大气污染治理与大家生活息息相关。但如今，大气污染治理中却面临着新的难题：臭氧和PM2.5如何让协同治理？中国工程院院士、中国科学院城市环境研究所所长贺泓院士在“读懂中国”国际会议（广州）期间举行的“美丽中国健康中国论坛”上表示，近年来，我国空气质量取得了显著好转。相比2013年，全国PM2.5浓度下降了60%，北京的空气质量改善更被国际社会称为了“北京奇迹”。在巨大的成绩面前，我们国家的大气污染防治已经到了深水区，一些城市的PM2.5浓度尚未达到国家空气质量二级标准，进一步下降的难度加大。为了改善空气质量，贺泓院士和团队最近还发现了新招，加入催化剂后使得臭氧的寿命从3天下降到了毫秒级，甚至微秒级。

PM2.5和臭氧如何协同下降成难题

贺泓院士表示，我国蓝天天数明显增多的同时，PM2.5下降，但太阳辐射也在增强，就是我们雾霾天少了，太阳辐射加剧了大气光化学反应，产生了更多的臭氧，PM2.5跟臭氧的协同控制面临着严峻的挑战。回顾我们国家过去十几年的大气污染防治历程，我们从中可以看到，现在PM2.5快速下降，主要的原因是二氧化硫和一次PM2.5大幅减排，特别是二氧化硫的排放量下降已经超过了80%。对我们国家300多个城市大气污染物浓度开展大数据分析之后，我们发现在二氧化硫大幅减排之后，现阶段氮氧化物的减排已经成为进一步控制PM2.5最有效的手段。而对于臭氧来说，根据光化学反应的理论，我们可以知道，由于氮氧化物、挥发性有机物是它的共同的前体物，而我们国家现在大多数城区臭氧的浓度主要受挥发性有机物控制，在郊区主要受氮氧化物控制。所以理论上要实现臭氧浓度的快速下降，挥发性有机物减排量在城区应该大于氮氧化物。但是由于挥发性有机物，它的排放源非常分散，所以它的控制技术不成熟，难以快速大幅地减排。因此，在城市区，我们控制氮氧化物的速度快于挥发性有机物，这就必然带来一定时期内臭氧的反弹。所以我们PM2.5跟臭氧的控制现在陷入一个两难的选择，就是控制PM2.5还需要大幅地减排氮氧化物，而且我们也有这个手段，但是VOC的控制跟不上这个速度。

针对这一情况，贺泓院士和团队通过野外观测、烟雾模拟实验、数值模拟开展了全面的研究，结果都表明只有大比例地消减氮氧化物才能使得在PM2.5下降到一定阈值之后，PM2.5跟臭氧才能实现协同控制。新冠肺炎疫情期间的空气质量变化也说明了这一点，在管控的初期，城市交通量下降，氮氧化物小幅度减排的时候，PM2.5跟着氮氧化物一起下降，但是臭氧就出现了上升。同时，我们在严格管控的阶段，城市的交通基本上停止之后，氮氧化物大幅度减排60%的时候，PM2.5跟臭氧实现了协同控制，这就证明了我们提出来深度减排氮氧化物这样一个有效性。同时，氮氧化物也是我们国家目前大气污染控制潜力最大的前体污染物。贺泓院士表示，在实现“双碳”目标以后，随着化石燃料使用的大幅减少，我国氮氧化物排放也会大幅下降。

加入催化剂让臭氧的寿命下降

贺泓院士在会上介绍说，为了解决臭氧的难题，他和团队花费了很多心思。在2021年，在更新的世界卫生组织全球空气质量的指导之中，他们也大幅加严了氮氧化物浓度的标准，从40微克每立方米，大幅下降到了10微克立方米，也就是大幅减排氮氧化物已经形成了国际的共识。当然，在这一过程中，在氮氧化物下降还没有达到一个阈值的时候，必然有一个时期臭氧的反弹，这个时期可能会长达10年以上。针对这个问题怎么办，贺泓院士和团队提出了一个控制的方案。他们注意到臭氧分子的结构并不稳定，其实室温条件下就可以慢慢分解，分解成氧气，但是这个过程比较慢，因此开发高效的催化材料可以大大地加速这个过程。我们最早研究臭氧分解技术是用于室内空气净化，密闭空间，但是我们在研发的过程中创造性发现了一种新的材料，这种材料，它的活性、稳定性都非常高，使得臭氧的寿命从3天下降到了毫秒级，甚至微秒级。“正是这么高的效率，国外的航空公司找到了我们，希望把这个催化剂用于大型的飞机，飞机飞在平流层的底部，直接从外大气进机舱，臭氧浓度是超标的，而且这个温度特别低，它要求催化转化器要非常的小，在飞机上用，所以这个催化性能要非常的高。”他说，经过测试，这个催化剂能够在没有任何的外加能量，没有光照情况下，能够在200多空速下，在低温下实现臭氧的完全分解。200空速是个什么概念呢？相当于我们的汽车在七八十公里的速度，它的挡风玻璃迎风面的速度，也就是非常短的一个接触时间就能完全分解臭氧。

文/广州日报·新花城记者：肖欢欢、武威

图/广州日报·新花城记者：肖欢欢 、武威

视频/广州日报·新花城记者：肖欢欢 、武威

视频剪辑/广州日报·新花城记者：肖欢欢 、武威

广州日报·新花城编辑 周伟良