唐孝炎中國工程院院士，環(huán)境科學(xué)專家。曾任中國環(huán)境學(xué)會副理事長、北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)中心主任，曾獲國家科技進(jìn)步一等獎1次、國家科技進(jìn)步二等獎3次、“何梁何利”科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎1次。我國大氣環(huán)境化學(xué)專業(yè)創(chuàng)始人，在環(huán)境化學(xué)前沿領(lǐng)域大氣臭氧、酸雨和大氣細(xì)顆粒物(氣溶膠)化學(xué)方面作過許多具有開拓性和創(chuàng)造性的系統(tǒng)工作。
“霧霾的產(chǎn)生，VOC的作用大于氮氧化物”
記者：作為環(huán)境專家，您認(rèn)為霧霾天氣形成的原因是什么?
唐孝炎：霧、霾是氣象學(xué)的名詞，霧霾天氣的成因并不是只有污染一種，霧霾古代就有，空氣中有很多細(xì)小的顆粒物，比如塵土、海浪帶起來的泡沫、花粉等等，特別是刮風(fēng)帶起來的土壤顆粒物，都是自然界中本來存在的。這些細(xì)小顆粒物飄浮在大氣中，表面會吸附一定的水汽，重力不大，不易沉降，它就會飄浮到上空吸收大量水分后成為云或霧的凝結(jié)核。有一些細(xì)小顆粒物集聚在近地面，受地面濕度的影響，它們會吸收、折射或者反射太陽光，造成能見度下降，這個時候這些細(xì)小顆粒就參與形成霾。當(dāng)大氣中有大量二氧化硫、氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等污染物時，它們形成的硫酸和硫酸鹽、硝酸和硝酸鹽及有機(jī)物等，由于它們對光的效應(yīng)，造成了視程障礙使霾的程度和危害性加大。
霧霾的形成主要受天氣系統(tǒng)的影響，也和污染源的排放強(qiáng)度有關(guān)。
記者：霧和霾的區(qū)別是什么?
唐孝炎：霧和霾的區(qū)別看起來似乎不大，只是濕度的問題。但是對它們的判別界限問題曾經(jīng)引起氣象學(xué)界一段時間的學(xué)術(shù)討論和爭議。簡言之，按當(dāng)前氣象部門的定義，大氣的濕度低于百分之八十，顆粒物的光效應(yīng)使能見度下降到十公里以內(nèi)，造成灰蒙蒙的視程障礙現(xiàn)象叫做霾，但是當(dāng)濕度高到百分之九十以上，那時候就變成輕霧，水汽更大時就成為霧了。霧較容易散去，霾卻很難。因為霧含水量大，受天氣變化的影響比較大，太陽一出來，遇到干燥空氣，霧就很容易散去，所以霧一般不會整天都有。但是霾就比較麻煩，因為它水蒸汽含的不多，濕度在百分之八十以下，再加上霾所處空間一般是3000米以下，如果當(dāng)上空存在逆溫層，而水平方向沒有風(fēng)或風(fēng)很小，空氣上下對流或者水平流動不暢通時，霾就無法散去。
記者：環(huán)境污染特別是能源使 用產(chǎn)生的污染對霧霾的產(chǎn)生有哪些影響?
唐孝炎：污染是造成嚴(yán)重霧霾的內(nèi)因，氣象條件則是外因。霧霾跟能源使用的排放有關(guān)。我們知道，二氧化硫、氮氧化物、氨氣以及揮發(fā)性有機(jī)物等污染物都是氣體，為什么到大氣中會變成顆粒物并最終形成霾呢?因為大氣具有氧化性，能源燃燒后排放的氣體污染物可以說是一次污染物，進(jìn)入大氣中以后，產(chǎn)生了非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了二次污染物。由于一次污染物的價態(tài)偏低，比如二氧化硫、一氧化氮都是屬于還原價態(tài)，而大氣中存在大量的自由基，低價態(tài)的氣體很容易跟自由基產(chǎn)生被氧化的反應(yīng)形成高價態(tài)的硫酸、硝酸、硫酸鹽和硝酸鹽等，有機(jī)物也有此反應(yīng)。
目前，我們對霧霾成因的研究中對VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)的重視還不夠。排放進(jìn)大氣的VOC和氮氧化物是使大氣氧化性增強(qiáng)的關(guān)鍵物質(zhì)，由于他們的非線性關(guān)系，地區(qū)不同兩者作用的比值也會有所不同。比如，曾有研究指出，北京城區(qū)的大氣氧化性的增強(qiáng)，VOC的作用甚至大于氮氧化物，而郊區(qū)則相反。VOC是碳?xì)涞慕Y(jié)合體，它的產(chǎn)生相當(dāng)大部分和燃燒有關(guān)，可以說任何燃燒都會產(chǎn)生VOC，所以跟能源的使用密切相關(guān)，煤炭、石油、天然氣里面都存在有機(jī)質(zhì)，煉油、化工都是排放大戶，甚至秸稈燃燒、使用涂料和餐飲等也產(chǎn)生VOC。長期以來，人們一直認(rèn)為煤炭燃燒是霾形成的主因，忽視化工產(chǎn)生的污染，關(guān)注的重點主要是煙塵和二氧化硫，忽略了氮氧化物和VOC，如果認(rèn)識清晰起來，天然氣不能算是清潔能源。
鍋爐和汽車中的燃燒過程都會產(chǎn)生細(xì)顆粒物，PM2.5有一次排放和二次排放之分，一次排放就是燃燒直接產(chǎn)生的顆粒物，二次排放是燃燒產(chǎn)生的氣體在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和核化反應(yīng)后產(chǎn)生的顆粒物，電廠目前已有的除塵裝置，最多只能除掉PM1以上的顆粒物，PM1以下的還除不掉。
“要重視能源消費的精細(xì)化管理”
記者：汽車的使用對城市霧霾影響有多大?
唐孝炎：汽車會排放很多VOC，VOC的多少和油品以及燃燒是否充分有很大關(guān)系，有機(jī)物最好的轉(zhuǎn)化結(jié)果就是變成二氧化碳和水，但是發(fā)動機(jī)的燃燒過程來不及充分完成就排放掉了，特別是汽車在城區(qū)低速行駛或怠速的時候。有些國家就有專門法律規(guī)定，遇到紅燈時汽車必須熄火。
有人認(rèn)為城市里的汽車排放了很多氮氧化物，其實不全是這樣，氮氧化物的產(chǎn)生和燃燒的溫度關(guān)系最大，汽車在城區(qū)行駛，速度不會太快，發(fā)動機(jī)燃燒溫度不會太高，氮氣和氧氣的反應(yīng)轉(zhuǎn)化就比較少。哪兒的氮氧化物多呢，高速公路上，汽車在高速公路行駛的速度很快，發(fā)動機(jī)溫度很高，產(chǎn)生的氮氧化物就越多。柴油車排放更多。
控制汽車產(chǎn)生廢氣的一個方法是在汽車上安裝“三元催化轉(zhuǎn)換器”，現(xiàn)在汽車上一般都裝了，但是用的時間長了它會老化，作用會減弱，所以新車的氮氧化物排放比舊車要低。現(xiàn)在香港要求汽車的“三元催化轉(zhuǎn)換器”每兩年必須更換一次，但是我國大多數(shù)省份沒有這個要求。
有時候我去北京的北五環(huán)，馬路邊上有很多人拿著代辦車檢的牌子，現(xiàn)在這個事兒已經(jīng)成為了一個行業(yè)，不管你的車合不合格，他們都能幫你檢測合格?，F(xiàn)在又出現(xiàn)了租借“三元催化轉(zhuǎn)換器”的現(xiàn)象，車主可以花錢租借一個新的來專門應(yīng)付車檢，驗完之后再還給人家。這個現(xiàn)象的背后就是管理問題，現(xiàn)在的管理是粗放的，而不是精細(xì)管理。
記者：您認(rèn)為我國能源生產(chǎn)革命努力的方向是什么?
唐孝炎：能源生產(chǎn)革命很好理解，新能源要跟上去，老能源不是不用，而是解決怎么用的問題。舉個例子，四川盆地的天然氣資源非常豐富，怎么用好?有沒有注意到天然氣燃燒到足夠高的溫度時就產(chǎn)生大量的氮氧化物?天然氣使用要注意燃燒溫度，低氮燃燒器也好，尿素什么的也好，都要考慮到氨氣是大氣顆粒物形成的非常重要的一個因素，把硫酸、硝酸等反應(yīng)成鹽類，最容易的就是氨。氨的來源又有很多，特別是牛羊豬等養(yǎng)殖業(yè)排放大量的氨，農(nóng)村的露天廁所也會。 別小看餐飲一條街，VOC多，二氧化硫也高，氮氧化物也高，所以說能源利用的問題很復(fù)雜。特別是對于北方城市，冬季采暖的散煤燃燒問題，采暖地區(qū)郊區(qū)每年冬天用掉的散煤如何管?有的政府不管這些小的，只管電廠大鍋爐還有冶金等這些重點源。散煤燃燒，分散污染非常嚴(yán)重。所以我覺得能源革命里面生產(chǎn)和消費都要有，要注意這些小的以前沒注意的東西。
現(xiàn)在新能源的動作還是太慢，一定要開發(fā)新能源，風(fēng)電可以上網(wǎng)了，但是仍然不能做到全部上網(wǎng)。風(fēng)電在許多地方可以發(fā)展，但是要打破許多框框，一定要解決并網(wǎng)問題。核電則是顧慮太多，福島的事情給我們帶來了很多影響，這是肯定的，真正要上核電必須重視選址，而且要吸取日本的經(jīng)驗，建在海邊的要對海況足夠的清楚。另外要擴(kuò)大宣傳，告訴大家核電怎么避免產(chǎn)生事故，過去切爾諾貝利影響很深，現(xiàn)在日本的福島更深，媒體一定要配合，讓大家不只是了解核電的表面，一定要甚解，要把人體健康安全、排放等解釋清楚。能源方面不可能不用核電，但是要知道它的性質(zhì)，需要什么預(yù)防措施。真正了解了，就不會對一些污染產(chǎn)生誤解或者恐懼。
記者：您提到了能源的精細(xì)化管理，它的作用有多大?
唐孝炎：能源消費革命，節(jié)水節(jié)電等節(jié)能措施可以取得很好的效果，真正的消費革命需要國家采取許多措施，比如美國洛杉磯針對汽車節(jié)能的措施就有很多，機(jī)動車道中有規(guī)定必須坐滿兩人以上才能行駛，這是汽車方面的消費方式。另外我特別喜歡講的是巴西的一個城市，他們市長在規(guī)劃城市的時候就設(shè)計了專門的馬路通道，其寬度只允許一個大巴車來一個大巴車去，雙向車道，金融機(jī)構(gòu)、政府機(jī)關(guān)、企業(yè)總部等只允許建設(shè)在這條主路及輔路旁。這條路只能通行公共汽車，所有輕型汽車來了只能停在郊區(qū)或大道旁，然后人們換坐公交車進(jìn)城。另外他們?yōu)榱耸箍諝饬魍ê茫谥髀穬膳缘姆孔邮禽^低矮的，高樓都建在后面，不在汽車最密集的地方。這個城市有220萬居民，公交使用占70%以上，這種狀態(tài)從上世紀(jì)60年代到現(xiàn)在一直執(zhí)行，已經(jīng)幾十年了，城市環(huán)境比里約和圣保羅等還清潔。
“霧霾的產(chǎn)生，VOC的作用大于氮氧化物”
記者：作為環(huán)境專家，您認(rèn)為霧霾天氣形成的原因是什么?
唐孝炎：霧、霾是氣象學(xué)的名詞，霧霾天氣的成因并不是只有污染一種，霧霾古代就有，空氣中有很多細(xì)小的顆粒物，比如塵土、海浪帶起來的泡沫、花粉等等，特別是刮風(fēng)帶起來的土壤顆粒物，都是自然界中本來存在的。這些細(xì)小顆粒物飄浮在大氣中，表面會吸附一定的水汽，重力不大，不易沉降，它就會飄浮到上空吸收大量水分后成為云或霧的凝結(jié)核。有一些細(xì)小顆粒物集聚在近地面，受地面濕度的影響，它們會吸收、折射或者反射太陽光，造成能見度下降，這個時候這些細(xì)小顆粒就參與形成霾。當(dāng)大氣中有大量二氧化硫、氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等污染物時，它們形成的硫酸和硫酸鹽、硝酸和硝酸鹽及有機(jī)物等，由于它們對光的效應(yīng)，造成了視程障礙使霾的程度和危害性加大。
霧霾的形成主要受天氣系統(tǒng)的影響，也和污染源的排放強(qiáng)度有關(guān)。
記者：霧和霾的區(qū)別是什么?
唐孝炎：霧和霾的區(qū)別看起來似乎不大，只是濕度的問題。但是對它們的判別界限問題曾經(jīng)引起氣象學(xué)界一段時間的學(xué)術(shù)討論和爭議。簡言之，按當(dāng)前氣象部門的定義，大氣的濕度低于百分之八十，顆粒物的光效應(yīng)使能見度下降到十公里以內(nèi)，造成灰蒙蒙的視程障礙現(xiàn)象叫做霾，但是當(dāng)濕度高到百分之九十以上，那時候就變成輕霧，水汽更大時就成為霧了。霧較容易散去，霾卻很難。因為霧含水量大，受天氣變化的影響比較大，太陽一出來，遇到干燥空氣，霧就很容易散去，所以霧一般不會整天都有。但是霾就比較麻煩，因為它水蒸汽含的不多，濕度在百分之八十以下，再加上霾所處空間一般是3000米以下，如果當(dāng)上空存在逆溫層，而水平方向沒有風(fēng)或風(fēng)很小，空氣上下對流或者水平流動不暢通時，霾就無法散去。
記者：環(huán)境污染特別是能源使 用產(chǎn)生的污染對霧霾的產(chǎn)生有哪些影響?
唐孝炎：污染是造成嚴(yán)重霧霾的內(nèi)因，氣象條件則是外因。霧霾跟能源使用的排放有關(guān)。我們知道，二氧化硫、氮氧化物、氨氣以及揮發(fā)性有機(jī)物等污染物都是氣體，為什么到大氣中會變成顆粒物并最終形成霾呢?因為大氣具有氧化性，能源燃燒后排放的氣體污染物可以說是一次污染物，進(jìn)入大氣中以后，產(chǎn)生了非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了二次污染物。由于一次污染物的價態(tài)偏低，比如二氧化硫、一氧化氮都是屬于還原價態(tài)，而大氣中存在大量的自由基，低價態(tài)的氣體很容易跟自由基產(chǎn)生被氧化的反應(yīng)形成高價態(tài)的硫酸、硝酸、硫酸鹽和硝酸鹽等，有機(jī)物也有此反應(yīng)。
目前，我們對霧霾成因的研究中對VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)的重視還不夠。排放進(jìn)大氣的VOC和氮氧化物是使大氣氧化性增強(qiáng)的關(guān)鍵物質(zhì)，由于他們的非線性關(guān)系，地區(qū)不同兩者作用的比值也會有所不同。比如，曾有研究指出，北京城區(qū)的大氣氧化性的增強(qiáng)，VOC的作用甚至大于氮氧化物，而郊區(qū)則相反。VOC是碳?xì)涞慕Y(jié)合體，它的產(chǎn)生相當(dāng)大部分和燃燒有關(guān)，可以說任何燃燒都會產(chǎn)生VOC，所以跟能源的使用密切相關(guān)，煤炭、石油、天然氣里面都存在有機(jī)質(zhì)，煉油、化工都是排放大戶，甚至秸稈燃燒、使用涂料和餐飲等也產(chǎn)生VOC。長期以來，人們一直認(rèn)為煤炭燃燒是霾形成的主因，忽視化工產(chǎn)生的污染，關(guān)注的重點主要是煙塵和二氧化硫，忽略了氮氧化物和VOC，如果認(rèn)識清晰起來，天然氣不能算是清潔能源。
鍋爐和汽車中的燃燒過程都會產(chǎn)生細(xì)顆粒物，PM2.5有一次排放和二次排放之分，一次排放就是燃燒直接產(chǎn)生的顆粒物，二次排放是燃燒產(chǎn)生的氣體在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和核化反應(yīng)后產(chǎn)生的顆粒物，電廠目前已有的除塵裝置，最多只能除掉PM1以上的顆粒物，PM1以下的還除不掉。
“要重視能源消費的精細(xì)化管理”
記者：汽車的使用對城市霧霾影響有多大?
唐孝炎：汽車會排放很多VOC，VOC的多少和油品以及燃燒是否充分有很大關(guān)系，有機(jī)物最好的轉(zhuǎn)化結(jié)果就是變成二氧化碳和水，但是發(fā)動機(jī)的燃燒過程來不及充分完成就排放掉了，特別是汽車在城區(qū)低速行駛或怠速的時候。有些國家就有專門法律規(guī)定，遇到紅燈時汽車必須熄火。
有人認(rèn)為城市里的汽車排放了很多氮氧化物，其實不全是這樣，氮氧化物的產(chǎn)生和燃燒的溫度關(guān)系最大，汽車在城區(qū)行駛，速度不會太快，發(fā)動機(jī)燃燒溫度不會太高，氮氣和氧氣的反應(yīng)轉(zhuǎn)化就比較少。哪兒的氮氧化物多呢，高速公路上，汽車在高速公路行駛的速度很快，發(fā)動機(jī)溫度很高，產(chǎn)生的氮氧化物就越多。柴油車排放更多。
控制汽車產(chǎn)生廢氣的一個方法是在汽車上安裝“三元催化轉(zhuǎn)換器”，現(xiàn)在汽車上一般都裝了，但是用的時間長了它會老化，作用會減弱，所以新車的氮氧化物排放比舊車要低。現(xiàn)在香港要求汽車的“三元催化轉(zhuǎn)換器”每兩年必須更換一次，但是我國大多數(shù)省份沒有這個要求。
有時候我去北京的北五環(huán)，馬路邊上有很多人拿著代辦車檢的牌子，現(xiàn)在這個事兒已經(jīng)成為了一個行業(yè)，不管你的車合不合格，他們都能幫你檢測合格?，F(xiàn)在又出現(xiàn)了租借“三元催化轉(zhuǎn)換器”的現(xiàn)象，車主可以花錢租借一個新的來專門應(yīng)付車檢，驗完之后再還給人家。這個現(xiàn)象的背后就是管理問題，現(xiàn)在的管理是粗放的，而不是精細(xì)管理。
記者：您認(rèn)為我國能源生產(chǎn)革命努力的方向是什么?
唐孝炎：能源生產(chǎn)革命很好理解，新能源要跟上去，老能源不是不用，而是解決怎么用的問題。舉個例子，四川盆地的天然氣資源非常豐富，怎么用好?有沒有注意到天然氣燃燒到足夠高的溫度時就產(chǎn)生大量的氮氧化物?天然氣使用要注意燃燒溫度，低氮燃燒器也好，尿素什么的也好，都要考慮到氨氣是大氣顆粒物形成的非常重要的一個因素，把硫酸、硝酸等反應(yīng)成鹽類，最容易的就是氨。氨的來源又有很多，特別是牛羊豬等養(yǎng)殖業(yè)排放大量的氨，農(nóng)村的露天廁所也會。 別小看餐飲一條街，VOC多，二氧化硫也高，氮氧化物也高，所以說能源利用的問題很復(fù)雜。特別是對于北方城市，冬季采暖的散煤燃燒問題，采暖地區(qū)郊區(qū)每年冬天用掉的散煤如何管?有的政府不管這些小的，只管電廠大鍋爐還有冶金等這些重點源。散煤燃燒，分散污染非常嚴(yán)重。所以我覺得能源革命里面生產(chǎn)和消費都要有，要注意這些小的以前沒注意的東西。
現(xiàn)在新能源的動作還是太慢，一定要開發(fā)新能源，風(fēng)電可以上網(wǎng)了，但是仍然不能做到全部上網(wǎng)。風(fēng)電在許多地方可以發(fā)展，但是要打破許多框框，一定要解決并網(wǎng)問題。核電則是顧慮太多，福島的事情給我們帶來了很多影響，這是肯定的，真正要上核電必須重視選址，而且要吸取日本的經(jīng)驗，建在海邊的要對海況足夠的清楚。另外要擴(kuò)大宣傳，告訴大家核電怎么避免產(chǎn)生事故，過去切爾諾貝利影響很深，現(xiàn)在日本的福島更深，媒體一定要配合，讓大家不只是了解核電的表面，一定要甚解，要把人體健康安全、排放等解釋清楚。能源方面不可能不用核電，但是要知道它的性質(zhì)，需要什么預(yù)防措施。真正了解了，就不會對一些污染產(chǎn)生誤解或者恐懼。
記者：您提到了能源的精細(xì)化管理，它的作用有多大?
唐孝炎：能源消費革命，節(jié)水節(jié)電等節(jié)能措施可以取得很好的效果，真正的消費革命需要國家采取許多措施，比如美國洛杉磯針對汽車節(jié)能的措施就有很多，機(jī)動車道中有規(guī)定必須坐滿兩人以上才能行駛，這是汽車方面的消費方式。另外我特別喜歡講的是巴西的一個城市，他們市長在規(guī)劃城市的時候就設(shè)計了專門的馬路通道，其寬度只允許一個大巴車來一個大巴車去，雙向車道，金融機(jī)構(gòu)、政府機(jī)關(guān)、企業(yè)總部等只允許建設(shè)在這條主路及輔路旁。這條路只能通行公共汽車，所有輕型汽車來了只能停在郊區(qū)或大道旁，然后人們換坐公交車進(jìn)城。另外他們?yōu)榱耸箍諝饬魍ê茫谥髀穬膳缘姆孔邮禽^低矮的，高樓都建在后面，不在汽車最密集的地方。這個城市有220萬居民，公交使用占70%以上，這種狀態(tài)從上世紀(jì)60年代到現(xiàn)在一直執(zhí)行，已經(jīng)幾十年了，城市環(huán)境比里約和圣保羅等還清潔。
