基于清洁空气效益优化NOx和VOC协同减排策略

1、 7 / 7作者：一气贯长空基于清洁空气效益，优化NOx和VOC协同减排策略 研究背景近年来，我国空气质量持续改善，但仍面临PM2.5和O3复合型污染的严峻问题，特别是京津冀及周边地区（“2+26”城市），空气污染问题尤为突出。VOC和NOx是生成二次PM2.5和O3的重要前体物，合理减排VOC和NOx有助于协同控制PM2.5和O3污染，持续改善空气质量。因此，亟需以实现我国空气质量达标、获得最大健康和生态环境效益为目标，开展相关研究，探索优化NOx和VOC协同减排策略。这同时还能为中国其他地区PM2.5和O3污染协同治理政策制定及优化提供参考。研究方法本研究建立了一套全新的综合评估系统，包含

2、中国多尺度排放清单模型（MEIC）、全球挥发性有机物估算模型（MEGAN）、WRF-CMAQ模型，结合多项式函数的排放-浓度响应模型（pf-RSM）、最低成本优化模型和效益评估模型，建立“2+26”城市污染物前体物排放与浓度响应关系，并以该地区PM2.5和O3浓度在2035年达标为前提，计算VOC和NOx不同减排比例下的控制成本及获得的公众健康和生态环境效益，探索最优协同控制方案。研究结论01NOx深度减排是实现"2+26"城市PM2.5和O3达标的关键为实现“2+26”城市PM2.5和O3浓度在2035年达标：1）若仅削减NOx排放：到2035年，NOx排放量需较2017

3、年减少81%（VOC/NOx减排比例为0:1），减排总成本为660亿元人民币；2）若协同削减VOC和NOx排放：到2035年，VOC排放量较2017年减少80%；NOx排放较2017年需减少64%（VOC/NOx减排比例为1.25:1），减排总成本为1300亿元人民币（图1）。由此分析得出，为实现2035年空气质量达标，较2017年，VOC减排80%可缓解一部分NOx减排压力，但减排成本额外增加96%。因此，NOx深度减排对于PM2.5和O3达标十分重要。但在实际减排过程中，受可行性、经济性、地方适应性及落实可能性等因素影响，大比例减排NOx需要极长时间。因此，为实现空气质量全面达标，未来需考

4、虑NOx和VOC协同减排策略。图1. 2035年“2+26”城市PM2.5和O3达标时，NOx和VOC的减排需求及对应成本02实施快速的NOx和VOC减排可带来较大公众健康和生态环境效益研究发现，2035年PM2.5和O3浓度达标可通过分别削减75%和50%的NOx和VOC排放实现。并且实施积极快速的NOx和VOC协同控制措施可带来较大公众健康和生态环境效益。若2017年至2035年NOx减排速率保持7.4%不变，VOC减排速率越快，获得的减排效益越大（图2）。相比在18年内完成削减50%VOC排放的目标（较2017年），“2+26”城市若在5年内完成该VOC减排目标，将实现以下健康

5、和生态效益：1）PM2.5浓度额外降低2.8g/m³，避免PM2.5污染暴露造成的早逝约31095例，带来价值约1630亿人民币的健康效益；2）O3浓度额外降低13.8g/m³，避免O3污染暴露造成的早逝约5879例，带来的健康效益价值约310亿人民币；避免24342千吨小麦（价值615亿元人民币）、4349千吨玉米（价值73亿元人民币）和291千吨大米（价值13亿人民币）的减产。图2. 不同VOC减排路径下污染物浓度变化及相关效益。(a) VOC不同减排路径；（b, c）较18年内完成减排目标，VOC在5年、10年、15年内完成减排时PM2.5和O3浓度变化；（d）5年内

6、到18年内完成VOC减排带来的效益03冬季需加强VOC和NOx协同减排，夏季需更注重NOx减排中国北方地区PM2.5污染问题全年均较为突出；O3污染具有季节性特征，夏季超标天数多。因此，需根据不同季节污染情况科学制定VOC和NOx减排策略。以回溯2017年北京市PM2.5和O3协同控制策略为例：1）在冬季（1月），需加强NOx和VOC协同减排。研究发现，若VOC/NOx减排比例为0.87，可同时控制O3和PM2.5污染。若仅减排NOx，排放量较同期减少50%时，PM2.5浓度将上升6%；直到NOx排放量较同期减少80%，PM2.5浓度才随NOx减排而下降。2）在夏季（7月），需更多注重NOx减

7、排。北京地区O3和PM2.5生成处于NOx控制区。若VOC排放量接近零时，O3和PM2.5浓度仅降低26%和8%；若NOx排放量接近零时，O3和PM2.5浓度可降低51%和31%。因此，减排NOx对同时控制PM2.5和O3污染更为有效。经过对“2+26”城市情况的进一步分析，得到与北京市类似结论：为同时控制PM2.5和O3污染，在较冷季节需协同减排VOC和NOx（VOC/NOx减排比例较大），而较暖季节需更注重NOx减排（VOC/NOx减排比例较小）。值得注意的是，短期注重VOC减排和长期注重NOx减排对协同控制PM2.5和O3污染十分重要。随着NOx和VOC减排工作的深入，生成污染物的VOC

8、控制区可能转变为NOx控制区。本研究计算了2017年“2+26”城市峰值比例（Peak Ratio，简称PR，是指在VOC排放基线下，污染物处于峰值浓度时的NOx减排比例），结果显示（图3）：1）11-2月，污染防治工作以控制PM2.5污染为主。当NOx排放较同期减少超过36-53%时，VOC的减排对控制PM2.5污染的效果不如削减NOx排放；2）5-9月，污染防治工作以控制O3污染为主。最大峰值比例（PR）为45%。随着NOx减排，O3生成将处于NOx控制区。图3. （a）同时控制PM2.5和O3污染所需的VOC/NOx减排比例；（b）峰值比例变化（从VOC控制区变为NOx控制区，NOx所需的减排比例）综上所述，为实现“2+26”城市空气质量全面达标，可采取“深度减排NOx，同时积极减排VOC