机动车尾气污染控制的研究进展及新技术

龚 雁

（武汉市硚口区辐射和危险固体废物污染防治管理站 湖北武汉 430000）

引言

环境污染如果找不到有针对性的解决办法，归根结底受害者是人类自身，因此机动车尾气治理是一个亟待解决的问题。“十五”以来，科技部一直支持汽车尾气污染控制技术和产业发展。“十一五”期间，“汽车污染控制技术研究”被列为国家863 计划重点项目。针对即将出台的国Ⅳ排放标准和未来的国Ⅴ排放标准，制定了我国国家排放标准，如何将废气污染减少，提高城市环境质量，已成为城市发展中的重点问题。减少机动车尾气排放不单需要提高技术及既定的标准，更需要有相关政策的支持。同时，也需人们提高人们的文明驾驶意识和节能环保意识。

1 我国城市机动车尾气污染现状

自进入21 世纪以来，人们的生活状态渐入佳境，其汽车拥有数量也在增加且使用的范围性随之扩大，尾气问题对环境的危害日益突出。机车尾气污染情况也从区域性问题转变成了全球性公共危机问题。近年间，空气污染类型发生了变化。以往是烟尘，而现在是烟尘和机动车尾气的混合物。新时代的到来，机动车污染已逐渐变为大气污染的源头。由于机动车数量的增加，空气污染的程度也在随之增大。机动车尾气中的一氧化碳和碳氢化合物成为空气污染的关键来源。据环境保护部报告，部分城市机动车尾气污染物对大气污染指数的贡献率在60%以上，部分大中城市的机动车数量正在逐步增加，虽然人们对城市病投入很大，但效果并不理想[1]。

2 机动车尾气主要污染物种类及危害

机动车尾气污染物成分相对复杂，其中包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅、醛类化合物、烟尘颗粒等。众多污染源中，机车尾气污染排放对环境造成了较大威胁，特别是寒冷阴霾气候的污染源中，机车尾气比重占25%。伴随大批量的机车尾气排放使得空气当中氮氧化物，碳氢化合物，铅和其他污染物的含量持续增加，并且对人们健康、儿童成长引发危害。

2.1 一氧化碳污染

一氧化碳是机动车发动机有害排放物中浓度最高的成分。机动车发动机在低负荷和高负荷工作时会产生一氧化碳。它可随呼吸道进到肺泡之中，被血液吸收并与血红蛋白相互融合，形成名为碳氧血红蛋白的物质。它能使得血液载氧能力减退，引起组织性缺氧，从而一定程度上影响心血管系统和神经系统。然后，反应将变慢、理解力和记忆力变差，在严重的情况下，将威胁人们生命，并对人体造成不可逆转的伤害。

2.2 碳氢化合物污染

机动车尾气中的碳氢化合物有200 多种，未燃烃含有饱和烃、不饱和烃和一些含氢化合物，其组成复杂多变。HC 中的大部分成分对人体健康无明显直接影响，但少量醛类会对人的器官或系统具有刺激作用，如鼻子、眼睛以及呼吸道，其中C2H4在大气中的浓度达0.5ppm 时，能使一些植物发育异常。未燃烃也是形成光化学烟雾主要物质。

2.3 氮氧化合物污染

机动车发动机排放的氮氧化物以一氧化氮和二氧化氮为主。一氧化氮无毒，但高浓度的一氧化氮可以引起中枢神经系统相对紊乱，易氧化成具有毒性的二氧化氮。氮氧化合物到肺后，会形成亚硝酸、硝酸，对肺组织有着剧烈刺激性作用，还让肺毛细管通透性增加，最后造成肺气肿。氮氧化合物同样也是光化学烟雾的成分。

2.4 醛类化合物

醛类物质是因为碳氢化合物的不能完全的燃烧而产生的，它是内燃机的废气排放。虽然废气中的醛含量相对较低，但当机动车数量增多、尾气污染就会变多，这样逐渐叠加就使得醛污染物对人们身体健康产生了相关危害，并且不可小觑。汽车尾气排放的醛类化合物中含有60%和70%中等醛，它为刺激性气体，对于眼睛、呼吸系统有很强刺激作用。人的嗅觉最值为0.0612mg，当浓度过高时会引发咳嗽、胸痛、恶心以及呕吐。

2.5 铅污染

主要是将四乙基铅作为抗爆剂加入汽油中燃烧产生的铅化合物。每1kg 汽油排放2.0kg 铅化合物，其中20%留在发动机中，70%以颗粒物的形式排放。铅粒子掺杂在城市的空气中漂浮与扩散，经呼吸道或皮肤进入体内，对胃、肾、心、肺、造血组织及神经中枢都有危害。当孩童血液中铅浓度达0.6-0.8ppm 的时候，儿童的生长与智力发育会受其影响，甚至出现痴呆儿病症。并且铅还能透过母体进到胎盘，危及胎儿生命。

2.6 颗粒污染

主要是燃料不完全燃烧产生的烟尘和油颗粒。机动车尾气中的悬浮颗粒物，能让肺功能损害，增加慢性呼吸道疾病的发病几率。煤烟还常常含有强致癌芳香烃，如苯并芘是碳烟中存有的强致癌物，柴油发动机的颗粒成分比汽油发动机的更为复杂，颗粒数量是汽油发动机的30～60 倍。

2.7 噪声

机车所形成的噪音占主要噪音的80%。机车启动行驶之时其内燃机、轮胎以及喇叭等会产生大量的噪音，使得人们心烦气躁、失去睡眠，疲惫不堪甚至是记忆能力有所减退，给人们造成精神力衰弱，导致后果十分严重，影响人身健康。

3 机动车尾气治理技术

要有效控制机动车尾气，应提高燃料的燃烧性能，改变发动机结构或净化机动车尾气，以降低尾气排放的影响，从而达到预期的废气有效控制[2]。

3.1 改善燃料燃烧性能

处理方法主要是添加添加剂或燃油磁化。当前市场上使用的添加剂大多是化学添加剂，借助乳化或分散的方式使燃油全面进行燃烧。这类化学添加剂虽能促进燃料的燃烧，但会与燃烧产物发生反应，产生一些致癌物质，生成二次污染。另一种是磁化节油法，尽管有一定的理论基础支持，但因其燃料本身、磁化时间及磁场强度等因素影响，并未达到理想化的实际效果。

3.2 改变发动机结构

发动机是机动车的动力源，也是城市空气污染源头之最，要想从根本上解决机动车尾气污染问题，必然要研究、制造出更先进环保型发动机供车使用。伴随现代化工业快速发展，发动机结构也随之取得了很大程度的改善，但却显示出部分缺点，如操作方法相对困难，治理的周期较长。

3.3 净化机动车尾气

目前常用的方法是在机动车排气口增加尾气净化器，对机动车产生的尾气进行净化以减少污染，包括安装机动车曲轴箱强制通风装置、安装汽油车燃油蒸发污染控制装置、安装机动车电子点火器、安装机动车磁化净化器等。这些方法较为简便，通过过滤机动车尾气，使排放到空气中的尾气危害降低[3]。

4 机动车尾气治理新技术

目前机动车尾气治理新技术有燃料电池、替代新燃料、机动车尾气降解剂等。

4.1 燃料电池

燃料电池是一种新型的无污染、无噪声的机动车电源。它可以直接将燃料的化学能转化为电能而不燃烧，具有可靠性高、适用性强、能量转换效率高、低污染、低噪声等特点。根据电解质的不同，燃料电池大致可分为五类：碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固态氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）。

4.2 替代新燃料

替代新燃料主要有天然气、液化石油气、乙醇汽油、生物柴油几类。天然气和液化石油气是机动车燃料的理想替代品。它们能在发动机中充分燃烧，机动车发动机无需大的改动即可直接使用，使机动车排放的污染成分远低于汽油机和柴油车。最近，因为环境保护的压力和能源危机的影响，燃气机动车得到了世界各国政府的重视和支持。大批量实验与研究显示，该方法能明显减少机动车尾气排放污染，其成本低、安全性相对较高、性能较好[4]。乙醇汽油是一种机动车燃料，它将乙醇（变性燃料）与汽油依据一定的比例进行混合而制成的。早在20 世纪，乙醇汽油作为机动车燃料就已经出现在巴西、印度等国。我国使用乙醇汽油作为机动车燃料的技术非常成熟，一些地方已经推广使用乙醇汽油，但与汽油车相比成本较高，经济效益稍低。生物柴油是用植物油或动物脂肪，经过化学加工制成的一种可再生能源。能够用于柴油机，与柴油按任意比例进行混合性匹配使用。使用生物柴油可以减少温室气体排放和空气污染，有利于发展国内经济，削减石油供应需求，最终达成可持续发展。

4.3 机动车尾气降解剂

机动车尾气降解剂是国家高新技术企业自主研发的纳米光催化产品，可用于道路机动车尾气降解，运用专用施工车辆将它均匀喷洒在道路表面后，附着在道路表面的光催化产品经过阳光的照射，把尾气当中的氮氧化物、碳氢化合物进行降解，形成了以硝酸钙为主要成分的无害盐类，通过下雨及城市洒水车的冲刷，道路表面又能重新恢复机能。

结语

综上所述，为我们从技术和政策层面解决这一问题指明了方向。中国正在进入世界汽车强国的行列，越来越多的机动车将带来更多的尾气污染。我们要继续吸收其他国家和地区在治理机动车尾部污染方面的先进经验和管理方法，从管理和技术层面做好这场硬仗的准备，使之在危机前化为乌有，只有这样我们才能生活在更好的环境中。虽然我国机动车尾气控制技术取得了一定进展，但仍存在不足。目前看来，对现有技术进行分析改造，提高机动车尾气处理技术的可行性，或许是最快捷、最方便的途径。相信通过不断研究探索，我们将来一定能找到更完善的方法来解决机动车尾气污染问题。