科学如何为中国治理雾霾决策服务

周志田，杨多贵，庄园，李赞

(1.中国科学院科技战略咨询研究院 北京 100190；2.中国科学院交叉科学中心唐山科学发展研究院 ，河北 唐山 063000)

科学如何为中国治理雾霾决策服务

周志田1，杨多贵1，庄园1，李赞2

(1.中国科学院科技战略咨询研究院 北京 100190；2.中国科学院交叉科学中心唐山科学发展研究院 ，河北 唐山 063000)

雾霾；政策；科学

通过探讨雾霾的成因、减少污染物排放技术、雾霾防治措施等雾霾科学问题，研究从雾霾的科技需求以及促进雾霾科技成果转化两方面构建雾霾的科技支撑体系，并最终给出了6点科学服务中国治理雾霾决策的政策建议。

一、雾霾的科学问题

(一)雾霾的成因

雾霾是雾和霾的混合体，其中雾是近地面水汽凝结形成的气溶胶系统，发生时相对湿度大于90%、能见度小于1.0km；而霾是空气中灰尘、硫酸、硝酸、碳氢化合物等非水成物形成的气溶胶系统，发生时相对湿度低于60%，能见度小于10km[1]。当空气中存在大量的灰尘、硫酸、有机碳氢化合物等细小霾粒子使大气浑浊，且大气水平方向静风现象增多、垂直方向出现逆温时，雾霾天气就产生了。我国中纬度地区环流经向度小，北方冷空气强度变弱，大气静稳且相对湿度较高，导致华北、山东、河南等地受低压辐合或均压场影响，风速小，空气水平流通不畅，加上城市楼群的阻碍进一步城市的风速，静风现象增多使得大气中的悬浮霾粒子在城市和近郊地区积累[2]；而逆温层是非常稳定的气层，阻碍气流向上和向下扩散，在空中形成了一个扇形污染带，一旦逆温层消退，会产生短时间的熏烟污染，加重地面空气污染程度。

从雾霾的产生原因来看，只有从减少空气中的灰尘、硫酸、有机碳氢化合物等细小霾粒子入手，才能防治雾霾天气。研究表明，二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物是雾霾的主要成分，主要来自于大气污染物排放，四大污染源有：煤炭等能源消耗；石化、炼油、冶金等重工业、化工业排放；机动车尾气；生活污染以及工地扬尘。因此减少大气污染物的排放对于治理雾霾至关重要。

可吸入颗粒物是加重雾霾污染的罪魁祸首，主要包括PM10(直径在2.5—10微米之间)和PM2.5(直径小于2.5微米)，其中PM2.5对人体危害最大，能够进入人体血液循环，危害肺组织，是雾霾治理的重中之重。PM10和PM2.5包括来源于地质活动、扬尘、挥发、燃烧、高温过程产生的一次颗粒，以及在空气中通过化学反应产生的二次颗粒。二次颗粒是二氧化硫、氮氧化物、氨在空气中反应生成的硫化合物、氮化合物和铵盐等二次无机气溶胶(SIA)及漂浮的有机化合物(VOC)在空气中反应生成的二次有机气溶胶(SOA)。王新，何茜(2013)[3]指出：PM2.5主要来源于汽车排放、工业污染和燃煤。

(二)雾霾防治措施

二氧化硫是雾霾的第一组成成分，减少二氧化硫的排放是防治雾霾的重点之一。燃煤电厂是我国二氧化硫排放的第一大领域，因此燃煤电厂脱硫技术的应用非常重要，可以将这一过程按时间顺序分为三个阶段：一是燃烧前期的脱硫技术。主要是在煤粉燃烧前进行脱硫处理，可在根本上减少二氧化硫的排放量，常见技术有：微波法、浮选法以及强磁分选法；二是燃烧中期的脱硫技术。就是在燃烧过程中进行脱硫处理，主要通过添加脱硫剂完成这一过程；三是燃烧后期的脱硫技术。对电厂产生的烟气进行脱硫，最普遍的方法是石灰石-石膏法，其次还有干法脱硫、氨水脱硫等[4]。

减少氮氧化物的排放也是防治雾霾的重要内容。钢铁行业是污染物排放的重点领域，在工业污染物排放总量中占比8%以上[5]。研究表明，烧结烟气是钢铁行业所排放的二氧化硫、氮氧化物等污染物的主要来源。对烧结烟气进行脱硫和去除氮氧化物是减少钢铁行业酸性废气污染物的有效方法。针对铁矿石烧结过程烟气中的氮氧化物来源和特点，氮氧化物减排主要有三种方法：燃料控制技术、烧结过程控制以及烧结烟气脱硝。其中原料控制是基础条件，烧结过程控制是有效手段，烧结烟气脱硝是最终保障[6]。

石元春(2013)[7]研究认为：我国雾霾是煤炭消费和汽车增量喷井式发展的直接结果。因此做好减排工作一方面要严守污染物的入口，促进经济发展方式转型，降低对化石能源的依赖，同时要控制污染物的排放出口，大幅缩减排放总量。

从控制污染物出口的角度，应当根据不同地区的雾霾粒子来源不同，制定不同的防治措施。如京津冀地区是我国雾霾最严重的地区，以煤炭为主的能源使用是该区雾霾粒子的主要来源，因此应从以下四点入手：(1)在该区严格限制煤炭使用，尤其是对电力行业的煤炭使用，并且不再新建燃煤发电厂，最大程度开发该区及周边的可再生能源代替燃煤发电；(2)关停、整改水泥厂、炼钢厂等高污染高能耗产业，积极推进燃气锅炉取代燃煤锅炉；(3)严禁焚烧农业废弃物，积极推广居民使用天然气，全面改造民用和小规模的商业炉灶；(4)大幅提升油品质量，提高汽车排放标准[8]。

防治雾霾最根本的还是要从源头把关，即改善能源消费结构，使用高效清洁的新能源。西方早期的工业化国家的能源结构经历了从煤炭到石油、天然气再到如今具有可再生和清洁两大优势的新能源的发展历程。我国若想从根本上改善如今的雾霾天气，只有逐渐用石油、天然气代替煤炭，并开发使用可再生能源。除传统的水能、太阳能之外，如今最受追捧的是生物质能。生物质能的原料主要是作物秸秆、禽畜粪便、林业剩余物、加工业的有机废水废渣、城市的污水污泥、和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。并且，生物质能是唯一可以大规模替代车用化石燃料的可再生清洁能源，这一点是核能、水能、风能等难以做到的。

二、雾霾防治相关的科技需求

(一)雾霾控制的科技需求

控制雾霾除了调整产业结构和能源结构，严格控制排放标准等措施外，最关键、最重要的还是要靠科技创新去破解[9]。雾霾控制有以下4个方面的技术需求：(1)依靠科技创新推动节能减排，控制大气污染物排放，引导企业采用先进适用技术、工艺和装备减少大气污染。重点支持脱硫、脱硝、高效除尘等关键共性技术研发，推进挥发性有机物污染治理、餐饮油烟污染治理、环境监测等领域的科技创新；(2)综合利用新能源，重点发展太阳能、风能、生物质能等清洁可再生能源。燃料乙醇已成为石油资源的良好替代品，将乙醇发酵工程与环境工程有机统一，构建“乙醇沼气双发酵耦联环形工艺”，实现燃料乙醇的无废(水)制造，推动液态深层发酵产业向绿色无废(水)制造方向转型；(3)作为世界上最大的焦炭生产国，焦化工业污染物亟需科技净化。研发焦炉煤气深度净化技术，采用“洗油预洗及两段串联塔式全干法煤气再生”等技术工艺，将焦炉煤气进行深度净化，有效控制焦炉煤气排放；(4)汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，亟需发展汽车尾气处理技术、推广液化天然气(LNG)汽车、构建现代物流体系等来控制机动车尾气污染、打造绿色交通。

(二)雾霾监测的科技需求

雾霾监测有利于准确掌握大气雾霾污染特征，认识其发展和演变规律，为科学防治雾霾奠定基础。雾霾监测有以下几个方面的技术需求：(1)研究能够对大气细颗粒、水汽和臭氧空间分布进行长期有效的监测和分析的激光探测技术，研制大气细颗粒物、水汽、臭氧探测激光雷达，实现对流层范围内大气细颗粒物、水汽、臭氧的空间分布和时间演化过程的在线探测；(2)大气光氧化剂 和 自由基不仅是大气氧化能力的重要指标，也可以衡量污染气体自清洁能力，对于雾霾形成机理研究尤其重要，对自由基的高灵敏、高时间分辨率的探测技术亟待研究，亟需开发大气氧化性自由基现场检测系统；(3)建立烟雾箱系统，实现可控条件下的大气物理化学过程模拟，并实时监测反应过程中致霾前体物和生成的二次颗粒物的浓度和理化性质的变化，进而揭示二次粒子生成机制；(4)开展与致霾效应密切相关d颗粒物粒径分布、吸湿性和光学性质的在线监测技术研发和雾霾前体物、中间物及其产物的在线监测技术研发，并组建气溶胶理化性质测量的综合研究平台，实现气溶胶多种理化性质的同时在线监测；第五，组建覆盖区域的大气环境质量监测预警网络，实现都区域大气环境质量变化的监测预报及快速反应，实现区域内大气污染防治联防联控机制。

(三)雾霾防护的科技需求

雾霾天气会给人体带来很大不适，其中罪魁祸首PM2.5由于粒径小、表面积大、组成复杂，易于富集空气中的有毒有害物质，被公认为大气环境中对健康危害最大的污染物。在雾霾天气时进行有效的自我防护是抵御雾霾的最后一道防线。雾霾防护有以下几个方面的技术需求：(1)研制高效可靠的PM2.5防护产品，研制呼吸防护装能够在防护PM2.5的同时保证口罩的透气性，减少呼吸阻力。采用性能优良的新材料制造防护用品，如基于熔喷工艺的静电驻极材料、基于静电纺丝的纳米纤维过滤材料等具有更高过滤效率和更低阻力，抗菌材料可以防止细菌滋生，更健康安全；(2)研究能够综合反映多种大气污染物对健康的危害的“空气质量健康指数”，并逐步取代“空气质量指数”，以直观的方式告知公众空气质量对健康危害的程度，利于指导公众采取适当的措施减少雾霾的健康威胁；(3)研究利于排除吸入体内的细小霾粒子的饮食搭配，帮助人体清除肺部甚至进入更深入组织的颗粒，减少体内颗粒物残留对肺泡壁的腐蚀。

三、科学服务中国治理雾霾决策的政策建议

(一)成立国家级的雾霾治理科学委员会

成立国家级的雾霾治理科学委员会， 委员会成员任命符合以下要求:(1)候选人应当是大气科学、环境污染、医学等领域的杰出人物；(2)委员的遴选仅仅以候选人的杰出业绩为基础;(3)委员的遴选必须具有广泛的代表性，考虑到全国范围内地域的全局性，以及学术观点的多样性。国家雾霾治理科学委员会主要职责包括：为国家雾霾领域重大研究领域和项目的遴选提供咨询；为国家雾霾治理重大工程项目规划提供咨询；为国家出台雾霾治理重大政策法规提供决策建议。

(二)以严格的法律保障雾霾治理

雾霾防治需要有严格的法律手段作保障。可以借鉴国外立法治霾措施，例如英国1956年出台了《清洁空气法案》，规定城镇使用无烟燃料，推广电和天然气，冬季集中供暖，发电厂和重工业设施被迁到郊外等；1974年又出台了《控制公害法》，涵盖了对空气、土地和水域的保护条款。2005年欧盟开展“空气清洁与行动计划”，限制释放颗粒物，如车辆限行限速、工业设备限制运转等，且设立了“环保区域”，只允许符合环保标准的车辆驶入；欧盟制定了严格的汽车尾气排放标准。2013年欧盟启动《工业排放指令》，制定严格的大型锅炉和工业设施排放标准，柴油发动机必须配备微粒过滤器。2003年日本东京立法要求汽车加装过滤器，并禁止柴油发动机汽车驶入东京。

(三)完善雾霾治理的科学决策机制

决策的正确与否决定了雾霾治理的成败，为此必须建立完善的科学决策机制。从以下3个方面着手：(1)在重大项目的决策上，做到没有调查研究不决策，没有征求意见不决策，没有民主讨论不决策。(2)由科学工作者根据实际情况，在明确合理的目标前提下制定多个治理计划，并都每个方案进行综合的分析评价，比较各个方案的优劣，根据满意原则找出最优方案；(3)建立有效的决策评估机制，组织专家学者以及群众代表在一项雾霾治理项目实施后对决策结果进行评估评价，并向公众公布评价结果，追究责任人。

(四)建立雾霾治理区域合作模式

雾霾治理工作需要建立区域合作模式。在一个区域内，各个地方即对雾霾的形成施加或大或小的影响，又不得不忍受雾霾产生的后果，必须采取区域内相互配合、共同治理模式。同时，需要政府组织和非政府组织相互协调，相互支持、相互监督，各尽其能、各尽其职、各尽其责。通过共同治理机制，将组织、制度、技术和市场的互补作用充分发挥出来。区域合作模式需从以下4个方面推进：(1)建立协调平台。通过平等的协商平台，共同制定雾霾治理的实施规划，将治理什么、怎么治理和谁来治理等任务落到实处，确保共同治理雾霾工作的顺利推进；(2)完善治理机制。通过有效的制度安排，形成共同遵循的运作规则和共同认可的执行标准。促使煤改气、煤改电、集中供热等能源利用方式的执行，促使企业和家庭生产和消费达标的能源产品，促使公交优先战略的实施和新能源汽车的推广；(3)分解治理任务。一是把减排任务分解到各个地方和各类微观主体，二是把扩大植被覆盖面积和提高单位植被面积上的生物量等增加环境容量的任务分解到各个地方和各类微观主体；(4)开展协同创新。政府要引导区域内各方开展制度、组织和技术上的协同创新，实现污染减少与操作便利的统一，比如汽车行走途中停车自动熄火，继续行走自动启动的技术，推进天然气、水电、核电等清洁能源对化石能源替代。

(五)促进雾霾的科技成果转化措施

雾霾的科技成果只有充分的转化应用，才能实现创造的价值。从以下3个方面着手做好雾霾科技成果转化：(1)促进产学研结合。提高科技成果转化率，首先要解决科技成果完成单位的功能和定位问题，即承担科研项目的机构本身是否具有将科技成果转化的动力和能力。因此，要对创新体系中的主体功能进行合理划分和定位，充分发挥各个创新主体的功能和优势，强化产学研结合，实现有效衔接。(2)改善雾霾科技计划组织方式。在科研项目的管理中要避免出现项目决策者与项目承担者、成果使用者以及需求者的分离，这会造成科研成果与实际应用的脱节。以满足产业化发展为导向，以最终产品用户的需求引导研发的方向，强调科技成果对最终雾霾防治的推动作用，而不是技术的先进性。(3)推进区域科技成果转化计划。某些具有地区特征的雾霾科研项目需要结合地区的特殊需求，实施区域科技成果转化计划，解决地方项目产业化资金不足、市场开发不充分等问题。

(六)做好雾霾科学普及工作

认识雾霾之害是治霾的第一步。治理雾霾是一项具有长期性、复杂性和艰巨性的任务，因此要做好打持久战的准备，坚决向污染宣战。相关科学工作者及单位部门要加强雾霾科学普及工作，以精确的数字、典型的案例，图文并茂地向民众宣讲以PM2.5为核心的雾霾形成原因、雾霾的物理结构、对人体的危害，以及如何预防和治理雾霾等热点问题。从而让民众进一步了解雾霾的相关知识和保护环境的重要性。为了达到科学普及工作的理想效果，科普活动必须与时俱进、开拓创新、务求实效。一是内容要更新，将最新的科技成果及时传授给公众；二是形式要多样，坚持和完善行之有效的科普活动的同时，根据新的形势探索新途径和新方法；三是手段要先进，充分利用现代传播技术手段，运用现代化的工具在全社会大力传播雾霾相关科学知识，营造全社会共同治理雾霾的良好氛围。

[1]张军英,王兴峰.雾霾的产生机理及防治对策措施研究[J].环境科学与管理,2013(10)157-159.

[2]贺丰果,刘永胜.减少雾霾污染改善大气环境质量政策建议探讨[J]. 经济研究导刊, 2014(01):285-288.

[3]王新,何茜. 雾霾天气引反思 看国外如何治理[J].生态经济,2013(04):18-23.

[4]朱根清. 燃煤电厂脱硫技术分析[J].科技致富向导,2015(11):187.

[5]烧结烟气脱硫是钢铁行业二氧化硫减排的关键[J]. 冶金经济与管理,2010(01):23-24.

[6]刘大钧,魏有权,杨丽琴.我国钢铁生产企业氮氧化物减排形势研究[J]. 环境工程,2012(05):118-123.

[7]石元春. 中国雾霾的产生机理及应对策略研究[J]. 陕西电力,2013(04):1-4.

[8]雾霾真相——京津冀地区PM2.5污染解析及减排策略研究[J]. 低碳世界,2013,(22):21-23.

[9]翟媛媛,刘慧杰.雾霾当前凸显科技责任[J]. 创新科技,2014(01):8-13.

Science How to Serve for Abatement of Haze in China

ZHOU Zhi-tian, YANG Duo-gui, ZHUANG Yuan, LI Zan

(1.Institute of Scientific and Technological Strategy Consultancy, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China; 2. Tangshan Academy of Scientific Development, the Center for Interdisciplinary Research Chinese Academy of Sciences, Tangshan Hebei 063000, China)

haze; policy; science

By discussing the haze scientific problems such as the cause of the haze, reducing emissions technology, haze prevention and control measures, research from the science and technology needs of haze, and promoting the transformation of scientific and technological achievements to build a haze science and technology support system, and give the 6 policy recommendations to scientific service China governance haze decision-making at the end.

2095-2708(2017)04-0024-05

2017-03-19

国家科技部国家重点研发计划重点专项(2016YFC0503407)。

周志田(1974-)，男，山东省鱼台人，副研究员，研究方向：可持续发展与绿色创新。 杨多贵(1969-)，男，安徽寿县人，研究员，中国科学院科技战略咨询研究院研究室主任，研究方向：可持续发展与绿色创新。

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