ACP: 船舶排放控制区现行低硫油政策可导致VOCs排放增加

张艳利 特任研究员

全球商品贸易80%以上贸易依靠海运。如果按单位油耗的污染物排放量来计算,船舶是“最脏“的排放源之一。随着陆上大气污染物排放源控制日趋严厉,船舶污染排放越来越受到关注。海船多使用高硫的重油和渣油,同时缺乏烟气处理设施,其排放的颗粒物和SO2对PM2.5污染控制不利,港口城市影响尤甚。世界各国普遍在沿海城市设立船舶排放控制区,规定区内行驶的船舶必须使用低硫油。我国拥有许多世界上最繁忙的港口,按货物呑吐量全球排名前十的港口我国占了7个。为了降低船舶排放、加强沿海地区PM2.5污染控制,我国设立了珠三角、长三角和环渤海(京津冀)三个排放控制区,要求区内船舶从2017年1月1日至2019年12月31日,逐步实现燃油硫含量控制在0.5%以下。然而,随着我国PM2.5污染持续改善,臭氧(O3)污染问题日益凸显。当前在珠三角、长三角和京津冀等城市群地区,臭氧已超过PM2.5,逐渐成为影响空气质量优良率的首要因素。挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物是大气光化学生成臭氧的前驱物,设立排放控制区的限硫政策,在有利于PM2.5污染控制的同时,对臭氧污染控制有何影响,这是沿海港口城市比较关心的实际问题。

中科院广州地球化学研究所王新明研究员团队张艳利特任研究员、博士研究生吴振锋和广州市环境监测站在中国重要的港口广州港,登船测试了多艘沿海船舶和内河船舶在停泊状态下的颗粒态和气态污染物的排放情况,以评估排放控制区设立前后因燃油限硫带来污染物排放变化。除PM2.5、SO2等常规污染物,重点探讨VOCs排放变化及其相应带来的臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的改变。研究主要发现:

1. 对同样两艘海船,实施排放控制区限硫政策后,沿海船舶SO2和PM2.5的排放因子显著下降(图1),下降比例分别约为78%和45%,但VOCs排放因子却增加了4-6倍。综合所有测试的沿海船舶,政策实施后VOCs排放因子平均增加了约14倍。

图1 同样两艘沿海船舶SO2、PM2.5和VOCs燃油政策实施前后排放因子变化

2. 政策实施前后,不仅VOCs排放量增加,海船排放的VOCs组成也发生了巨大变化。如图2,在政策实施前,排放VOCs以大气反应活性较弱的高碳链的正十一烷和正十二烷为主;而在政策实施后,则以大气反应活性较强的低碳链的不饱和烯烃(如乙烯、丙烯)为主。内河船舶(不仅排放控制区限硫政策排放VOCs组分以低碳链的烯烃和烷烃为主。

图2 政策实施前后VOCs组成的变化

3. 正因为政策实施后海船排放VOCs活性组分增加,其臭氧生成潜势(OFP)大幅增加,最大可增加约29倍。内河船舶VOCs没有受到排放控制区政策影响,但无论是其VOCs排放因子,还是是其相应的臭氧生成潜势,都约为政策实施后海船的2倍。内河船舶排放更直接影响城市群地区,因而也应受到关注。

图3 测试船舶VOCs排放因子及OFP

研究揭示沿海船舶燃油从高硫含量的残渣油或擀油转换为低硫重油或柴油后,SO2和PM2.5排放确实显著降低,这对于改善港口地区PM2.5污染状况有十分积极的作用。但政策实施后沿海船舶活性VOCs排放大幅上升可能对控制臭氧污染不利,同时内河船舶这一“隐患”一直存在。因此,当前船舶污染物排放控制可能要更加系统评估VOCs排放及其其对臭氧污染的影响。

相关成果发表在Atmospheric Chemistry and Physics期刊上。该研究得到了国家基金(41571130031/41530641)、国家重点研发计划项目(2017YFC0212802)、中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDJ-SSW-DQC032)和中国科学院青年创新促进会(2017406)等项目资助。

论文信息:Wu, Z., Zhang, Y.*, He, J., Chen, H., Huang, X., Wang, Y., Yu, X., Yang, W., Zhang, R., Zhu, M., Li, S., Fang, H., Zhang, Z., and Wang, X.: Dramatic increase in reactive volatile organic compound (VOC) emissions from ships at berth after implementing the fuel switch policy in the Pearl River Delta Emission Control Area, Atmos. Chem. Phys., 20, 1887–1900, https://doi.org/10.5194/acp-20-1887-2020, 2020.
论文连接:https://www.atmos-chem-phys.net/20/1887/2020/