科普知識

直擊汽車尾氣排放實驗現場:遠比霧霾空氣臟

2017/01/06

    "有人說汽油車排放能凈化空氣,對霧霾形成影響不大。甚至有人認為,汽車尾氣比霧霾空氣還干凈。這些說法都是不正確的,有誤導性。"5日上午,北京理工大學汽車動力性及排放測試國家專業實驗室主任葛蘊珊對第一財經記者說。

    近日,網上流傳一段視頻,用便攜儀器在霧霾中實測汽油車排放情況,結果顯示汽油車尾氣中PM2.5濃度低于空氣,因而得出結論:汽油車排放能凈化空氣,對霧霾形成影響不大。

    葛蘊珊對第一財經記者表示,視頻中的測試結果有一定合理成分,但測試過程和結果分析等方面還不盡科學,需要全面、科學、客觀地看待汽油車污染問題。

實測數據證實:汽車尾氣更臟

    5日一早,第一財經記者趕到北京理工大學校園內的汽車動力性及排放測試國家專業實驗室。該實驗室主要從事內燃機與移動污染源排放控制的教學與科研。

    進入實驗室大門,記者看到,一輛白色的北京現代1.8排量的轎車已經停放在測試線上,技術人員們也已經做好了測試準備。

技術人員通過恒溫恒濕稱重箱對濾紙進行稱重。攝影/章軻

 

技術人員通過恒溫恒濕稱重箱對濾紙進行稱重。攝影/章軻

 

    “我手上的濾紙在旁邊的恒溫恒濕稱重箱里已經稱過重。尾氣經過濾紙時,細顆粒物會吸附在上面,經過稱重計算就能得出尾氣中細顆粒物的含量。”葛蘊珊說。

    在實驗室,技術人員給記者展示了目前市場上常用的4種便攜式空氣質量檢測儀。“這些檢測儀器的原理都一樣,多采用光學原理,尾氣中細顆粒物的含量是算出來的。”葛蘊珊說,這些檢測儀器所測量的PM2.5不是通常的固體顆粒,而是液態和固態顆粒物的總量,測量精度差,且受溫度影響較大。

    在網傳的視頻中,測試者在道路上將檢測儀的進氣口直接插進汽車排氣管,汽車發動后,尾氣直接沖入檢測儀。測試的結果顯示尾氣中的PM2.5、PM10含量比空氣中的PM2.5、PM10含量都要低。

    “這并不意味著這些儀器有問題。也可以說,這些儀器是嚴謹的,但使用儀器的方法不嚴謹,超出了使用范圍。”該實驗室技術人員王欣博士說。

濾紙顯示尾氣污染程度。右面的濾紙已經徹底變黑。攝影/章軻

 

葛蘊珊向記者展示測試濾紙。攝影/章軻

 

    葛蘊珊給記者找出了視頻中同款空氣質量檢測儀的說明書。記者看到,說明書注意事項中明確提到,“使用本產品進行測量時,請置于空氣對流緩慢區域,防止強氣流直吹干擾檢測結果。”“在本機正常工作時,請避免與酒精、香水等醇類物質和高濃度硫化氫、一氧化碳、二氧化硫、氫氣、煙霧等氣體接觸,否則將導致測量誤差,或損壞主機。”

 

網傳視頻中空氣檢測儀的使用說明書。攝影/章軻

 

網傳視頻中空氣檢測儀使用說明書的內容。攝影/章軻

 

網傳視頻中空氣檢測儀使用說明書的內容。 攝影/章軻

 

    5日上午,技術人員們給記者做了三次試驗。首先使用視頻中同款的空氣質量檢測儀對實驗室空氣質量進行了檢測,結果顯示,PM2.5、PM10分別為239微克/立方米和311微克/立方米。

王欣向記者展示目前市場上常用的4種便攜式空氣質量檢測儀。攝影/章軻

網傳視頻中的空氣檢測儀。攝影/章軻

網傳視頻中空氣檢測儀的實測數據。攝影/章軻

    第一次實驗是在冷車情況下發動汽車,然后將檢測儀靠近尾氣排放口進行檢測,檢測儀立刻“爆表”。PM2.5、PM10均為999微克/立方米,檢測器顯示的濕度也達到88%。此時實驗室一臺專業的檢測器結果顯示,尾氣中每立方米細顆粒物數量達到14萬個以上,“而目前空氣中每立方米細顆粒物數量只有7000個左右。”王欣說。

    第二次實驗是在熱車的情況下讓車輛怠速行駛,將檢測儀靠近尾氣排放口后又立刻“爆表”,顯示濕度高達97%。“檢測儀的進氣口是鋁表面,非常容易冷凝水。”再次把檢測儀伸進排氣管時,數值沒發生什么變化,“很可能水已經進入到采樣管中,把氣體阻隔了。”王欣拿著檢測儀在空中使勁甩了幾下,地上果然留下了一排水滴。實驗室專業的檢測器結果顯示,尾氣中每立方米細顆粒物數量達到40萬個。

    “第三次,我們模仿一下視頻中2500轉速的情況。其實,這也并不能真實反映車輛在路上的工況。”王欣說。檢測儀靠近尾氣排放口后同樣“爆表”,由于濕度大又自動關機。再次開機后,放到尾氣排放口,所有的數據又都逐漸歸零了。

 

技術人員將專業采樣頭插入尾氣管。攝影/章軻

 

市場上幾種空氣質量檢測儀在同一環境下顯示不同結果。攝影/章軻

     “視頻測試的汽油車尾氣污染,測試方法和測試結果都是不科學的,但測試結果具有較強的迷惑性。”葛蘊珊對記者說,PM的粒徑非常小,對測試儀器有嚴格要求,市場上絕大多數便攜式PM儀器達不到要求。

    “溫度低時,顆粒物上附著的水分以小液滴狀態存在;溫度升高時,小液滴氣化,測量結果明顯變小。”葛蘊珊說,顆粒物排放應該經稀釋降溫處理后再進行測量,用測大氣環境顆粒物的儀器直接去測高溫排放,誤差很大。在常溫空氣中的測量結果,與直接在排氣管上的測量結果不可比。

    王欣告訴記者,汽車尾氣中PM2.5通常在1000至2000微克/立方米,有的甚至更高,即便在霧霾空氣爆表的情況下,尾氣也遠比空氣臟。

汽車排放水平需全面評判

    葛蘊珊介紹,汽油車的污染排放有四個途徑:排氣管、加油、蒸發、曲軸箱。排放的主要污染物包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、碳氫化合物(HC)、細顆粒物(PM)。

    研究顯示,HC主要通過蒸發和加油過程排放,國五車輛通過排氣管的排放量僅占到總量的10%左右,而國三車輛的比例則為50%左右。“這方面正是歐洲和中國的排放標準所忽略的,因此新頒布的國六排放標準對蒸發排放和加油過程排放提出嚴格控制要求。”

    研究人員發現,汽油車冷啟動特別是冬季低溫冷啟動時的污染物排放量很高。另外,汽車在行駛過程中的輪胎磨損和道路揚塵排放,都是大氣中PM2.5的來源。網上流傳的視頻中只測試了汽油車在高低怠速空載工況下排氣管的一次顆粒物濃度,不能全面反映汽油車的污染排放情況。

    葛蘊珊對記者表示,全面評判汽車的顆粒物排放水平需要從兩個指標衡量:一個是顆粒物質量濃度,另一個是顆粒物數量(PN)。視頻中測試的是顆粒物質量濃度。汽油車排放顆粒物的動力學直徑主要在100納米(nm)以下,這些細小顆粒無法測出質量(動力學直徑300nm以上的顆粒物才能測出質量),質量濃度指標無法表征。因此,汽油車排放的一次顆粒物質量濃度很低,視頻中測試的排氣質量濃度與汽油車排放特征相吻合。

    在重污染天氣下,空氣中的細顆粒物數量大氣在105個/立方厘米以下,而汽油車排放的顆粒物數量在106個/立方厘米以上。空氣中的細顆粒物被吸入發動機后,部分有機物成分會被燃燒掉,不能燃燒的成分會被破碎成粒徑更小的顆粒物,顆粒物吸附的水分經過高溫氣化被分離出來。

    “汽油車排放的粒徑更小的顆粒物,對健康的直接危害更大。”葛蘊珊說,而且這些粒徑的細小顆粒物在空氣中經過一系列物理化學反應會吸附水分和其他污染物,長大變成大氣中的PM2.5顆粒物,加重霧霾污染。

    值得一提的是,汽油車排氣管排放的污染物主要是氣態的碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOX),這些污染物在排氣口是不能被便攜式PM儀器所測量的。研究顯示,HC和NOX在大氣環境中,會經過一系列復雜的物理化學反應,特別是在重霧霾天氣條件下,快速轉化成二次顆粒物。

    其中,氮氧化物將轉化為二次硝酸鹽顆粒物,同時催化二氧化硫生成二次硫酸鹽顆粒物。碳氫化合物則會轉化為二次有機碳顆粒物。大氣環境條件不同、轉化率和轉化速率也不盡相同,轉化率大體在25-50%之間。

    “這些二次顆粒物正是北京等地霧霾的主要成分,對人體健康危害較大。北京及許多地區的空氣污染,近年呈現了二次顆粒物為主的特征,其表現為臭氧(O3)和二氧化氮(NO2)濃度的逐漸升高。”葛蘊珊說。

科學測試結果:尾氣污染危害巨大

    5日上午,中國環境科學研究院大氣環境研究所研究員胡京南告訴記者,環科院的科研人員曾在實驗室利用濾膜稱重法,對7輛國四-國五階段的輕型汽油車進行了尾氣顆粒物排放的采樣分析。

    結果顯示,在標準規范的全球統一輕型車駕駛工況(WLTC工況)下,這些車的顆粒物排放因子在0.3-4.5毫克/公里之間。對不同技術的車輛,顆粒物排放具有顯著差異:多點電噴車的尾氣顆粒物排放因子在0.3-2毫克/公里之間,相當于尾氣中顆粒物的質量濃度在0.4-2.5毫克/立方米之間;而直噴車的尾氣顆粒物排放比進氣道噴射車高好幾倍,排放因子在2-4.5毫克/公里之間,相當于尾氣中顆粒物的質量濃度在2.5-6毫克/立方米之間。

    胡京南說,相對顆粒物而言,不同技術的輕型汽油車氣態污染物(NOx、THC和CO)排放無明顯差異。輕型汽油車氮氧化物NOx排放因子在0.02-0.045克/公里之間,相當于尾氣中NOx的質量濃度在25-55毫克/立方米之間;總碳氫化合物(THC)排放因子在0.02-0.07克/公里之間,相當于尾氣中THC的質量濃度在25-86毫克/立方米之間;一氧化碳(CO)排放因子在0.3-1.1克/公里之間,相當于尾氣中CO的質量濃度在369-1353毫克/立方米之間。

    “車輛行駛工況對汽油車尾氣顆粒物排放有很大影響。”胡京南介紹,通過在實驗室稀釋通道(稀釋倍數在10-20倍之間)中的在線測量,車輛加速時,黑碳(BC是汽車尾氣顆粒物的重要組分,直噴車排放的顆粒物中黑碳含量約為30-40%,多點電噴車黑碳含量一般在10%以下)排放的質量濃度往往比怠速時顯著升高,特別是直噴車。怠速狀態下國四直噴汽油車尾氣排放的黑碳濃度明顯低于加速和高速行駛工況下的排放。

 

 


一輛國四直噴汽油車的黑碳(BC)排放與車速的關系


 

    胡京南認為,機動車尾氣排放不能只看尾氣直接排放的顆粒物(一次顆粒物),NOx和揮發性有機物VOCs排放同樣對顆粒物有貢獻,這些氣態污染物會在大氣環境中反應生成PM2.5,也就是常說的二次顆粒物,是重污染期間PM2.5的重要來源。胡京南以北京市為例介紹,根據大氣PM2.5來源解析的結果,汽油車排放的NOx和VOCs轉化生成的二次顆粒物,大約能占到PM2.5的5%-10%左右。

    “機動車尾氣污染危害巨大。機動車已成為許多大城市的首要污染源,是造成霧霾污染的重要原因。”葛蘊珊說,如果汽車尾氣真的比霧霾空氣還干凈,那么交通干線附近的空氣質量更好才對,但實際情況并非如此。

    研究表明,距離交通線越近,空氣污染越嚴重,距離越遠,空氣質量越好。“如果汽車尾氣真能比空氣還干凈,國內怎還會經常發生人在密閉車內被尾氣活活毒死的悲劇?”

    葛蘊珊對記者表示,從機動車環境管理角度看,機動車污染防治的確應該優先控制排放大、污染重的車輛,包括柴油貨車、公交、市政、環衛和物流等車輛,以及出租等行駛里程長的老舊汽油車。

    “另外,視頻也提出一個值得思考的問題:能否制造出排放更清潔的汽車,在霧霾天去凈化空氣?”葛蘊珊說,這是汽車工業界的一個夢,也是許多環保工作者和眾多車主們的期盼。“一些國際先進企業的確在努力研發排放更加清潔的汽車,雖有個別企業宣稱已經能夠制造出排放比空氣還干凈的汽車,但目前世界汽車工業的總體水平還遠未達到如此水平。”

 

 

(來源:第一財經網)

 

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