機動車尾氣排放

交通污染包括廢氣排放、噪聲和振動三方面。相對而言，廢氣排放問題比較突出。就世界範圍來説，很多發達國家的空氣污染主要是交通尾氣污染。我國也不例外，因為我國有着龐大的交通網絡和幾千萬輛機動車。有資料顯示，2005年我國汽車保有量達到3356萬輛，而另據國務院發展研究中心估計，中國汽車產業將會保持20～30年的快速增長，2010年達到5669萬輛，2020年將高達13103萬輛。據報道，大氣污染物中，60%～70%是車輛的排放物。 ^[2] 

我國近年來機動車產業發展迅速，2002年汽車產量325萬輛（1995年為145萬輛），摩托車1200萬輛，農用車產量290萬輛，2003年汽車產量達到400萬輛。因此，我國機動車保有量增長較快，平均年增長率接近15%，這在城市表現的更為明顯。90年代以來，北京市機動車保有量平均年增長速度達到17.4%，廣州市情況與之相近。

同其他國家相比，我國機動車保有量狀況有以下幾個特點：

（1）輕型車，特別是轎車增長速度最快，近年來年平均增長速度已經超過30%，但同發達國家相比，我國轎車比例仍然相對較低，僅佔總保有量的16%—20%，轎車發展還有很大潛力；

（2）柴油車比例較低，且大部分為重型車，重型柴油車約佔重型車總量的50%，而輕型柴油車的比例很低。平均在15%以下；

（3）部分城市摩托車保有量增長較快，已成為機動車保有量的重要組成部分；

（4）重型車發展平緩，保有量比例呈下降趨勢；

（5）城市中出租車已經佔到一定的比例，由於這部分車輛行駛里程較大，排放相對嚴重，應給予充分重視；

（6）我國汽車工業正處於一種良好的環境中，作為國家重要生產行業之一的汽車工業必將還會有很大的發展，我國機動車保有量在一定時期內仍將保持高速增長的勢頭。

隨着機動車輛增多，污染物排放總量不斷增加。從我國典型城市機動車污染物排放分擔率（排放分擔率能宏觀上反映機動車排氣對城市大氣環境污染的影響）程度的結果分析，我國機動車污染物排放有以下特徵：

(a)機動車尾氣排放已成為我國城市大氣污染的主要來源。北京和廣州約80%的CO和40%的NOx均來源於機動車排放源，中國100萬人口以上的大城市空氣污染類型正由煤煙型向混合型或機動車污染型轉化；

(b)我國機動車運行處於不充分燃燒狀況，其主要原因是機動車運行速度低，運行工況差，發動機往往處於富燃料狀態工作，CO污染物排放量大，CO濃度高；

(c)城市氮氧化物濃度均在上升，NOx超標已經相當嚴重；

(d)城市顆粒物污染不容忽視。中國許多城市的首要空氣污染物是可吸入顆粒物，其濃度超標嚴重，由於可吸入顆粒物能夠直接深入人體肺部故對健康危害最大，影響更為嚴重；

(e)城市光化學污染問題也日益突出；

(f)與國外城市相比，我國單車排放量高於國外。

當汽車處於高速或加速狀態時，CO的排放量最大。現代化城市高樓林立、道路狹窄、交通擁擠，致使汽車經常處於低速運行或怠速狀態。所以汽車排放污染物的總量一般都很高，而且不易擴散。導致城市上空經常形成穩定的污染層。在人口和車輛密集的地段，污染尤為嚴重。

我國城市機動車排放污染髮展趨勢

機動車排放污染預測按排放水平測算，如不採取強有力的措施控制，機動車排放CO、NOx、CH化合物排放量將繼續增加；光化學煙霧的問題將日益突出，城市中NOx的濃度和超標頻率都將增加引發更多的城市環境問題。我國機動車排放污染在城市大氣污染中所佔的平均比率將上升到79%。到2010年，我國400多個城市的空氣污染將從煤煙型轉化為煤煙與機動車的混合型污染，控制機動車尾氣污染將成為城市環境保護的重頭戲。 ^[1] 

1、機動車尾氣排放數據獲取方法

比較成熟的排放數據獲取方法包括台架測試法和車載測試法。

（1）台架測試法

台架測試法是一種傳統的機動車尾氣獲取方法，利用實驗室內的底盤測功機，模擬機動車在實際道路上的行駛，對尾氣進行測試。由於該方法在實驗室進行，試驗條件易於控制且試驗可重複性好，因此是應用最廣的尾氣排放測試方法。該方法也是強制執行的國家標準規定的汽車排放測量方法，如《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）（GB13852.3－2005）等。但是由於台架測試法採取固定的行駛週期進行測試，並不能真正反映實際道路上的尾氣排放。

（2）車載測試法

車載測試法藉助最新的車載尾氣檢測系統（Portable Emission Measurement System，PEMS），能夠實時地檢測出各種交通條件下車輛在不同工況下的尾氣排放量。國內外有代表性的車載尾氣檢測系統包括美國CATI公司開發的MOTANAOEM－2100系統、日本HORIBA公司開發的OBS－1000系統以及天津大學、清華大學自主開發的車載尾氣檢測系統。

PEMS的應用可以加快建立尾氣排放數據，分析尾氣排放特性，開發尾氣排放量化模型，評價交通管理措施對尾氣排放的影響等。外國研究者利用車載尾氣設備評價了信號協調和擁堵管理對控制尾氣排放的影響；利用PEMS在道路上收集了數百英里的尾氣排放數據來評價高乘載車道和通用車道對尾氣排放的影響差異。近幾年，國內也開始利用車載尾氣檢測系統來收集尾氣排放，對尾氣進行了大量的研究。如利用車載尾氣檢測技術得到重複度高的試驗數據，對實際測試的結果進行了分析，並對各種駕駛工況產生的排放影響進行了比較和區分。

2、機動車行駛週期研究

行駛週期是表徵機動車行駛過程中典型的車速及加速度變化規律的曲線，建立機動車行駛週期是測試單個車輛排放因子的基礎工作。

（1）基於台架式的行駛週期研究方法

典型的機動車行駛週期包括一系列複雜的加速、勻速、減速和停車起步的行駛行為，它是在底盤測功機實驗台上按事先給定的汽車工況來模擬實際道路上的駕駛循環。用來評估車輛的各種性能，例如燃料消耗和污染排放量。

（2）基於OEM技術的行駛工況研究方法

行駛工況所需的數據收集方式，一種是跟蹤法，用裝有尾氣檢測儀的車輛在被測路段上跟蹤目標車輛，模仿其行駛行為並記錄其尾氣排放數據。另一種是路線循環法，利用裝有尾氣檢測儀的車輛在被測道路上反覆行駛，來收集數據，並和利用跟蹤法收集到數據進行比對。

根據不同的適用條件和應用尺度，排放模型可分為微觀層次、中觀層次和宏觀層次的尾氣排放模型。

微觀尾氣排放模型能夠評價以秒為單位的瞬間尾氣排放量，適用於對特定交通走廊或交叉口的排放分析。綜合模式排放模型（Comprehensive modal emission model，CMEM）是一種典型的微觀尾氣排放模型，包括3個核心參數：燃燒率、發動機排放指數和時變催化率，輸出參數為由3者相乘得到的尾氣排放值。考慮所有行駛狀態對排放的影響，基於發動機負載和污染物形成的物理化學原理，CMEM模型能夠計算出不同類型的輕型機動車在不同行駛條件下的每秒尾氣排放值和油耗量。

中觀尾氣排放模型關注機動車在城市每段道路上的行駛規律，通常採用基於工況的機動車排放因子計算模式來模擬機動車排放。

典型的中觀尾氣排放模型為美國環保局資助開發的MEASURE模型。模型的輸人蔘數除交通方面的信息外，還包括人口普查信息、土地使用信息等。利用輸入參數並根據分類迴歸樹算法獲得11個模塊的輸出參數：小區信息模塊、車道信息模塊、小區技術組合模塊、主路技術組合模塊、發動機啓動排放活動範圍模塊、主路車輛行駛排放活動範圍模塊、輔路車輛行駛信息模塊、發動機啓動排放模塊、輔路車輛行駛尾氣管排放模塊、主路車輛行駛尾氣管排放模塊、網格排放模塊。

宏觀尾氣排放模型的基礎是基於平均速度的排放因子，使用集計分析方法得到廣域內的排放狀況。根據排放因子和車輛行駛參數可得當地機動車的排放清單，適用於國家和區域範圍內的尾氣排放分析和污染控制規劃。

典型的宏觀模型包括MOBILE、EMFAC、CORPERT等。

MOBILE和EMFAC是最早出現的機動車排放因子模型，分別由美國環保局和加州空氣資源局所開發。該類模型基於FTP（federal test procedure）的台架測試結果進行統計迴歸分析，綜合考慮了汽車的行駛里程、劣化係數、行駛速度、氣温、I/M制度以及燃油品質等因素對排放的影響。該類模型用平均速度替代行駛特徵，通過採用速度修正因子來計算非FTP工況下的排放因子，忽視行駛特徵這一影響機動車排放的重要因素。

MOBILE模型的輸入參數包括機動車年代登記分佈和里程分佈、機動車車型、行駛平均速度、燃油雷氏蒸汽壓值、機動車行啓動次數、停車時間分佈等41類；MOBILE模型的輸出結果是區域內各年、各車型的平均排放因子。

COPERT是由歐洲環保局贊助開發的Windows環境下計算道路機動車排放量的重要工具，其輔助模型可以計算農用機械等非道路機動車的廢氣排放清單。與MOBILE模型相比，COPERT模型對車型分類更細，評價污染物種類更多，能夠計算一些並不常見的污染物的排放量清單。

不同層次的尾氣排放模型滿足於不同的研究尺度，但是，宏觀、中觀及微觀尾氣排放模型因數據來源不同，在綜合應用中也難以兼容，因此需要一種適用於多尺度、綜合性、適應性更強的尾氣評價模型。近年來美國環保局致力於開發一種適用於多尺度層次的綜合移動源排放模型（Motor Vehicle Emission Simulator，MOVES），其特點：

（1）擴大了模型評價的範圍：MOVES能夠計算同一數據基礎的多觀尾氣排放，可滿足不同部門對不同類型的尾氣排放數據的要求；

（2）優化了模型軟件結構；

（3）使用車載尾氣檢測系統（PEMS）收集尾氣排放數據：能夠提供以秒為單位實時的車輛排放數據，從根本上改變模型的計算精度，增強模型的適用性。 ^[3] 

由於機動車尾氣排放物高度正處於人的呼吸帶，因此對人體及環境的危害極大，其主要污染物對人體的危害如下：

1、一氧化碳

一氧化碳是由於汽車燃料中烴的不完全燃燒而產生的，極易與人體中的血紅蛋白結合，它與血紅蛋白的親和力是氧的30倍，一氧化碳和人體紅血球中的血紅蛋白親合後生成碳氧血紅蛋白，能削弱血液向各組織輸送氧的功能，造成感覺、反應、理解、記憶力等機能障礙，重者危害血液循環系統，導致生命危險。

2、氮氧化物

氮氧化物主要是NO和NO₂，是發動機在燃燒過程中產生的，這兩種氣體都是有害的，可直接損害人的呼吸系統．進而引起中樞神經障礙。在NO₂濃度為9.4mg/m³(7.3ppm)的空氣中暴露10min，即可造成呼吸系統失調。氮氧化物廢氣對大氣的污染原因很複雜，NO₂在日光的照射下會產生原子氧，原子氧有很強的氧化力能與氧氣結合成臭氧，原子氧和臭氧與碳氫化合物作用，可以產生多種對人體和生物不利的氧化劑，導致二次污染。NO則是臭氧分解的催化劑，對高空的臭氧保護層具有破壞作用，NO₂還能與大氣中的水蒸氣結合形成酸雨，嚴重危害生態環境與人體健康。

3、二氧化硫

汽車排放二氧化硫與燃料有關。一般來説，柴油機排放的二氧化硫比汽油機排放的二氧化硫多。二氧化硫在空氣中遇水會形成“酸雨”，嚴重危害人體健康。

4、碳氫化合物（HC）

HC是燃料中未完全燃燒產物所分解的產物。HC能使人體致癌，還會刺激人的眼睛、耳朵造成感官功能障礙。HC和NO在大氣環境中受強烈太陽光紫外線照射後，產生一種複雜的光化學反應，形成光化學煙霧。1952年12月倫敦發生的光化學煙霧，4d中死亡人數較常年同期約多4000人，45歲以上死亡人數最多，約為平時的3倍；1歲以下的約為平時的2倍。事件發生的一週中，因支氣管炎、冠心病、肺結核和心臟衰弱者死亡人數，分別為事件前一週同類死亡人數的9.3、2.4、5.5和2.8倍。

5、臭氣

臭氣主要由臭氧（O₃）、NO₂、甲醛、丙烯醛等不完全燃燒產物所組成，其中O₃也是光化學煙霧的重要組成部分。

6、二氧化碳

除了以上排放的主要污染物以外，汽車尾氣中還含有大量的二氧化碳，雖然它不是污染物，但它是使全球變暖的主要排放物。全球變暖直接危害人的健康，使疾病流行與死亡率增加，還易引起皮膚癌、免疫系統紊亂等其它疾病。

7、噪聲

汽車的噪聲也是對環境的污染。據調查，城市中80%的噪聲污染是由車輛造成的，許多城市已經開始禁止汽車鳴喇叭。實驗表明，當噪聲超過50dB時，人的身心就會受到影響。

我國在對汽車尾氣污染進行管制時應該借鑑國外經驗，儘快建立起以税收管制手段為主、其他市場激勵型管制手段為輔，並以不斷完善的命令控制型管制體制作為保障的環境管制新模式，引導汽車消費者和製造商對政府管制做出積極反應，進而自發採取有利於保護大氣環境的消費和生產行為。

1、充分發揮市場激勵管制的靈活調節作用

完善國內税收管制體制，開徵汽車尾氣的矯正税。矯正性税收可通過將私人邊際成本提高到與社會邊際成本相一致的水平，迫使廠商提高產品的價格，進而縮減供給量，減少污染，以降低汽車尾氣造成的負外部性 開徵汽車尾氣的矯正税還可以補償受害者。因此應該以税收這一市場激勵型管制手段為主調整我國税制結構，使税收種類向消費型轉變 我國應借鑑歐洲國家的做法，以“鼓勵消費．限制使用”為政策目標，適當調整汽車税費結構，降低生產階段的税費比重，將購置税與消費税合併為消費税，並採用分級税率，以提高保有階段的税費比重。完善税種，在汽車使用階段實施燃油税 燃油税是國外在汽車保有及使用階段的主要税種，美國的税率是50%，日本是20%，德國是28%，法國則是30%。各國政府徵收燃油税最初目的是籌集修路資金和公平賦税。但在今天看來，燃油税為環保和解決汽車尾氣污染的負外部性發揮着重要作用，現階段在我國推行燃油税有很大意義 燃油税可以讓少用油者少付税、多用者多收税，實現公平；藉助車主省錢的主觀動機使得污染排放量減少；使資源價格能夠反映資源破壞和環境治理成本，實現可持續發展；由税務部門統一收取，並在中央和地方間得到合理分配，有利於開展環保工作。因此，應該儘快推出燃油税，並推廣至社會全部汽車的消費者，將現有的費改為税，讓税和燃油的使用直接掛鈎。在具體操作上，不僅要隨着不同時期防治污染技術與方法的不斷更新提高，進而造成環境治理的邊際成本的變化，隨時調整税率；還應該隨着地區環境條件、經濟發展水平、人口密度狀況等因素的差異作出調整，設計出差別税率，在燃油税基礎上，為了突出保護大氣環境，解決汽車消費的負外部性。在燃油税設計中進一步考慮徵收控制機動車尾氣污染的環境税，這也與西方發達國家徵收燃油税的政策目標側重於環境保護的趨勢相一致。具體操作時，把大氣環境污染税加入其中佔燃油税的一定比例即可。在利用燃油税進行管制時，要注意各部門和各地區的合作管制。各地制定差別税這不僅指税務部門和環保部門要通力合作，而且要加強地方政府間的合作管制，因為汽車尾氣造成的空氣污染是無邊界的。

彌補管制空缺，對汽車在報廢和淘汰環節上進行管制。對於已報廢的汽車，政府應該強行管制，規定不得再使用。對於當地淘汰而被轉入異地使用的舊車要在排污標準的審查上嚴格把關，提高再次使用的税率，並且對再次使用要另外徵税借鑑國外經驗，適當引入其他的市場激勵型管制措施。實施政府補貼。政府對能降低污染程度，使用環保型汽車的汽車使用者給予相應補貼；對能開發研製節能、環保型汽車的廠商給予補貼，引入排污權交易制度。任何廠商只要使其汽車尾氣排放量低於標準均可向環保局申請獲取排放削減信用。排放削減信用既可用於廠商之間的交易，也可以自身存儲以備將來之用。推行上牌額定製，在特定地區或者特定時間內，限制汽車牌照的供給量，控制當地汽車使用量。

2、完善傳統的命令一控制型管制

（1）完善國內的法律法規體系，完善汽車尾氣排放的相關法律和法規，為汽車尾氣的治理提供法律保障。同時要完善税收環境體系，用法律和法規來監督和約束有關部門的腐敗和行政效率低下的問題。

（2）提高汽車尾氣排放和檢測標準，採用發達國家和地區的控制標準和技術。另一方面，要提高我國燃油的質量，使之符合尾氣排放新法規的要求。

（3）強化政府對汽車尾氣污染管制的觀念，建立專門的管制機構進行專項管制。

機動車污染處理技術主要是提高燃油的燃燒率，安裝防污染處理設備和採取開發新型發動機。

在提高車用燃油質量，適時推進環保型機動車方面，根據一些研究機構的研究成果一致認為：機動車燃油的化學組分直接影響到機動車發動機的性能和機動車污染物排放。可採取以下途徑：

（1）降低汽油中的鉛含量進而實行無鉛化。

（2）降低硫含量，可使尾氣淨化器催化劑的活性保持較高水平，對降低污染物排放有利。

（3）加入含氧化合物對減少CO排放是行之有效的措施。

（4）減少汽油中芳烴和烯烴含量，可大大降低汽車廢氣對大氣的污染程度。因這類烴的大氣反應活性強，在太陽紫外線照射下易發生光化學反應，生成臭氧為主的光化學煙霧，對人體健康不利。

（5）適當降低汽油蒸汽壓，有利減少輕烴揮發。

（6）制定車用柴油標準，並推行優質優價政策，在人口密集的大中城市中應引導公交柴油車使用優質0號柴油或質量較高的乳化柴油。

（7）而對高頻繁運行的出租車和公交汽油車，建議推廣使用液化石油氣（LPG）。據瞭解，在國外已使用LPG汽車多年，技術也已較為成熟。國內一些城市出租車公司也做了部分改裝試驗，結果表明：CO可降低94～96%，HC可降低24%～72%，同時可節省燃料費。因此，在機動車未全面安裝三元催化淨化器的階段以液化石油氣做燃料可以減少機動車排氣對空氣的污染。在安裝防污染處理設備和開發新型發動機方面，必須採用以下兩項措施：一是，發動機採用電控供油系統；二是，裝有能更有效控制排放的三元催化淨化器。

電控供油系統指電子控制燃油噴射系統（簡稱電噴），它取代了進氣管道中的化油器，也就是取消節流用的喉管，減少了進氣阻力，從而改善發動機的充氣狀況。同時，採用向進氣道或是進氣門口處定時定量噴射燃料的方法供油，解決了燃料霧化和混合氣在進氣歧管中的分配等問題，並能安發動機不同的工作狀況，較為精確地供給發動機最佳比例的混合氣。

三元催化淨化器起着對發動機作動產生的廢氣進行淨化的作用。它是利用其濾芯中的把、鉑、鍺3種元素主要過濾廢氣中的碳氫化合物，一氧化碳和氮氮化合物等3種污染物，使尾氣排放合乎要求。但三元催化淨化器的正常工作需要有較高質量的汽油，而且必須使用無鉛汽油，對汽油中一些元素的含量也比較嚴格的要求。

近幾年來，我國又陸續推出各種類型的尾氣淨化器，如ZDJDF系列的油煙淨化器、汽車尾氣排放淨化器等。ZD—JDF系列油煙淨化器的工作原理是：經吸附、消散、碳化、解吸的廢油經電極板下流至導油板自行排出，處理後的尾氣輸至油煙淨化器出口管道上時，與高壓靜電場產生的臭氧O₃充分混合，在強氧化劑的作用下消除尾氣中的異味，這到油煙淨化除味的目的。汽車尾氣排放淨化器的工作原理是用催化劑來催分解污染物，通過催化劑的催化作用，汽車尾氣中的碳氫和碳氧化合物等有毒有害氣體和化合物被快速有效地分解成二氧化碳、氧氣和水等無害物質。

現在我國機動車污染控制技術採取以下路線：先機內淨化，後機外淨化；先控制污染濃度，後控制污染總量；先控制CO、HC和碳煙，後控制NOX和顆粒物排放；節油與減污相結合；控制油品質量。 ^[1]