机动车尾气污染及其防治措施

机动车尾气污染及其防治措施机动车尾气污染及其防治措施 摘 要 分析了机动车尾气成分及其对人体健康的影响 提出了减 少机动车尾气排放 优化交通结构 推广清洁燃料 加强 i m 制度等防治措施与对策 并提出减少尾气的对策 及新能源汽 车的发展 关键词 机动车尾气 污染 防治措施 目 录 摘要 1 机动车尾气污染现状 3 1 1 机动车尾气已成为城市大气环境主要污染源 3 1 2 机动车尾气危害 4 1 2 1 机动车尾气的直接危害 4 1 2 2 机动车尾气的间接危害 4 2 我国机动车尾气高污染的成因分析 5 2 1 汽车质量不高 造成高排放 5 2 2 燃油质量不高 造成高油耗 高排放 6 2 3 道路制约和交通不畅造成高排放 6 2 4 汽车尾气控制水平低 6 2 5 管理职责不明确 6 3 尾气治理措施 7 3 1 减少尾气排放 7 3 2 优先发展公共交通系统 7 3 3 推广清洁燃料 8 3 4 严格 i m 制度 8 4 减少汽车尾气污染的对策 9 5 新能源汽车的发展 10 5 1 混合动力汽车 10 5 2 氮动力汽车 11 5 3 纯电动汽车 11 6 结束语 12 参考文献 机动车尾气污染及其防治措施 1 机动车尾气污染现状 1 1 机动车尾气已成为城市大气环境主要污染源 大气环境的污染源分为固定源和汽车源两类 汽车的污染 源主要来自于机动车的尾气排放 污染物包括 一氧化碳 co 氮氧化物 nox 碳氢化合物 hc 等 固定污染源主要来自工业 和居民生活的排气污染 由于煤炭消耗在我国一次能源总消耗 量中占有较高的比例 因此燃煤排放的污染物如 so2 co2 nox 以及颗粒物等过去一直是我国城市大气污染的主要 污染源 但是近年来随着环保技术的提高 特别是环保治理的 力度加大 固定污染源污染所占的比重正在得以控制和下降 而同时随着我国汽车保有量的快速增长 汽车源污染的严重性 正在日益增加 其对大气污染所占的比重 特别是大城市正在发 生结构性变化 我国的一些大城市如北京 其机动车尾气排放 对大气污染物的分担率已达到或超过西方国家所占的比例 汽 车尾气污染物 co nox 和 hc 已成为城市大气污染的主要污染源 1995 年 5 月成都出现了国内首次由 nox 所引起的光化学烟雾 6 月在上海又出现了光化学烟雾 1996 年北京 广州的 nox 均超 过 0 1 mg m3 1 表明这些城市潜在着发生光化学烟雾的危险 对其它大城市 nox 等污染的严重程度也在提高 2 如今我国许 多大城市已经很少看见蓝天白云 同发达国家城市环境形成了 鲜明对比 1 2 机动车尾气危害 1 2 1 机动车尾气的直接危害 机动车尾气污染不单单是数量上的巨大 相对于水污染和 其他大气污染 尾气污染对环境的破坏 对人体的危害也是更 加直接的 机动车尾气中的主要污染物为一氧化碳 碳氢化合 物 氮氧化物 硫化物 铅等 机动车尾气中的一氧化碳主要由汽缸内燃料不充分燃烧形 成 发动机汽缸本身的容积很小 在吸气冲程中吸入的空气只 有 20 是氧气 也就是说吸气冲程中吸入的空气最多只有 20 参与燃烧 所以燃料在汽缸内无法充分燃烧 便会形成大量一 氧化碳 一氧化碳是一种无色无味的剧毒气体 可以在大气中 保持两三年 是一种数量大 累积性强的毒气 它极易与血液 中的血红蛋白结合 在极低浓度时就能使人或动物遭到缺氧性 伤害 机动车尾气中的碳氢化合物 主要是汽油中的碳氢化合物 不完全燃烧产生的 在机动车尾气中含量不多 却是一种己被 世界公认的强致癌物质 碳氢化合物属挥发性有机化合物 它 容易在太阳光下产生光化学烟雾 在一定的浓度下对植物和动 物有直接毒性 对人体有致癌作用 机动车尾气中的氮氧化物是在压缩冲程的末尾阶段产生 火花塞喷出电火花 将吸气冲程中吸入的燃料和空气混合物点 燃 经过压缩的氮气和氧气 在高温和放电作用下生成多种氮 氧化物 氮氧化物会刺激人的眼 鼻 喉和肺 增加病毒感染 的发病率 诱发肺细胞癌变 机动车尾气中的硫化物主要是由燃料杂质中的硫元素在高 温下发生化学反应形成的 硫化物进入大气层后经氧化生成硫 酸 在云中形成酸雨 部分硫化物还会形成悬浮颗粒物 随人 的呼吸进入肺部 对肺部有直接的损伤作用 机动车尾气中的铅主要来自汽油本身 汽油大多数掺有防 爆剂四乙基铅或甲基铅 燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒 物质 铅微粒随呼吸或通过食物链 水产品进入人体 能伤害 人的神经系统 人体中铅含量超标可引发心血管系统疾病 并 影响肝 肾等重要器官的功能及神经系统 城市大气中的铅 60 以 上来自汽车含铅汽油的燃烧 1 2 2 机动车尾气的间接危害 尾气在危害人体健康的同时 也对人类生活的环境产生深 远影响 尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味 达到一定浓 度时容易导致酸雨 造成土壤和水源酸化 影响农作物和森林 的生长 冰川融化 厄尔尼诺现象 拉尼娜现象等都给人类的生存 带来了严峻的挑战 气候变暖己成为人类的一大祸患 而二氧 化碳就是地球变暖的罪魁祸首 机动车尾气就是二氧化碳的来 源之一 机动车尾气中各种成分还可能相互作用 经过复杂化学反 应后 生成新的有害物质 也就是机动车尾气的二次污染 其 中最厉害的就是堪称 尾气杀手 的光化学烟雾 氮氧化物和碳 氢化合物会在太阳光下产生光化学烟雾 这种烟雾会损害人的 呼吸系统 腐蚀建筑和钢铁 3 最早出现的由汽车尾气造成的 大气污染事件是 1943 年美国洛杉矶光化学烟雾事件 美国城市 洛杉矶在 20 世纪 40 年代初就有 250 万辆汽车 每天消耗汽油 1600 万升 每天排放的尾气中含有大量石油烃废气 一氧化碳 氧化氮和铅烟 在强烈阳光作用下 发生光化学反应生成二次 污染物 这些二次污染物与机动车尾气混合形成了光化学烟雾 对洛杉矶造成了灾难性的危害 仅因 1943 年光化学烟雾事件而 死亡的城市居民就有 400 人之多 2 我国机动车尾气高污染的成因分析 我国汽车保有量与发达国家相比 仍处于较低水平 美国 1993 年汽车保有量为 1 9 亿辆 人均为 0 74 辆 而我国 1994 年人均为 0 008 辆 约为美国的 1 100 但我国汽车尾气排放 造成的大气污染远较发达的国家严重 其主要原因如下 2 1 汽车质量不高 造成高排放 当今汽车设计改进以提高安全性 有利于环境保护和增加 舒适性为主要目标 新开发出的一些技术措施被用来控制汽车 的污染排放 机内措施包括供油系统采取电子喷射技术 点火系 统采取高能点火和无触点分电器等 燃烧室采用节能设计 排 气系统采用排气再循环装置等 机外措施包括采用催化转化器 曲轴箱排放物控制装置等 这些技术措施对控制排放十分有效 例如 美国 1984 1993 十年间 尽管车辆增加了近 34 但汽车 排出的挥发性有机物和 co 分别减少了 35 5 和 24 我国的汽 车制造业在尾气排放控制技术方面 较发达国家有明显差距 国产汽车耗油高 排放高 我国新生产轿车的 hc co 和 nox 的排放量分别是 1992 年美国新车排放量的 14 5 倍 11 8 倍和 3 3 倍 整体的科研 技术水平低是我国机动车高污染状况的根本 原因 2 2 燃油质量不高 造成高油耗 高排放 我国机动车燃油存在标号偏低 质量不稳定 含硫量高等 问题 70 号汽油的使用量近几年虽有所降低 但 1994 年仍达 到 52 使用 90 号汽油以上的汽车生产量占汽车总产量的比例 不足一半 70 号汽油对应的许用压缩比为 6 低压缩比降低了 燃烧效率 造成高油耗 高排放 当前国际上轿车发动机通行 的压缩比在 9 左右 据了解 每公升汽油行驶里程 发达国家 比我国高 3 4 倍 2 3 道路制约和交通不畅造成高排放 由于交通状况的影响 汽车经常工作速度较低或怠速状态 而当汽车在市区内运行时 要低于这个范围 这主要与增设的 交通状况有关 以道路面积对城市面积的占有做比较 天津为 6 6 广州为 6 95 东京为 14 1 纽约为 25 4 道路状况 车流量等交通因素直接影响机动车的污染物排放量 车速越慢 污染物排放量越大 2 4 汽车尾气控制水平低 我国的汽车尾气控制水平不高 目前的汽车污染控制水平 仅相当于国外 70 年代的水平 汽车污染物排放比国际水平高 10 倍 除了我国汽车排放技术水平低 排放标准低 执法不严 也是一种重要原因 新生产的车缺乏尾气净化装置强制安装措 施 大部分不安装整机外尾气净化装置 即使在用的汽车其尾 气排放合格也很低 超标排放车量多为国产车 许多车辆对年 检往往采取应付过关的态度 2 5 管理职责不明确 政府部门配合不密切 按国外经验 环保部门负责排放标 准的制定和监督实施 汽车工业部门和交通部门负责生产车和 在用车的排放控制 而我国 大气法 中没有明确汽车工业部 门应承担的责任 导致生产部门和环保部门互不配合 使得生产车 排放污染控制收效不大 3 尾气治理措施 3 1 减少尾气排放 一方面 使用三元净化催化器 三元催化净化器起着对发 动机做功产生的废气进行净化的作用 它是利用其滤芯中的钯 铂 铑 3 种元素 通过氧化法或氧化还原法过滤废气中的碳氢 化合物 一氧化碳和氮氧化物 3 种污染物 使尾气排放合乎要 求 目前该项技术已经普及 4 另一方面 根据仪器监测发现 机动车低速和怠速行驶情况下 汽油不完全燃烧 其尾气排放 中污染物 浓度大大增加 其中包含大量直径 2 5 m 的细微颗 粒物 易随呼吸进入肺部 为此应改善城市道路交通 保证交 通畅通 避免机动车低速和怠速行驶 起到减少机动车尾气排 放的效果 3 2 优先发展公共交通系统 不同的交通工具 其运载效率 占用的交通空间不同 而 公共交通工具的运载效率最高 占用交通的空间最小 造成的 污染也小 巴西的库里蒂巴布市就是一个例子 5 他是世界上 第一批被联合国命名的 5 座最适宜人类居住的城市之一 由于 该市优先支持公交系统 公交系统出行的可达性和舒适性均明 显好于个体机动化的出行方式 许多有车族纷纷改乘公交车出 行 虽然库里蒂巴布市私家车拥有量在巴西位居第二 但是私 家车的使用率却是最低的 就我国而言 公交车保有量还远远 没有饱和 日本 新加坡和香港 其万人城镇人口公交车保有 量分别为 22 7 31 6 和 18 3 远高于我国 9 1 的水平 3 3 推广清洁燃料 新能源汽车又称清洁能源汽车 含混合动力纯电动 bev 包括太阳能 燃料电池电动 fcev 氢发动机 其 他新能源 如高效储能器 二甲醚 等能源为动力的汽车 与 使用汽油 柴油作为燃料的常规汽车不同 节能环保的新能源 汽车一般分为 4 种 使用天然气 生物质燃料 煤基燃料等替 代燃料作为汽车的代用燃料 使用汽油 柴油 代用燃料或增 加混合电动系统从而具有显著节油效果的混合动力汽车 单纯 从电网取电使用蓄电池和电动系统驱动的纯电动汽车 利用车 载氢燃料电池发电和电动系统的燃料电池汽车 3 4 严格 i m 制度 根据国家环保部公布的 2011 年第 49 号公告 关于实施国 家第四阶段轻型汽油车 两用燃料车和单一气体燃料车污染物 排放标准的公告 自 2011 年 7 月 1 日起 所有生产 进口 销售的轻型汽油车 两用燃料车 单一气体燃料车必须符合国 家 标准的要求 生产 进口上述产品的企业 应按标准要求 向环境保护部提出污染物排放达标车型的核准申报 环境保护 部对通过审核的车型颁发环保形式核准证书 4 减少汽车尾气污染的对策 根据以上分析 如何减少和避免机动车对环境的污染 除 了政府的行为即通过立法制定严格的排放标准 以及对相关行 业和部门严格的环保要求外 根本的出路还在于科学技术水平 的提高 为此从技术的角度提出了以下几点建议 1 从汽车本身的角度考虑 鼓励汽车制造厂在降低成本的 基础上更新设计制造低排放车 超低排放车和零排放车 2 从燃料角度考虑 开发高效低污染的替代燃料 目前可 在我国大力推广使用液化石油气 压缩天然气为替代燃料 无 水酒精汽油混合燃料也可减轻汽车对环境的污染 但液化石油 气车 压缩天然气车要对汽车进行改装和建设加气站 无水酒 精汽油燃料车不用改动原有车辆 供油站不需另增设备 3 研制更加有效的尾气净化催化剂 针对不同体系需要研 制相应催化剂 液化石油气燃料车尾气排放中 co hc 量大大 降低 尤其是 co 但是 nox 排放量却略有增加 所以对于液化 石油气燃料车尾气净化催化剂的首要任务是消除 nox 天然气 燃料车尾气排放中 nox co 排放量较汽油车降低 但 hc 较多 所以要开发高效的去除 hc 尾气净化催化剂 而乙醇汽油燃料车 污染物主要有乙醇在燃烧过程中不完全氧化的产物醛 醚及未 燃烧的醇 因而对于醇类燃料车 要研究具有低温起燃及深度 氧化醇和醛类化合物能力的催化剂 4 开发以燃料电池和太阳能等为动力的机动车辆 这是一 种高效洁净的动力车辆 可以达到零排放 是一种完全的环境 友好技术 5 新能源汽车的发展 5 1 混合动力汽车 混合动力汽车是指拥有两种不同动力源的汽车 即采用传 统燃料发动机 同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消 耗的车型 两种动力源在汽车不同的行驶状态下分别工作或一 起工作 通过这种组合达到最少的燃油消耗和尾气排放 能量 利用率由原来的 60 提高到了 95 以上 从而实现省油和环保 的目的 6 按照混合动力驱动的联结方式 混合动力汽车可以分为串 联式 并联式和混联式三类 根据混合动力系统的混合度 混合动力车的动力系统还可 以分为以下 4 类 微混合动力系统 轻混合动力系统 中混合动 力系统和完全混合动力系统 按照燃料种类的不同 可以分为汽油混合动力和柴油混合 动力 2 种 目前国内市场上 混合动力车辆的主流都是汽油混 合动力 而国际市场上柴油混合动力车型发展较快 混合动力汽车的高性能车用电池 可以十分方便地回收制 动时 下坡时 怠速时的能量 在繁华市区 可关停内燃机 由电池单独驱动 实现 零 排放 有了内燃机可以十分方便地 解决耗能大的空调 取暖 除霜等纯电动汽车遇到的难题 所 以混合动力车型在实现绿色排放的同时 也满足了交通工具各 项性能的要求 混合动力汽车在国内发展较为迅速 一些大型 城市的城市公交车 已经开始应用串联式的混合动力系统 但是从环境保护的角度来分析 混合动力车还是需要汽油 或者柴油的 只是相对于普通的机动车来说 比较省油 而且 长距离高速行驶时 基本不能达到省油的目的 并没有完全根 除对石油的依赖性 只是在一定程度上缓解了石油消耗量 减 少了废气排放量 同时 混合动力车对于车载电池的特殊要求 可能在电池生产回收环节产生更大的污染 5 2 氮动力汽车 氢动力汽车就是对现有的引擎加以改造 让引擎燃烧氢气 和空气的混合气 其高能量密度所释放的能量足以使汽车发动 机运转 而且氢气与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水 没有污染 所以氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具 与传统动力汽车相比 氢动力汽车成本至少高出 20 氢 动力汽车能量转化效率高达 80 为内燃机的 2 一 3 倍 行驶 或者工作中不产生一氧化碳和二氧化碳 也没有硫和微粒排出 氢气燃料中无腐蚀性杂质 汽车引擎管路及相关系统维修维护 更简单 所以 氢动力汽车可以说是传统汽车最理想的替代方 案 当然 氢动力汽车的相关技术研发和市场化推广难度也是 最大的 目前 在氢动力汽车生产中所面临的最大难题是氢能源的 生产 以现在的工业水平 氢还不能够工业化生产 更不要说 像石油那样按需供应如此庞大的汽车市场 工业生产中常用的 几种方法 比如需耗电生产的水电解制氢法 需耗费化石燃料 的煤制氢法等制氢法 都无法满足汽车业的巨大需求量 同时 建立足够的氢能源供给配套设施 也是一项无比浩大且漫长烦 琐的工程 从环境保护的角度 对整个氢动力汽车工业生产体系来进 行综合评价 氢动力汽车本身是十分环保的车型 但就目前的 工业体系水平 在其整个系统依然存在着巨大的二氧化碳排放 量 对于环境的总体影响依然是不利的 但是氢动力汽车的发 展空间是最大的 其发展前景也是最值得关注的 5 3 纯电动汽车 电动汽车就是采用电力驱动的汽车 纯电动汽车是完全由 可充电电池提供动力源的汽车 大部分电动车辆直接采用电机 驱动 也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子 电动汽车本身不排放污染大气的有害气体 即使按所耗电 量换算为发电厂的排放 除硫和微粒外 其他污染物也显著减 少 电动汽车无尾气排放 无噪声 对于缓解城市空气质量和 减少交通噪声都大有裨益 电动汽车较内燃机汽车结构更简单 维修保养工作量更小 电动汽车停止时不消耗电量 在制动过 程中 电动机可自动转化为发电机 实现制动减速时能量的再 利用 提高能量的利用效率 特别适宜在城市运行 目前国内电动汽车的技术基本成熟 商业化推广的最大障 碍是缺乏系统化的充电设施网络 电动汽车对能源的依赖性较 其他车型更显著 充电周期长也进一步降低了电动汽车的可用 性 同时 昂贵的高性能电池 使一般的电动汽车价格较同型 号普通汽车贵出约 30 这也影响了其产业化的进程 7 电动 汽车有着其他新能源汽车所无法比拟的优势 那就是其动力来 源具有广泛性 随着电池和充电系统的不断发展 家庭电源即 可为电动汽车充电 使得电动汽车随时可以得到能源补充 某 种程度上 比燃油汽车更加方便及时 所以 电动汽车是所有 类型的新能源汽车中 应用前景最为乐观的车型 从环境保护角度对纯电动汽车进行分析 纯电动汽车无论 是使用还是维护 对环境的影响己降至最低 是非常环保的绿 色车型 但是纯电动汽车的动力源 即电池 其制造过程中依 然存在着严重的重金属污染 至少以现在的科技水平还无法彻 底消除因制造车用电池而产生的重金属污染 8 目前用于汽车的电池产品主要是铅酸蓄电池类 电极主要 由铅及其氧化物制成 还有含铁 锌 锰以及微量的汞等重金 属