7次减少为5次，而相对湿度和静风频率(小于每秒2米)都有所增加，这些都表明东亚冬季风的减弱。而在全球气候变化的背景下，极地地区增温比低纬度明显，这大大降低了纬向温差，进而降低了西伯利亚冷空气对华北地区的输送，同时减弱了径向风速，近期的大气环流特征加剧了雾霾天气的发生。

一个不可否认的事实是，全球在变暖，北方的冬天不再像过去那样冷，同时由于极地地区变暖更强，中纬度与极低地区之间的温度梯度减小，这些因素会影响西伯利亚冷空气爆发的强度和频率以及近地面风速的大小，可能对霾是否集聚产生重要影响。

根治煤污染可能要20年

无论是燃煤所带来的硫化物、氮氧化物、汞，还是粉尘及多环芳烃，都是霾的元凶。在无法改变以煤炭为主的能源供给方式时，如何真正能够清洁地利用它，才是从源头上治理霾的一个方式。

方德巍告诉第一财经记者：“我们承认现行任何化石能源的利用方式都对环境有负面影响，但也要承认其可依据各自不同特点，最终实现高效清洁的利用。”
“以燃煤发电为例，煤炭经锅炉完全燃烧，再蒸汽发电，其能效仅为33%~41%(包括超超临界机组在内)。煤炭既是能源又是物质资源，其客观存在的物质结构包括多环芳烃化合物，因此在燃烧及热加工(焦化、干馏、热解)过程中，必然会产生对环境不友好的污染物质。中国需要通过体系创新和技术路线创新，走以‘能化共轨’技术为龙头的‘甲醇经济’战略创新路线，最终实现煤炭的清洁高效利用。”方德巍表示。

“能化共轨”既创新性地将煤炭资源利用与化工过程相结合，又集聚了热、电、化等多元能量的综合高效梯级利用，并创造性实现了物质转化与相关产业的循环、耦合，最终可将煤炭的资源利用率分别从发电的33%~41%与化工的53%，提高到大于80%的综合利用率水平。同时现有技术路线体系下煤炭利用排放的污染物N0x、S0x、Hg、PM2.5等已基本不复存在，而二氧化碳可通过“甲醇化”过程，实现“分子经济”共轨及下游配套的高效利用，最终可减排65%。换句话讲，就是从传统燃煤发电的“烟囱”中捡回碳、氢及相关产物。

这个路径，方德巍在2008年的一次高层会议进行了汇报。事实上，在上世纪八九十年代，以煤为主的碳一化工及甲醇体系的创新研发战略已经全面系统地开展，因为历史原因又被弱化。

工信部、财政部2015年已联合下发《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划》工信部联节[2015]45号文，鼓励在煤化工行业按照“能化共轨”理念，推进煤炭由单一原料向原料、燃料并重转变，加大煤炭资源加工转化深度，大力发展清洁能源、新材料等新型煤化工。

“对现有产业逐步实施系统改造，大约需20年健康发展，中国即可全面实现高效利用能源资源，从源头上彻底解决因老工业化之路带来的环境污染和生态破坏难题。”方德巍表示。