浅析飞机尾气排放与臭氧污染的关系及对策

荆勇

【摘 要】本文查阅大量相关文献，通过分析飞机尾气成分和臭氧污染的危害，总结了臭氧污染的来源及其与飞机尾气排放的关联，并提出了改善航空臭氧污染问题的有效策略，旨在为大气环境保护提供理论参考。

【关键词】飞机尾气；氮氧化合物；臭氧；污染

1 前言

臭氧是一种挥发性碳氢化合物和氮氧化物等在太阳光照射下引起光化学反应的产物。而所谓氮氧化物和可挥发性有机物，一般来自于汽车尾气、石油化工厂废气以及森林植被排放等。高温、强辐射会加速光化学反应，导致大量臭氧出现。这种有害混合烟雾中除氮氧化物等污染物外，主要含臭氧和醛类物质等，也有细颗粒物，对人体呼吸系统有直接影响。与一直萦绕在我们耳边的PM2.5相比，臭氧确实并没有太多引起公众的重视，因为它没有前者那般“张牙舞爪”，但却悄悄潜伏在万里晴空，被称为“透明杀手”。当臭氧浓度高于一定范围后，容易引发光化学烟雾、灰疆等污染问题，严重影响生活和生产。近些年臭氧污染日益严重，已经成为全球环境保护领域专家关注的热点问题。

2 飞机尾气成分

燃气飞机涡轮发动机的燃料在燃烧室内转变为燃气，为飞机前行提供推動力，燃料燃烧后的产物会从机身尾部排入外界环境中，尾气成分主要分为四大类：

（1）燃料燃烧的理想产物：水、二氧化碳、二氧化硫；

（2）燃烧副产物：氮氧化合物；

（3）不完全燃烧产物：有机挥发性物质、细小的颗粒、粉尘等；

（4）未参与燃烧的成分：氮气、氧气。

3 臭氧污染的危害

3.1 人体危害

臭氧在空气中的实际含量相比其它成分低很多，是典型的二次污染。空气中臭氧浓度引起人员一定反应的浓度为0.5ppm，时间长了会感到口干等不适，浓度达到1ppm会引起人员咳嗽，对人体呼吸系统、肺功能等造成严重的刺激反应，引发哮喘、呼吸道炎症或慢性支气管炎等临床症状。高浓度臭氧还会刺激眼睛，出现头痛症状，甚至诱发心脏疾病。

3.2 植物危害

臭氧的植物毒性主要体现于它的强氧化性上，通过破坏植物细胞壁而引发急性植物细胞病变，造成植物死亡。

4 臭氧污染的来源及其与飞机尾气排放的关联

4.1 臭氧污染物来源

有研究表明地面层臭氧污染中约四分之一来自大自然臭氧层输送，二分之一来自于氮氧化物和挥发性有机污染物的光化学反应，其余的则来自区域外传输。

4.2臭氧污染物与飞机尾气排放的关联

随着民事航空事业的不断发展，因具备速度快，节约时间等有利条件，飞机已经成为当前人们旅游、出差等外出活动常选的交通工具。但随着环境保护宣传力度的不断加大，人们也开始逐渐意识到飞机尾气对人体健康、空气环境以及气候等造成的危害。21世纪初期，英国环境学专家评估了飞机尾气排放量，通往美国和欧洲的喷气式飞机，每往返一次所排放二氧化碳、氮氧化物以及挥发性有机污染物的总量是一辆家用汽车一年的排放量。

臭氧不属于飞机尾气成分，但其形成过程与飞机尾气有很大的关联。高温条件下，飞机燃料经燃烧后的氮氧化合物容易和碳氢化合物发生反应，产物中有臭氧。同时。进入空气层中的氮氧化合物在光照下也会碳氢化合物发生光化学反应，生成臭氧，增加太阳光辐射强度，形成光化学烟雾。燃油一氧化氮主要来源于燃料中有机氮的转化，其含量和燃料中氮含量息息相关。但飞机发动机燃料多数是煤油，氮含量较低，因此所产生的氮氧化合物相对较少。飞机处于巡航或滑行状态时，由于借助于强大的推动力，容易因燃烧不充分导致挥发性有机物含量和副产物氮氧化物增加，加剧臭氧污染。

5 控制飞机尾气臭氧污染物排放策略

一氧化氮在良好的空气状态下可以和臭氧发生化学反应，生成二氧化氮等气体，不容易造成臭氧累积。但若飞机尾气中同时排出挥发性有机污染物，一氧化氮会优先和其发生反应，臭氧会在空气中大量积累，诱发臭氧污染。由此也可以看出，臭氧污染防治的关键不仅仅是控制某种特定的污染物，而是协同控制多种污染物的排放。

控制臭氧污染的关键问题是控制其前体物。常见臭氧前体物包括氮氧化物、挥发性有机污染物。基于飞机发动机的工作原理和飞机燃油的特性，全球飞机尾气研究人员研究的热点主要集中于一氧化碳、碳氢化合物、水、二氧化碳、可吸入性粉尘、烟雾以及氮氧化物的排放上，其中，研究最为广泛的是氮氧化物。随着民航客机出行率的逐年增加，为了减少飞机尾气中氮氧化合物含量，降低可引发臭氧污染物质的排放量，可以采取以下几种措施加以改善。

（1）加大对新型、环保型飞机研发的投入资金，优化发动机设计，降低臭氧污染物排放量。以氮氧化物为基准，使用新型复合材料，研究新型绿色环保飞机，降低飞机自重。若可以在全国范围内推广使用环保飞机，臭氧污染问题可得到有效改善。

（2）减少飞机在地面滑行的时间或改进其滑行路线。处于慢车或滑行工作模式下的飞机，相比其他飞行状态，单位耗油量下经尾气排出氮氧化物污染物总量高50%。据调查资料显示，民航客机滑行时间由27min减少至22min，尾气中氮氧化物含量可降低10%左右。由此数据可以看出，为了减少飞机尾气引发的臭氧污染，节约燃油成本，建设飞机跑道时要充分结合具体情况，优化滑行路线，降低飞机尾气中臭氧污染物的含量。

（3）推广地面电源替代飞机辅助动力装置，重点区域民航机场在飞机停靠期间主要使用岸电替代辅助动力系统，减少飞机怠速状态下的空气污染。

6 结论

随着航空事业的飞速发展导致全球飞机能源消耗和尾气排放量逐年增加，加大了生态环境的负荷，也容易引发温室效应和臭氧污染等问题，环境保护专家对飞机尾气的研究也越来越充分。基于飞机尾气引发的臭氧污染问题，航空材料研发人员必须具备创新思维，采用绿色无污染燃料来降低飞机尾气中臭氧污染物的排放量。

参考文献：

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（作者单位：陕西省西咸新区空港新城管理委员会）