NG：低煙燃料并非“零危害”！研究揭示居民供暖超細(xì)顆粒物排放新風(fēng)險(xiǎn)

近日，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃汝錦研究員團(tuán)隊(duì)與愛爾蘭戈?duì)栱f大學(xué)等單位合作，在大氣污染與居民燃料健康效應(yīng)研究領(lǐng)域取得重要突破。研究首次系統(tǒng)揭示，為降低顆粒物質(zhì)量排放而推廣的低煙燃料，會(huì)顯著增加超細(xì)顆粒物的數(shù)濃度排放，其在人體肺部和肺泡的沉積貢獻(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)煙煤等燃料，當(dāng)前僅關(guān)注顆粒物質(zhì)量的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)存在明顯短板。并為全球清潔燃料政策優(yōu)化和空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)修訂提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

在全球大氣污染治理中，降低PM2.5等顆粒物質(zhì)量濃度是核心目標(biāo)之一。為解決居民固體燃料燃燒帶來的煙霾問題，愛爾蘭、中國(guó)等多國(guó)相繼推廣低煙/無煙燃料替代傳統(tǒng)煙煤、泥炭等，愛爾蘭更是通過煤禁令實(shí)現(xiàn)了黑炭濃度大幅下降和呼吸道疾病死亡率降低。然而，這類低煙燃料在實(shí)際應(yīng)用中的環(huán)境健康效應(yīng)尚未被全面揭示，尤其是粒徑小于100納米的超細(xì)顆粒物（UFPs），其可深入人體呼吸道、穿越血腦屏障，引發(fā)更嚴(yán)重的肺部炎癥和長(zhǎng)期健康風(fēng)險(xiǎn)，但目前尚未被納入主流空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)體系。

針對(duì)這一科學(xué)問題，研究團(tuán)隊(duì)以愛爾蘭低煙區(qū)為核心研究區(qū)域，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室燃燒實(shí)驗(yàn)、野外長(zhǎng)期觀測(cè)、人體肺部沉積模型分析和大氣化學(xué)傳輸模擬，開展了多維度系統(tǒng)研究。團(tuán)隊(duì)選取愛爾蘭市售的泥炭、煙煤、木材等原始燃料，以及無煙煤球、生物質(zhì)型煤等低煙燃料，系統(tǒng)測(cè)定了不同燃料燃燒的顆粒物數(shù)粒徑分布、質(zhì)量和數(shù)排放因子；同時(shí)在都柏林低煙區(qū)開展了2016-2023年的長(zhǎng)期野外觀測(cè)，結(jié)合伯爾鎮(zhèn)同步數(shù)據(jù)，揭示了低煙燃料使用下超細(xì)顆粒物的時(shí)空變化特征。

研究發(fā)現(xiàn)，低煙燃料雖使顆粒物質(zhì)量排放因子降低50%-77%，但其超細(xì)顆粒物數(shù)排放因子卻較傳統(tǒng)燃料高出2-3倍，粒徑模態(tài)集中在73-78納米，是所有測(cè)試燃料中粒徑最小的類別。更關(guān)鍵的是，超細(xì)顆粒物的肺部沉積效率隨粒徑減小顯著提升，10納米以下超細(xì)顆粒物肺部沉積效率可達(dá)90%，肺泡沉積效率為10%-25%，而100-1000納米顆粒物的肺部沉積效率僅為10%-25%。源解析結(jié)果顯示，低煙燃料貢獻(xiàn)了超過50%的大氣顆粒物總數(shù)濃度，經(jīng)肺部沉積效率校正后，其對(duì)肺部和肺泡沉積顆粒物的貢獻(xiàn)分別達(dá)65%和43%，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)煙煤、泥炭、木材等燃料的總和（16%-20%）。即使考慮顆粒物吸濕性增長(zhǎng)的影響，低煙燃料對(duì)沉積顆粒物的貢獻(xiàn)仍顯著高于傳統(tǒng)燃料。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分析了愛爾蘭空氣質(zhì)量的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)2016-2023年都柏林PM2.5濃度超標(biāo)天數(shù)大幅下降，符合世衛(wèi)組織標(biāo)準(zhǔn)，但超細(xì)顆粒物數(shù)濃度高值天數(shù)卻呈上升趨勢(shì)，當(dāng)前主流的WRF-CMAQ大氣模型對(duì)超細(xì)顆粒物數(shù)濃度的模擬低估達(dá)10倍，核心原因是現(xiàn)有排放清單僅包含顆粒物質(zhì)量信息，缺乏粒徑和數(shù)濃度數(shù)據(jù)。對(duì)比中國(guó)北京、上海的霾污染特征，研究發(fā)現(xiàn)都柏林的顆粒物雖質(zhì)量濃度低，但數(shù)濃度和肺部沉積效率遠(yuǎn)高于京、滬，其污染特征以居民供暖排放的超細(xì)碳質(zhì)顆粒物為主，與京、滬由二次氣溶膠主導(dǎo)的大粒徑顆粒物污染形成鮮明對(duì)比，揭示了不同污染類型下顆粒物健康風(fēng)險(xiǎn)的差異性。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，低煙燃料燃燒排放的超細(xì)顆粒物表面為多環(huán)芳烴等有毒有機(jī)物提供了更多冷凝位點(diǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了顆粒物毒性；即使低煙燃料降低了多環(huán)芳烴的直接排放，但其超細(xì)顆粒物的高沉積效率仍使其成為人體肺部和肺泡中多環(huán)芳烴沉積的主要貢獻(xiàn)源（37%-39%）。

該研究明確指出，全球當(dāng)前以顆粒物質(zhì)量為核心的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和清潔燃料政策，未能充分考慮超細(xì)顆粒物的健康風(fēng)險(xiǎn)，低煙燃料的推廣雖實(shí)現(xiàn)了“減煙”，卻帶來了超細(xì)顆粒物排放增加的潛在環(huán)境健康代價(jià)。研究建議，亟需修訂空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，將超細(xì)顆粒物的數(shù)濃度、粒徑分布納入監(jiān)測(cè)和管控體系；在清潔燃料研發(fā)和推廣中，應(yīng)兼顧顆粒物質(zhì)量和數(shù)濃度的雙重減排，而非單一追求“低煙”；同時(shí)應(yīng)加快高效清潔爐具的普及，降低固體燃料燃燒的超細(xì)顆粒物排放，結(jié)合超細(xì)顆粒物的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建立更科學(xué)的大氣污染健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

相關(guān)成果發(fā)表在Nature Geoscience，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所林春水研究員為論文第一作者，通訊作者為中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃汝錦研究員、愛爾蘭戈?duì)栱f大學(xué)Colin O’Dowd教授和Jurgita Ovadnevaite教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃、愛爾蘭環(huán)境保護(hù)署等多個(gè)項(xiàng)目的聯(lián)合資助。

Lin C, Ceburnis D, Trubetskaya A, et al. (2026) Low-smoke fuels for residential heating linked to an increase in ultrafine particle emissions. Nature Geoscience. https://www.nature.com/articles/s41561-026-01942-1

圖1?展示都柏林低煙區(qū)污染事件中粒子數(shù)粒徑分布演變，結(jié)合肺部/肺泡沉積效率模型，明確不同粒徑顆粒物的沉積效率規(guī)律及低煙燃料對(duì)肺部、肺泡沉積顆粒物的主導(dǎo)貢獻(xiàn)占比。

圖2?分析2016-2023年都柏林PM2.5濃度超標(biāo)天數(shù)與超細(xì)顆粒物高值天數(shù)的反向變化趨勢(shì)，對(duì)比低煙燃料和傳統(tǒng)燃料的顆粒物沉積效率，并測(cè)算愛爾蘭、北京、上海三地顆粒物數(shù)濃度及肺/肺泡沉積能力的區(qū)域差異。