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中国雾霾的产生机理及应对策略研究

摘要:工业化过程中,由于大量使用化石能源和排放到空气中的细颗粒物导致有毒雾履。分析了2012年冬中国北京和中东部雾挂产生的原因和机理,阐述了治理雾履必须从治理能源入手的观点,并提出了中国中东部地区雾撞治理的应对策略和北京地区雾授的治理措施。
关健词:中国;雾履;产生机理。
O 引言2012年冬。雾霾肆虐中国北京和中东部地区上空,其范围之广,时间之长,污染之重,对人民健康,经济政治及社会心理影响之大,震惊了国人,震惊了世界。工业革命之都伦敦百年前的迷雾重现于北京上空,因此研究中国雾霾的产生机理及应对策略是当前最重要的问题。
1 雾霾的产生机理。
工业化过程中,由于大量使用化石能源和排放到空气中的细颗粒物导致有毒雾霾。1873年12月7—13日,一场雾霾笼罩伦敦,造成千余人死亡;1952年12月5—9日及其后两个月里。又夺走了1.2万人的生命。还有1930年比利时的马斯河谷,20世纪50年代美国的洛杉矶光化学烟雾等,都曾震惊过世界。但与中国2012伞冬的雾霾相比,统统相形见拙了。没有化石能源就没有工业文明,如过量使用,对社会机体的种种伤害也会接踵而来。
中国工业化过程中的1980、1990、2000、2010这4年。能源消费量依次是6×108 t、10×108 t、15×108 t和32×108 t标煤。确是“能源消费”过急过量了。先是煤炭产地和火电厂周边的污染;再是SO:积聚西南,形成面积1.2×106 kmz的酸雨区,跻身于世界三大酸雨区之一;再则是CO:排放量猛增,2007年占到世界总排放量1,5,居世界之首;现在又出现一种新病——工业雾霾,这种由燃煤粉尘和汽车尾气大量积聚而引发的环境病,面积已达1.4×106 km2。
气候变暖是全球性和长期的,靠《联合国气候变化框架公约的京都议定书》和世界各国的减排行动:雾霾则是区域性和短时段的,雾霾治理只能靠自己。谁也指望不上。当前最重要的莫过于能源安全隐患。60%的石油和30%的天然气靠进口,四面买油气,四面有楚歌。据统计,平均每天有多于7×105t石油要进到中国,而美国军舰在马六甲、印度军舰在印度洋、菲越在南海闹事、钓鱼岛形势吃紧,好不容易在缅甸建了一条陆上油气管道,奥巴马、麻生太郎立即访缅,这些都是与中国进口油气有关的。
中国雾霾是近几年全国煤炭消费和汽车增量井喷式发展的直接结果。根据《BP世界能源统计》
201l报告,2005年和2010年全国煤炭消费量分别是2.35×109 t和3.24×l 09t,即每年新增1.8×108 t。2010年中国煤炭消费量已占到全球消费总量的48.3%,即世界一半的煤炭是在中国烧掉的,当然,全球一半的燃煤粉尘也留在了中国,特别是经济发达的中东部地区。再看汽车,2005年和2011年全国汽车生产量分别是570万辆和1 827万辆,即每年增加200万辆:民用汽车拥有量分别是3 160万辆和9 356万辆,即每年增加1 032万辆,主要集中在城市。
中国有一种“富煤情结”,一缺电就想挖煤。以年新增1.8x10s t的速度“竭泽而煤”,煤再多也禁不起这样速度的挖采。按1950年中国煤炭的储量和开采量之比,可供开采3816年,可谓万世无忧;到2000年只够开采88年。2007年就只够开采45年了。中国人应当像扬弃“地大物博”一样地扬弃“中国富煤”的过时概念,否则贻害无穷。
燃煤是温室气体排放首犯。导致工业雾霾的元凶。如果近视采煤对当地生态环境之破坏更是触目惊心。煤是用水换来的。中国的14大煤炭基地和“十二五”的13个煤电基地,除云南、贵州外,全部集中在极端缺水的西北以及北方冀鲁豫地区。“十二五”期末的2015年…,煤电基地需用水9.975×109 m3,即3倍于宁夏自治区全区1年的引黄灌溉水量。“竭泽而煤”的同时。也带来了灌溉农田减少、草场退化沙化、沙尘暴加剧、黄河断流等生态灾难。用煤不减。环保无望。“煤概念”不改,祸国殃民:“竭泽而煤”的结果是,用光子孙煤炭,传下肮脏中国。
2雾霾的治理。
通过煤的清洁燃烧与除尘、提高汽车燃料品质和效率等措施可以减少排放物,是必要的,但是根本性治理在于改善能源消费结构。
先行工业化国家早期也是煤炭独大,20世纪开始大力发展石油与天然气发电、水电与核电,使煤炭在一次能源消费中降到了30%以下。随着20世纪70年代的世界石油危机,20世纪90年代的应对全球气候变暖,以及化石能源资源的渐趋枯竭,凭借可再生和清洁两大优势的可再生能源于20世纪后期兴起了,逐渐担起替代化石能源和世界能源转型大任。这已是世界大势了。
除传统的水能外,新兴的可再生能源中,一马当先的是生物质能。生物质能源的原料主要是作物秸秆、畜禽粪便、林业剩余物、加工业的有机废水废渣、城市的污水污泥,以及利用边际性土地种植的能源植物等所有的有机物质。能源产品有固态的直燃发电和成型燃料,液态的乙醇和生物柴油,气态的沼气和裂解气等。另外,它是唯一能大规模替代车用化石燃料的可再生清洁能源,非核能、水能、风能等所可比拟。
2005年美国能源部提交国会的一份报告显示:生物质已经开始对美国的能源做出贡献,2003年提供了1.0×10s t标煤能量,占美国能源消费总量的3%。超过水电而成为可再生能源的最大来源。2003年,瑞典生物质能的T.业用途达1.23×1011kWh,分别是天然气和煤炭的12.3倍和4.5倍:生物质供热发电1.03×lO¨kWh,占全国供热能源消费总量的71.6%。生物质能已是当今排在煤炭、石油和天然气之后的全球第四大能源。
美欧新一代车用燃料主要不是电力而是生物燃料。到2020年,美国车用燃料中生物燃料将占20%,欧盟占10%。车用生物燃料的一个重要效应是尾气排放远低于柴油和汽油,瑞典以乙醇和沼气提纯的生物天然气作为车用燃料,可减排90%的尾气颗粒物和C0:。2叭0,年斯德哥尔摩城区公交车全部使用生物乙醇和沼气提纯的生物天然气,减排了1 1.45 t颗粒物、114.5 tN0。和4.58×104 t C02,该市空气质量可经常保持在PM2.5颗粒在10斗g/m,左右水平。
风能和太阳能是近几年兴起的,但一定要在具备风力发电场、日辐射度等资源条件的地方才能发展,产品主要是电力,是替代煤电的一种可再生清洁能源。
21世纪是化石能源逐渐向可再生清洁能源转型的世纪。
3 中国中东部地区雾霾治理的应对策略。
中东部约1.4×106 kmz的雾霾区,正是我国经济快速发展、煤炭与汽车消费增速最大的地区。
美国煤炭储量世界第一,国土面积与中国相仿,年消费煤炭1.1×10,t,而面积仅为1/50的京津冀鲁豫地区的年煤炭消费量是1.0×10,t,加以有燕山和太行山环绕阻隔,怎能不产生雾霾。
本地区除压减高煤耗企业和提高能效外。还存在以下情况:1)不可能以石油和天然气大规模替代煤炭;2)地区水电资源开发殆尽;3)因地处政治经济中心和人口密集而核电发展受限;4)除海上风电外,陆上风电与太阳能发电潜力极小。这里每年6月自南而北露地焚烧掉的小麦秸秆和秋天焚烧掉的玉米秸秆就有多于1.O×10s t,既是资源浪费,又造成夏秋两季雾霾。如能转化为生物质能源。可相当于2个三峡电站每年所发的电力。建议制订一个以作物秸秆和林业剩余物为原料的生物质发电(热电联产)与成型燃料供热的“减霾压煤”计划。
我国生物质发电技术成熟,装机容量已达5.5×107l(W,多在此地区,可顺势加大其推进力度,减少煤电。此外,这里的数十万个中小燃煤供热锅炉。是难以清洁燃烧的排放散户大户,城市雾霾颗粒的主要贡献者,生物质成型燃料是最佳替代能源形式。吉林辉南宏日新能源公司自吉林到山东已实现了高于1.0x106 m2供热面积,全国成型燃料年产约3.0×106t。
又如利用环渤海地区约200万亩盐碱地种植甜高粱等能源植物,可具年产6.0×105 t乙醇和1.0×108 m3车用生物天然气的潜力。具有国际领先水平的清华大学的甜高梁连续固体发酵生产乙醇技术(ASSF技术)将会有效推动我国非粮乙醇燃料发展。
此外,本地区还有大量养殖业、加工业和城市的有机废弃物可用于转化生物质能源。
4北京地区雾霾的治理措施。
雾霾对北京人和住在北京的外国人的心理伤害太大。有人说这个吞噬人们健康与心灵的恶魔20年也驱走不了:有人想逃离首都,影响很大。
根据中国科学院关于京津冀雾霾天气产生过程的最新研究。2013年1月北京地区的雾霾形成中,机动车是城市PM2.5颗粒的最大来源,约为1/4;其次是燃煤和外来输送,各占l/5。
为降低PM2.5,北京已经启动“压煤”“换车”“降尘”计划。因占首都之利。将部分用煤大户外迁到天津等周边地区,并以“特供”的天然气替代煤炭发电与锅炉供热。将煤炭消费量压减到2012年的2.635×107 t,进而压减到2015年的1.5×107 t。但是,天津的煤炭消费量是7.0×107 t,河北3.O×108 t、河南2.0×108t、山东4.O×10s t.北京与其周边地区能有雾霾“隔火墙”而独善其身吗?因此还需如上所述。周边地区的燃煤排放量也要降下来。
换电动车可行吗?当前中国80%以上的电力是煤电,两份煤能量才能换一份电能量,C0:与粉尘的排放当然也是双倍的,仍会以雾霾等形式部分回流到城里。岂非是“掩耳盗铃”和“自欺欺人”之举吗?除非是用清洁燃料发电。何妨制订一个计划,用5年左右时间,让北京一半以上的汽车,首先是公交车,换用乙醇和生物天然气,必见大效。这在瑞典首都斯德哥尔摩、瑞士首都伯尔尼,巴西最大城市和工业中心圣保罗已是屡试不爽了,北京何妨一试。
北京德清源和山东民和与两大养鸡场以鸡粪为原料生产沼气和发电上网供电已有5年。德清源的大型养殖场沼气发电技术去年转让美国。项目金额17亿美元。如将用于发电的沼气净化压缩为甲烷含量在95%以上的生物燃气即可作为车用,广西南宁市数百辆出租车近两年用的就是这种燃料,很受欢迎。
车用生物天然气的资源和技术潜力很大。
燃料乙醇可以抓紧在环渤海及其他边际性土地建设“绿色油田”,近期不妨先从巴西进口乙醇救急,反正石油也是进口的。
北京在不长时间实现汽车燃料转型并不难,关键在于观念与决策。可以通过座谈会、听证会等形式集思广益。
“九五”期间就提出了不能以牺牲生态环境换取经济发展的高速度,要改善能源消费结构。十多年过去了,以煤为主的能源消费结构没有改善,煤炭消费量与油气进口量反而成倍激增。2008年出台了以生物质能源为主导的《可再生能源发展规划》,可惜刚一出台就自上而下地刮起一阵发展风能和太阳能的旋风。发展风能太阳能本是好事,可惜采取了拔苗助长,盲目冒进政策,仅两三年就全线崩溃。损失数千亿元之钜。
中国是个生物质资源的大国富国,年可开采量1.171×109 t标煤。是水能的2倍和风能的3.5倍【2],且生物质原料富集区紧接产品市场,集中于我国经济发达的中东部与南方,不存在长途输送与调峰问题。且生物质能源技术成熟,可与农业现代化、绿色城市化、生态环保建设和发展循环经济,减少油气对外依存度等协同推进,其综合和长远效益之巨可想而知。
生物质能源在许多国家发展得很好,唯独在急切需要和既不缺资源,又不缺技术的中国却不受待见,存在诸多误解与偏见。
(1)怕影响粮食安全。中国有那么丰富和多样的农林牧业,加工业和城市的有机废弃物资源,为什么非要扯到粮食上去呢?这不是用一个本不存在的事实去吓唬自己,扼杀一件于国于民有利的好事吗?何以对不顾生态灾难的,在西北“竭泽而煤”的“十二五”煤电计划能轻易获得批准。而发展生物质能源就这般困难。
(2)生物质原料分散不好收集。难道摆在地面上的东西会比埋在几百几千米以下的东西更难收集吗?
(3)作物秸秆不收集不值钱,一收集就涨价,这本是按市场规律和做好市场管理的事,农民也该拿到他们应得的一份利益。
(4)和农民不好打交道,难道比在苏丹开发油气田、在缅甸铺设油气管道、与俄罗斯讨价还价更困难吗?
5 结语。
生物质能源“十一五”计划的多项指标完成的还不够理想。为此,作者曾提出过不少意见和建议,如“实行国家能源独立自主战略,加大改善能源结构力度”“将发展以生物质能源为主体的可再生能源作为国家重要能源战略”“用20年时间建设我国本土的绿色煤田、绿色油田和绿色气田”“发展生物质能源的战略重点是油和气”“液体生物燃料近期以发展1.5代燃料乙醇为主”等。希望新一届政府先“微改革”
一下,在技术性较强和意见有争议问题的决策上建立一个听取意见的机制。如能以生物质能源为试点,也是一种不错的选择。
参考文献。
[1]中国电力企业联合会。电力工业“十二五”规划滚动研究报告[R].北京:中国电力企业联合会,2012.
[2] 中国工业学院。中国工程院咨询报告2007[R].北京:中国工业学院。2007.

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