文献阅读 | 中国出口产业的隐含排放与臭氧污染

题目

Role of export industries on ozone pollution and its precursors in China

作者

Jiamin Ou, Zhijiong Huang, Zbigniew Klimont, Guanglin Jia, Shaohui Zhang, Cheng Li, Jing Meng, Zhifu Mi, Heran Zheng, Yuli Shan, Peter K. K. Louie, Junyu Zheng & Dabo Guan

期刊

Nature Communications

时间

2020年10月

一作

单位

a) Department of Sociology, Utrecht University, Utrecht, 3584 CH, the Netherlands

b) School of International Development, University of East Anglia, Norwich, NR4 7JT, UK

c) International Institute for Applied Systems Analysis, Schlossplatz 1, A-2361, Laxenburg, Austria

d) Institute for Environmental and Climate Research, Jinan University, Guangzhou, China

链接

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19035-x

研究内容

臭氧（O3）会对人体健康和生态系统生产力造成损害，当前对流层臭氧污染已经成为整个北半球和中国的重要环境问题之一。在过去的几个世纪中，整个北半球的对流层臭氧污染都有所加重，尤其是东亚和南亚地区。中国自2013年开始铺开覆盖全国的O3监测网络；2013年-2017年间，有记录的O3小时浓度升高了16-27%，而人群对O3污染的暴露更是升高了57-77%。当前中国的O3污染程度、人群暴露程度及其造成的影响都高于任何有系统的O3监测网络的发达地区。因此，准确分析O3污染的特征、来源和影响，无疑是重要的政策需求与学术问题。

       O3是二次污染物，是由NMVOC、NOx、 CO和其他物种的通过光化学反应生成的。研究已经指出，这些臭氧前体物的空间分布主导了全球臭氧污染的模式和特征，且O3污染也受到光化学反应速率、对前体物的敏感性、不同纬度下的生成效率等因素的影响。

       在全球化的世界中，国际贸易使国家之间的联系变得前所未有地紧密，同时也很大程度上改变了各类大气污染物种前体物的排放格局。伴随着全球供应链的发展，越来越多的工业生产活动从发达国家转向了发展中国家。其中，中国是最重要的出口国。已有研究分析了中国出口贸易隐含的污染物和温室气体排放，不过到目前为止，有关中国工业出口隐含排放对O3污染影响的认知仍很不充分，并且由于O3污染的独特特征，我们也不能将PM2.5控制的相关研究结果和经验简单地适用于O3污染。

       已有研究表明，在中国，同样是O3污染前体物， NOx排放量近年来已有较大削减，但NMVOC排放仍持续增长。NMVOC不仅会生成O3并带来环境与健康风险，部分VOC物种包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯（以下简称BTEX）本身也有较为明确的毒性。而工业生产是NMVOC的重要来源之一；中国出口量最大的几种商品都是高NMVOC排放强度的商品。因此，有必要针对与中国工业出口相关的O3污染进行分析，以期为中国控制臭氧前体物、减轻O3污染提供新的见解。

研究方法

本研究从“基于消费的核算”视角展开，耦合了多项数据和方法。首先，研究使用中国2012年多区域投入产出表（MRIO）和GTAP9全球投入产出表，得到了中国30省-全球各地区的多区域投入产出表，并结合排放清单分析拓展得到了环境拓展投入产出表（EEIO）。中国各部门生产的前体物排放量是基于排放系数法进行估算得到的，其中排放系数采用文献中对地区排放系数的推荐值，活动量数据来自国家和省级统计年鉴；其他国家的污染物排放来自EDGAR v4.3.2数据库。研究分析年份为2013年（MRIO表数据年份为2012年，估算的排放清单为2013年，其中存在一年的差距，但该研究假定2012-2013年之间排放和空气污染模式没有发生显著变化）。

随后，这一研究使用WRF-CMAQ空气质量模型模拟了不同情景下的中国O3污染变化，包括:

Case1: 在排放清单中扣除贸易相关的所有前体物排放

Case2: 各工业出口品生产部门使用清洁技术（低NMVOC排放系数）

Case3: 全部门生产采用清洁技术（低NMVOC排放系数）

在模拟得到各情景下的空气污染结果后，该研究结合流行病学文献提供的剂量-效应关系参数，对相应情景下NMVOC和O3导致的人群健康影响进行了评估。其中分省分病种的基准死亡率数据来自《中国卫生与计划生育》统计年鉴。

研究结果

工业出口的隐含排放

在2013年，中国生产和出口到全球市场的工业产品中隐含的非甲烷挥发性有机物（NMVOC）排放达到了379.4万吨。这一数量占中国当年总NMVOC排放量的13%，并达到了欧盟当年NMVOC排放量的一半。工业出口贸易中隐含的 NOx和CO排放则占中国当年排放的15%和10%，数量也十分可观。

隐含排放也表现出较为显著的区域差异。中国超过65%的出口相关GDP来自广东、福建、长三角和山东等几个地区；这几个地区国际出口所隐含的污染物排放量也很高，达到了中国省级贸易总排放量的30-44%（图1）。这意味着，尽管出口相关的隐含排放小于省际贸易的隐含排放，但这部分排放量仍是不可忽视的。并且这些主要出口地区的NMVOC排放中，有20-35%是对神经系统和免疫系统有毒性作用的BTEX物质，意味着相应的健康风险。

图1  2013年中国各省2013年NMVOC、NOx、CO排放及其来源

对臭氧非线性化学的影响

除了带来更高的排放量、进而引致更高的浓度外，工业出口相关排放对O3非线性化学生成的影响也值得关注。这是因为，NMVOC的很大一部分来自非燃烧轻工业过程，而NOx或CO的排放则主要还是来自化石燃料燃烧和重工业过程；因此，出口贸易需求的变化及其引致的“沿海轻工业为主、内陆重工业为主”的工业布局模式也就改变了NMVOC和NOx排放的空间分布，使得沿海地区更多是NMVOC排放占主导、而内陆主要是NOx排放占主导。

该研究指出，出口需求较为显著地影响了NMVOC和NOx之间的排放比例。对于中国大部分地区，NMVOC/NOx的排放比例下降了5-10%（图2），而部分东南沿海地区这一比例则有所升高。这也就影响了O3的非线性化学生成、改变了部分地区的O3控制区。中国广泛的内陆地区原本是NOx控制区，NMVOC/NOx比例的下降会使得这些地区的O3污染相对于NOx更不敏感；部分沿海城市（也是O3高值区）原本是VOC控制区或过渡区，在这些地区NMVOC排放比例将升高，同样使O3变得对NMVOC排放更不敏感。伴随着未来南南贸易的发展，中国地区O3前体物的排放量和O3化学又可能发生进一步的变化。

图2  贸易需求对NMVOC-NOx相对排放比例的改变 （a）不同省份出口贸易相关的NOx和VOC排放量 （b）东部沿海地区排放比例变化（c）内蒙古地区排放比例变化

浓度与人群健康影响

相应地，出口工业产品相关的NMVOC排放使得中国地区大气中NMVOC物质（包括部分致癌物种）的浓度增加了20-30%，沿海地区的O3峰值浓度增加了6-15%（图3）。在7月，中国山东、江苏、浙江、福建等沿海地区的MDA8（日最大8小时滑动平均）O3浓度可升高6μg/m³。当然，在10月，出口相关排放的改变也使得北部地区O3情况有一定减轻。总体考虑全年影响，中国由于出口贸易隐含排放所加剧的NMVOC污染和O3污染在当年累积造成了15707例（95%置信区间：3488-28671例）的过早死亡。

图3  出口贸易对中国地区大气BETX浓度和O₃浓度的影响

清洁技术的减缓潜力

若生产技术能够进一步优化，则这种隐含污染排放所导致的健康损失有可能被较大程度地避免。对照GAINS模型提供的中国和欧盟地区排放系数可以发现，在2013年，中国各部门生产的NMVOC排放强度明显高于欧盟地区（图4）；同时，中国各部门的NMVOC都有很大的低成本减排潜力。目前，在强有力的大气污染控制政策下，中国的NOx和CO排放量已经出现了显著的下降；如果NMVOC相关的生产技术也能进一步清洁化，则预期中国也能够显著减少NMVOC排放、并对应地减轻O3污染。

图4  欧盟地区1990-2030年各部门NMVOC排放系数与中国2013年排放系数的对比

注：箱式图代表欧盟地区排放系数的分布（来自GAINS模型），虚线为本研究使用的中国2013年排放系数

情景分析表明，在部门产出水平不变的情况下，如果中国工业部门的生产技术清洁化程度能够达到欧盟水平，则出口相关的工业部门NMVOC排放可以削减57%，BTEX和O3浓度将显著降低，相应的过早死亡影响可以减少37%（6250例）。如果全部门、全产业链都采用清洁生产技术，则中国工业部门NMVOC排放共可减少58%、总人为NMVOC排放可减少17%，相应的BTEX和O3污染的减轻共可避免28309人过早死亡。更重要的是，这种清洁生产改进的成本较低，各部门的技术成本仅占当年工业产出的0.05-0.3%。

图5  清洁生产情景下NMVOC减排对中国BETX和O₃浓度的影响

注：图中展示的是Case2情景结果，即关键工业部门的NMVOC排放强度降低至欧盟参考水平

研究结论

该研究发现，在2013年，中国工业品出口贸易隐含的NMVOC、NOx和CO等一次污染物的排放量数目可观，占当年中国总排放的10-15%不等，并且导致了更高的O3浓度和致癌性有机物浓度，引致的过早死亡数量可能达到近17000例。这部分排放也改变了中国各地的O3非线性化学条件，对于污染控制提出了更高的挑战。

更加负责任的生产和消费则能够减轻这部分出口相关的污染足迹。清洁生产技术的渗透能够大幅减少工业生产相关的NMVOC排放，减轻O3污染和致癌性有机物污染，避免近40%的过早死亡。美国等发达国家是重要的消费国，这些国家也应该推动资源和物质的循环利用，提高废弃物资源化利用率，推广污染足迹相关的科普宣传，实现消费端的转型。而在未来，贸易战、南南贸易兴起等全球贸易模式的改变又可能对出口相关隐含排放及O3污染产生新的影响，这也是值得关注的问题。

编辑：吴雅珍

排版：江琴

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