机动车尾气污染及其防治措施.docx
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机动车尾气污染及其防治措施
如何减少机动车尾气污染
林学院2012级环境工程专业硕士
1210010852290019李伟玮
机动车尾气污染及其防治措施
摘要
分析了机动车尾气成分及其对人体健康的影响，提出了减少机动车尾气排放，优化交通结构，推广清洁燃料，加强I/M制度等防治措施与对策。
并提出减少尾气的对策，及新能源汽车的发展。
关键词：
机动车尾气；污染；防治措施
目录
摘要
1机动车尾气污染现状3
1.1 机动车尾气已成为城市大气环境主要污染源3
1.2机动车尾气危害4
1.2.1机动车尾气的直接危害4
1.2.2机动车尾气的间接危害4
2 我国机动车尾气高污染的成因分析5
2.1 汽车质量不高,造成高排放5
2.2 燃油质量不高,造成高油耗、高排放6
2.3 道路制约和交通不畅造成高排放6
2.4 汽车尾气控制水平低6
2.5 管理职责不明确6
3尾气治理措施7
3.1减少尾气排放7
3.2优先发展公共交通系统7
3.3推广清洁燃料8
3.4严格I/M制度8
4 减少汽车尾气污染的对策9
5新能源汽车的发展10
5.1混合动力汽车10
5.2氮动力汽车11
5.3纯电动汽车11
6结束语12
参考文献
机动车尾气污染及其防治措施
1机动车尾气污染现状
1.1 机动车尾气已成为城市大气环境主要污染源
大气环境的污染源分为固定源和汽车源两类。
汽车的污染源主要来自于机动车的尾气排放，污染物包括：
一氧化碳（CO），氮氧化物（NOx），碳氢化合物（HC）等；固定污染源主要来自工业和居民生活的排气污染。
由于煤炭消耗在我国一次能源总消耗量中占有较高的比例，因此燃煤排放的污染物如SO2，CO2，NOx以及颗粒物等过去一直是我国城市大气污染的主要污染源。
但是近年来随着环保技术的提高；特别是环保治理的力度加大，固定污染源污染所占的比重正在得以控制和下降。
而同时随着我国汽车保有量的快速增长，汽车源污染的严重性正在日益增加，其对大气污染所占的比重,特别是大城市正在发生结构性变化。
我国的一些大城市如北京，其机动车尾气排放对大气污染物的分担率已达到或超过西方国家所占的比例。
汽车尾气污染物CO,NOx和HC已成为城市大气污染的主要污染源。
1995年5月成都出现了国内首次由NOx所引起的光化学烟雾，6月在上海又出现了光化学烟雾，1996年北京,广州的NOx均超过0.1mg/m3[1]，表明这些城市潜在着发生光化学烟雾的危险，对其它大城市NOx等污染的严重程度也在提高[2]。
如今我国许多大城市已经很少看见蓝天白云，同发达国家城市环境形成了鲜明对比。
1.2机动车尾气危害
1.2.1机动车尾气的直接危害
机动车尾气污染不单单是数量上的巨大，相对于水污染和其他大气污染，尾气污染对环境的破坏、对人体的危害也是更加直接的。
机动车尾气中的主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、硫化物、铅等。
机动车尾气中的一氧化碳主要由汽缸内燃料不充分燃烧形成。
发动机汽缸本身的容积很小，在吸气冲程中吸入的空气只有20%是氧气，也就是说吸气冲程中吸入的空气最多只有20%参与燃烧，所以燃料在汽缸内无法充分燃烧，便会形成大量一氧化碳。
一氧化碳是一种无色无味的剧毒气体，可以在大气中保持两三年，是一种数量大、累积性强的毒气，它极易与血液中的血红蛋白结合，在极低浓度时就能使人或动物遭到缺氧性伤害。
机动车尾气中的碳氢化合物，主要是汽油中的碳氢化合物不完全燃烧产生的，在机动车尾气中含量不多，却是一种己被世界公认的强致癌物质。
碳氢化合物属挥发性有机化合物，它容易在太阳光下产生光化学烟雾，在一定的浓度下对植物和动物有直接毒性，对人体有致癌作用。
机动车尾气中的氮氧化物是在压缩冲程的末尾阶段产生，火花塞喷出电火花，将吸气冲程中吸入的燃料和空气混合物点燃，经过压缩的氮气和氧气，在高温和放电作用下生成多种氮氧化物。
氮氧化物会刺激人的眼、鼻、喉和肺，增加病毒感染的发病率，诱发肺细胞癌变。
机动车尾气中的硫化物主要是由燃料杂质中的硫元素在高温下发生化学反应形成的。
硫化物进入大气层后经氧化生成硫酸，在云中形成酸雨，部分硫化物还会形成悬浮颗粒物，随人的呼吸进入肺部，对肺部有直接的损伤作用。
机动车尾气中的铅主要来自汽油本身，汽油大多数掺有防爆剂四乙基铅或甲基铅，燃烧后生成的铅及其化合物均为有毒物质，铅微粒随呼吸或通过食物链、水产品进入人体，能伤害人的神经系统，人体中铅含量超标可引发心血管系统疾病，并影响肝、肾等重要器官的功能及神经系统。
城市大气中的铅60%以上来自汽车含铅汽油的燃烧。
1.2.2机动车尾气的间接危害
尾气在危害人体健康的同时，也对人类生活的环境产生深远影响。
尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致酸雨，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。
冰川融化、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等都给人类的生存带来了严峻的挑战，气候变暖己成为人类的一大祸患，而二氧化碳就是地球变暖的罪魁祸首，机动车尾气就是二氧化碳的来源之一。
机动车尾气中各种成分还可能相互作用，经过复杂化学反应后，生成新的有害物质，也就是机动车尾气的二次污染。
其中最厉害的就是堪称“尾气杀手”的光化学烟雾，氮氧化物和碳氢化合物会在太阳光下产生光化学烟雾，这种烟雾会损害人的呼吸系统，腐蚀建筑和钢铁[3]。
最早出现的由汽车尾气造成的大气污染事件是1943年美国洛杉矶光化学烟雾事件，美国城市洛杉矶在20世纪40年代初就有250万辆汽车，每天消耗汽油1600万升，每天排放的尾气中含有大量石油烃废气、一氧化碳、氧化氮和铅烟，在强烈阳光作用下，发生光化学反应生成二次污染物，这些二次污染物与机动车尾气混合形成了光化学烟雾，对洛杉矶造成了灾难性的危害，仅因1943年光化学烟雾事件而死亡的城市居民就有400人之多。
2 我国机动车尾气高污染的成因分析
我国汽车保有量与发达国家相比，仍处于较低水平。
美国1993年汽车保有量为1.9亿辆，人均为0.74辆；而我国1994年人均为0.008辆，约为美国的1/100，但我国汽车尾气排放，造成的大气污染远较发达的国家严重。
其主要原因如下。
2.1 汽车质量不高,造成高排放
当今汽车设计改进以提高安全性、有利于环境保护和增加舒适性为主要目标。
新开发出的一些技术措施被用来控制汽车的污染排放:
机内措施包括供油系统采取电子喷射技术，点火系统采取高能点火和无触点分电器等，燃烧室采用节能设计，排气系统采用排气再循环装置等；机外措施包括采用催化转化器、曲轴箱排放物控制装置等。
这些技术措施对控制排放十分有效。
例如,美国1984～1993十年间,尽管车辆增加了近34%，但汽车排出的挥发性有机物和CO分别减少了35.5%和24%。
我国的汽车制造业在尾气排放控制技术方面，较发达国家有明显差距，国产汽车耗油高、排放高。
我国新生产轿车的HC，CO和NOx的排放量分别是1992年美国新车排放量的14.5倍、11.8倍和3.3倍。
整体的科研、技术水平低是我国机动车高污染状况的根本原因。
2.2 燃油质量不高,造成高油耗、高排放
我国机动车燃油存在标号偏低、质量不稳定、含硫量高等问题。
70号汽油的使用量近几年虽有所降低，但1994年仍达到52%，使用90号汽油以上的汽车生产量占汽车总产量的比例不足一半。
70号汽油对应的许用压缩比为6，低压缩比降低了燃烧效率，造成高油耗、高排放。
当前国际上轿车发动机通行的压缩比在9左右。
据了解，每公升汽油行驶里程，发达国家比我国高3～4倍。
2.3 道路制约和交通不畅造成高排放
由于交通状况的影响，汽车经常工作速度较低或怠速状态，而当汽车在市区内运行时，要低于这个范围，这主要与增设的交通状况有关，以道路面积对城市面积的占有做比较，天津为6.6%，广州为6.95，东京为14.1%，纽约为25.4%。
道路状况、车流量等交通因素直接影响机动车的污染物排放量。
车速越慢，污染物排放量越大。
2.4 汽车尾气控制水平低
我国的汽车尾气控制水平不高，目前的汽车污染控制水平仅相当于国外70年代的水平。
汽车污染物排放比国际水平高10倍。
除了我国汽车排放技术水平低、排放标准低，执法不严也是一种重要原因，新生产的车缺乏尾气净化装置强制安装措施，大部分不安装整机外尾气净化装置，即使在用的汽车其尾气排放合格也很低，超标排放车量多为国产车。
许多车辆对年检往往采取应付过关的态度。
2.5 管理职责不明确
政府部门配合不密切，按国外经验，环保部门负责排放标准的制定和监督实施，汽车工业部门和交通部门负责生产车和在用车的排放控制，而我国《大气法》中没有明确汽车工业部门应承担的责任,导致生产部门和环保部门互不配合,使得生产车排放污染控制收效不大。
3尾气治理措施
3.1减少尾气排放
一方面，使用三元净化催化器。
三元催化净化器起着对发动机做功产生的废气进行净化的作用，它是利用其滤芯中的钯、铂、铑3种元素，通过氧化法或氧化还原法过滤废气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物3种污染物，使尾气排放合乎要求，目前该项技术已经普及[4]。
另一方面，根据仪器监测发现，机动车低速和怠速行驶情况下，汽油不完全燃烧，其尾气排放中污染物、浓度大大增加，其中包含大量直径≤2.5μm的细微颗粒物，易随呼吸进入肺部，为此应改善城市道路交通，保证交通畅通，避免机动车低速和怠速行驶，起到减少机动车尾气排放的效果。
3.2优先发展公共交通系统
不同的交通工具，其运载效率、占用的交通空间不同。
而公共交通工具的运载效率最高，占用交通的空间最小，造成的污染也小。
巴西的库里蒂巴布市就是一个例子[5]。
他是世界上第一批被联合国命名的5座最适宜人类居住的城市之一。
由于该市优先支持公交系统，公交系统出行的可达性和舒适性均明显好于个体机动化的出行方式，许多有车族纷纷改乘公交车出行，虽然库里蒂巴布市私家车拥有量在巴西位居第二，但是私家车的使用率却是最低的。
就我国而言，公交车保有量还远远没有饱和，日本、新加坡和香港，其万人城镇人口公交车保有量分别为22.7，31.6和18.3，远高于我国9.1的水平。
3.3推广清洁燃料
新能源汽车又称清洁能源汽车，含混合动力纯电动（BEV，包括太阳能）、燃料电池电动（FCEV）、氢发动机、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）等能源为动力的汽车。
与使用汽油、柴油作为燃料的常规汽车不同，节能环保的新能源汽车一般分为4种：
使用天然气、生物质燃料、煤基燃料等替代燃料作为汽车的代用燃料；使用汽油、柴油、代用燃料或增加混合电动系统从而具有显著节油效果的混合动力汽车；单纯从电网取电使用蓄电池和电动系统驱动的纯电动汽车；利用车载氢燃料电池发电和电动系统的燃料电池汽车。
3.4严格I/M制度
根据国家环保部公布的2011年第49号公告《关于实施国家第四阶段轻型汽油车、两用燃料车和单一气体燃料车污染物排放标准的公告》，自2011年7月1日起，所有生产、进口、销售的轻型汽油车、两用燃料车、单一气体燃料车必须符合国家Ⅳ标准的要求。
生产、进口上述产品的企业，应按标准要求向环境保护部提出污染物排放达标车型的核准申报，环境保护部对通过审核的车型颁发环保形式核准证书。
4 减少汽车尾气污染的对策
根据以上分析，如何减少和避免机动车对环境的污染，除了政府的行为即通过立法制定严格的排放标准，以及对相关行业和部门严格的环保要求外，根本的出路还在于科学技术水平的提高。
为此从技术的角度提出了以下几点建议:
1）从汽车本身的角度考虑，鼓励汽车制造厂在降低成本的基础上更新设计制造低排放车，超低排放车和零排放车。
2）从燃料角度考虑，开发高效低污染的替代燃料。
目前可在我国大力推广使用液化石油气，压缩天然气为替代燃料。
无水酒精汽油混合燃料也可减轻汽车对环境的污染。
但液化石油气车，压缩天然气车要对汽车进行改装和建设加气站，无水酒精汽油燃料车不用改动原有车辆，供油站不需另增设备。
3）研制更加有效的尾气净化催化剂。
针对不同体系需要研制相应催化剂，液化石油气燃料车尾气排放中CO，HC量大大降低，尤其是CO,但是NOx排放量却略有增加，所以对于液化石油气燃料车尾气净化催化剂的首要任务是消除NOx。
天然气燃料车尾气排放中NOx，CO排放量较汽油车降低，但HC较多，所以要开发高效的去除HC尾气净化催化剂。
而乙醇汽油燃料车污染物主要有乙醇在燃烧过程中不完全氧化的产物醛、醚及未燃烧的醇，因而对于醇类燃料车，要研究具有低温起燃及深度氧化醇和醛类化合物能力的催化剂。
4）开发以燃料电池和太阳能等为动力的机动车辆，这是一种高效洁净的动力车辆，可以达到零排放，是一种完全的环境友好技术。
5新能源汽车的发展
5.1混合动力汽车
混合动力汽车是指拥有两种不同动力源的汽车，即采用传统燃料发动机，同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。
两种动力源在汽车不同的行驶状态下分别工作或一起工作，通过这种组合达到最少的燃油消耗和尾气排放，能量利用率由原来的60%提高到了95%以上，从而实现省油和环保的目的[6]。
按照混合动力驱动的联结方式，混合动力汽车可以分为串联式、并联式和混联式三类。
根据混合动力系统的混合度，混合动力车的动力系统还可以分为以下4类:
微混合动力系统、轻混合动力系统、中混合动力系统和完全混合动力系统。
按照燃料种类的不同，可以分为汽油混合动力和柴油混合动力2种。
目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展较快。
混合动力汽车的高性能车用电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。
在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放。
有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题，所以混合动力车型在实现绿色排放的同时，也满足了交通工具各项性能的要求。
混合动力汽车在国内发展较为迅速，一些大型城市的城市公交车，已经开始应用串联式的混合动力系统。
但是从环境保护的角度来分析，混合动力车还是需要汽油或者柴油的，只是相对于普通的机动车来说，比较省油，而且长距离高速行驶时，基本不能达到省油的目的，并没有完全根除对石油的依赖性，只是在一定程度上缓解了石油消耗量，减少了废气排放量。
同时，混合动力车对于车载电池的特殊要求，可能在电池生产回收环节产生更大的污染。
5.2氮动力汽车
氢动力汽车就是对现有的引擎加以改造，让引擎燃烧氢气和空气的混合气，其高能量密度所释放的能量足以使汽车发动机运转。
而且氢气与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，没有污染，所以氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具。
与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%，氢动力汽车能量转化效率高达80%，为内燃机的2一3倍。
行驶或者工作中不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。
氢气燃料中无腐蚀性杂质，汽车引擎管路及相关系统维修维护更简单。
所以，氢动力汽车可以说是传统汽车最理想的替代方案。
当然，氢动力汽车的相关技术研发和市场化推广难度也是最大的。
目前，在氢动力汽车生产中所面临的最大难题是氢能源的生产。
以现在的工业水平，氢还不能够工业化生产，更不要说像石油那样按需供应如此庞大的汽车市场。
工业生产中常用的几种方法，比如需耗电生产的水电解制氢法，需耗费化石燃料的煤制氢法等制氢法，都无法满足汽车业的巨大需求量。
同时，建立足够的氢能源供给配套设施，也是一项无比浩大且漫长烦琐的工程。
从环境保护的角度，对整个氢动力汽车工业生产体系来进行综合评价，氢动力汽车本身是十分环保的车型，但就目前的工业体系水平，在其整个系统依然存在着巨大的二氧化碳排放量，对于环境的总体影响依然是不利的，但是氢动力汽车的发展空间是最大的，其发展前景也是最值得关注的。
5.3纯电动汽车
电动汽车就是采用电力驱动的汽车。
纯电动汽车是完全由可充电电池提供动力源的汽车。
大部分电动车辆直接采用电机驱动，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子。
电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其他污染物也显著减少。
电动汽车无尾气排放、无噪声，对于缓解城市空气质量和减少交通噪声都大有裨益。
电动汽车较内燃机汽车结构更简单，维修保养工作量更小。
电动汽车停止时不消耗电量，在制动过程中，电动机可自动转化为发电机，实现制动减速时能量的再利用，提高能量的利用效率，特别适宜在城市运行。
目前国内电动汽车的技术基本成熟，商业化推广的最大障碍是缺乏系统化的充电设施网络，电动汽车对能源的依赖性较其他车型更显著，充电周期长也进一步降低了电动汽车的可用性。
同时，昂贵的高性能电池，使一般的电动汽车价格较同型号普通汽车贵出约30%，这也影响了其产业化的进程[7]。
电动汽车有着其他新能源汽车所无法比拟的优势，那就是其动力来源具有广泛性，随着电池和充电系统的不断发展，家庭电源即可为电动汽车充电，使得电动汽车随时可以得到能源补充，某种程度上，比燃油汽车更加方便及时，所以，电动汽车是所有类型的新能源汽车中，应用前景最为乐观的车型。
从环境保护角度对纯电动汽车进行分析，纯电动汽车无论是使用还是维护，对环境的影响己降至最低，是非常环保的绿色车型，但是纯电动汽车的动力源，即电池，其制造过程中依然存在着严重的重金属污染，至少以现在的科技水平还无法彻底消除因制造车用电池而产生的重金属污染[8]。
目前用于汽车的电池产品主要是铅酸蓄电池类，电极主要由铅及其氧化物制成，还有含铁、锌、锰以及微量的汞等重金属。
其中铅、汞、锰是可在人体和动物体内积累的有毒金属，对于人体危害巨大，同时对水体和土壤也会造成难以消解的污染。
2011年3月，环境保护部联合发展改革委、工业和信息化部等九部委联合召开电视电话会议，部署2011年全国整治违法排污企业保障群众健康环保专项行动。
今年的专项行动将重点整治重金属污染问题，其中铅蓄电池企业的整治将被作为首要任务。
6结束语
汽车是人类文明的重要产物，一方面，汽车的兴起与普及，极大地便利了人们的生活，是工业进程中不可缺少的推动力量;另一方面，汽车工业也为我们的环境带来了巨大的压力和破坏。
减少机动车尾气的污染，不仅需要我们的政府进一步加强控制与规范管理，也需要我们日常生活中积极实行绿色出行，减少不必要的机动车尾气排放，同时，也需要全社会来共同关注绿色能源汽车的开发与推广，让汽车成为推动人类社会发展的绿色推手，让汽车和汽车文明真正融入人类的文明史册。
参考文献
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中国统计出社,1994:
472-473,526-527.
[2]北京市环境保护监测中心.北京市空气质量周报[N].北京日报,1998-03-19
（1）～1998-05-21
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[3]安选，杨军，杜金梅.浅析城市机动车尾气污染与城市光化学烟雾的内在关系[c].中国环境科学学会2009年学术年会论文集（第二卷），2009.
[4]邵文燕.汽车尾气污染及治理技术[J].科技情报开发与经济,2009,19（16）:
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[5]许乾.济南市汽车尾气污染控制对策研究[J].潍坊学院学报,2008,8（6）:
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[6]AntoniSzumanowski.陈清泉，孙逢春编译.混合电动车辆基础.北京:
北京理工大学出版社，2001.
[7]陈清泉.现代电动汽车技术[M}.北京:
北京理工大学出版社，2002.
[8]马宪民.电动汽车电气驱动系统的新技术[J1.公路交通科技，2002（5）.
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