文献阅读 | 在居民部门能源转型背景下，来自中国农村居民的空气污染物的影响

题目

Impacts of air pollutants from rural Chinese households under the rapid residential energy transition

作者

Guofeng Shen, Muye Ru, Wei Du, Xi Zhu, Qirui Zhong, Yilin Chen, Huizhong Shen, Xiao Yun, Wenjun Meng, Junfeng Liu, Hefa Cheng, Jianying Hu, Dabo Guan & Shu Tao

期刊

NATURE COMMUNICATIONS

时间

2019年

一作

单位

College of Urban and Environmental Sciences, Laboratory for Earth Surface Processes, Peking University

链接

https://doi.org/10.1038/s41467-019-11453-w

研究内容

虽然居民部门燃料消耗量只占我国总能源消耗的很小一部分，但它对污染物排放的贡献很大，从而对健康和气候产生不利影响。这是由于该部门广泛使用的固体燃料的排放系数非常高。据估计，2014年中国大陆27%主要PM2.5和51% BC（炭黑）排放来自居民部门，其中近80%来自农村地区。但是，由于没有足够的第一手数据，居民部门能源转型在减轻健康负担方面的重要作用还未得到充分证实。长期以来，居民部门对中国空气污染的贡献一直被忽视，这可能是因为住宅部门对总能源消耗的贡献相对较低，而非常高的排放因子还未被认识到。此外，与其他部门相比，居民部门的能源消耗和排放记录较差，使得排放估计具有较大的不确定性。因此，在排放和空气污染的整体评估中，居民部门是“最短的木板”。

本文基于新编制的主要空气污染物排放清单，区分了来自农村居民和所有其他部门的排放，模拟农村居民对环境PM2.5的贡献，评估居民能源转型对空气污染相关健康和气候辐射强迫的共同影响。之所以把重点放在农村地区，是因为中国大部分的居民排放都来自农村地区，而详细的居民能耗调查正是针对农村地区进行的。

研究发现

对环境和人口加权PM2.5的贡献。由于烹饪和取暖能源从固体燃料向清洁燃料和电力的迅速转变，以及城市化的迅速发展，过去二十年来农村住宅部门的大部分空气污染物排放有所减少，然而，这一部门仍然是许多空气污染物的重要来源，2012年，BC和OC（有机碳）分别占总排放量的39%和46%。由于人口分布不均匀，人口加权浓度(PWC)不同于空气质量浓度。农村居民的排放对年平均PWC的贡献为14 ± 10 μg/m3，占来自所有排放源总PWC的21 ±14%。归因于农村居民排放的平均环境PM2.5的浓度为5.4 μg/m3。由于WHO设定的国家一级标准为年平均环境PM2.5的浓度为35 μg/m3，因此，在防治严重空气污染的整体减排策略中，农村居民部门的贡献不容忽视。

对城乡空气质量的影响。虽然农村居民部门的排放只发生在农村地区，但它们对空气污染的贡献并不限于这些地区。模型结果显示，农村居民部门排放对城市平均环境PM2.5平均浓度（13 ± 10 μg/m3）的绝对贡献高于农村地区（5.3 ± 6.0 μg/m3）。相对来讲，由于城市地区其他部门的高排放，农村地区的排放对农村地区的空气浓度（33 ± 17%）和PWC（23 ± 13%）都高于城市地区（分别为21±15%和20±17%）。

农村居民贡献的二十年变化。虽然2012年农村居民对空气污染的贡献仍然很大，但在2012年之前甚至更高。由于过去二十年来农村居民能源结构迅速转变，从以固体燃料为主转向以清洁燃料和电力为主，这一部门对周围空气浓度的贡献已经减少。如图1所示，1992年，农村居民对整体环境PM2.5和PWC的相对贡献率分别高达45±11%和39±13%。20年间，全国平均PWC下降了约26%，从18 μg/m3下降到14 μg/m3。全国平均水平的相对下降速度更快，从39%下降到21%，因为同期其他部门的空气污染物排放量增加了。

图1  从1992年到2012年，农村居民排放对中国大陆总体人口加权环境PM2.5浓度(PWC)的贡献， (a) 绝对贡献，(b)相对贡献

冬季北方贡献较多。由于中国北方季节性较强的供暖需求，居民部门对年平均PM2.5 PWC贡献有非常高的季节变化。虽然我们研究的四个年份的季节模式相似，但在这段时间内，供暖和非供暖季节之间的差异有所增加。冬季和夏季月份的相对贡献比率逐渐增加，从1.8（1992）到2.4 (2002)、2.8 (2007)和3.7 (2012)。这一趋势可以解释为，在这个阶段，农村居民的能源转移主要发生在烹饪活动。使用液化石油气（LPG）、沼气和电力做饭的分时比例（time-sharing fraction）从1992年的7%上升到2012年的59%，而供暖的分时比例仅为2012年的15%。由于烹饪的排放往往在季节之间保持不变，烹饪能源转换导致的PM2.5浓度下降在月份之间没有变化。此外，供热能源转换可以导致季节变化，但是发生的速度较慢，并且主要是在中纬度省份，那里的供暖时间不超过几周。在北方、西北和东北地区，供暖通常需要几个月，由于费用高、收入低，居民无法改用电或煤气供暖。

较强的空间变化，东部地区贡献较高。农村居民排放对环境PM2.5浓度的贡献也存在较强的空间变异性，如图2所示。虽然2012年农村居民源对全国年均环境PM2.5的贡献是5.4±6.1μg / m3，在人口占多数的华东地区，比中国西部高很多。供暖活动不仅造成了显著的季节差异，而且还造成了地理分布的差异，由于供暖需求大北方地区在供暖期间要高得多。空间差异由于人口加权进一步加强。污染源(排放)和受体(人口)的叠加使得污染严重地区和污染较轻地区的对比更加明显。

图2  2012年中国大陆农村居民排放贡献的空间分布，(a)省级平均空气质量浓度的绝对贡献, (b) 人口加权PM2.5浓度

农村居民能源转型的协同效益。农村居民排放的排放对健康影响是不可避免的，能源转型可以减少对健康的影响。由农村居民排放的PM2.5导致的年度过早死亡如图3所示。1992年，农村居民因排放而导致的过早死亡高达57万(37万-71万，95%不确定区间)，随后在2012年下降到21万 (140000 - 260000)。

图3 1992年至2012年期间农村居民排放的PM2.5对人口的影响

就成分来讲，CO2和BC对气候强迫有正向贡献，而一次有机气溶胶(POA)、硝酸盐和硫酸盐对气候强迫有负向贡献。2012年，来自农村居民部门的五种成分的贡献分别为+0.006 ± 0.004 (CO2), +0.049 ± 0.007 (BC), −0.019 ± 0.002 (POA), −0.002 ± 0.000 (硝酸盐), and −0.003 ±0.000 (硫酸盐) W/m2，净贡献约为+0.031 ±0.008 W/m2，如图4所示。这一贡献相当于2012年所有来源的二氧化碳造成的总强迫的12.5%。从1992年到2012年，农村居民能源从固体燃料向清洁燃料的转变导致了气候强迫的减少。所有五种因素的绝对贡献，无论是正向还是负向，在过去二十年中都有所下降。

图4  辐射强迫与农村居民部门的排放关系，(a)1992, 2002, 2007和2012年由农村居民部门排放的CO2, BC, POA，硫酸和硝酸引起的辐射强迫，硫酸和硝酸引起的辐射强迫, (b)净辐射强迫

编辑：任明

排版：胡卉然

相关阅读

5 文献阅读 | 实现1.5度目标的替代途径：减少负排放技术需求

点击“阅读原文”浏览小组主页