侯峰:一个旅美清华工程师眼里的中国“雾霾真相”

2015年12月10日,亚利桑那共和报头版头条刊发了《冬季访客:褐色雾霾再次入侵凤凰城》。文章开门见山:那不受欢迎的褐色云团随着冬季的到来如期而至,像幽灵一样游荡在凤凰城的天空。文章解释说,冬季盘踞在凤凰城上空的褐色云团,即雾霾污染主要由被称为PM2.5的微小颗粒构成,污染源自汽车的尾气和燃烧木头的油烟。之所以冬季雾霾严重,不仅是因为人们喜好冬天燃木取暖,而更重要的是一个叫逆温的气候现象起作用。逆温现象发生在冬季,地表温度很低,紧贴地面较冷的空气层被较高层的温暖空气层覆盖,阻碍了大气混合。在无风的日子里,即使白天日照产生的气流也不足以冲破隔离,清除带走滞留在底层空气中的污染物。文中还提到地方政府本周已经发布“无燃烧日”,鼓励大家少开车,尽量减少室外活动。
2015年12月7日,北京首次启动重污染红色预警。中国北方大范围的严重雾霾再次引发人们对政府治霾不力的抱怨,一篇《一个环保工程师眼里的雾霾真相》应运而生,被包括不少所谓“专业人士”在内的许多读者认为很“靠谱”。不管此文是否真的找到雾霾的罪魁祸首,人们就是喜欢这样的文章,它给出的说法简单明了,把一个非常复杂的多因素雾霾成因演绎成单因素的人为失误,并以“内行身份”揭露了似乎被刻意掩藏的真相,让深受雾霾折磨的大众终于找到向政府发泄不满的口实:雾霾就是人祸。由此看来什么汽车污染、扬尘污染都是政府转移视线、回避责任的托词,于是开车的、烧烤的、烧秸秆的、制造尘土的、抽烟的人们终于可以把自己从道义责任中摘出来了。

18日清晨,北京再度拉响重污染红色预警,19日7时起,北京将采取机动车单双号行驶,中小学、幼儿园停课,企业停限产等措施(资料图)
《真相》是这样论证的:“中国的火力发电占总发电量的80%左右,而火电几乎全部都是以煤为燃料。而钢铁、水泥、石油这些重污染行业,无一例外地都需要燃煤,即便是我们汽车燃油的生产,也需要煤提供能源或原料,这些所有行业,也都需要消耗电力,而电力,80%左右来源于煤。” “电厂锅炉全部上了烟气脱硫,并且超过90%是湿法脱硫,湿法脱硫之后的烟气温度在30-50℃左右……这样的结果直接导致大量烟气低温、高湿度排放。低温、高湿度的烟气难以扩散,雾霾也就越来越严重。这也可以解释为什么夏天雾霾比冬天少。夏天虽然一样是用电高峰,但温度较高,烟气湿度较低,扩散较快。”“根据国外经验,湿法脱硫岛通常需要加装烟气再热器,将烟气温度抬升到80度以上排放。采用80度以上高温烟气排放,这在不少发达国家是排放硬性标准。”
不少人看完此文如获得至宝,照此环保工程师的观点,中国至少80%以上的雾霾源自燃煤电厂烟气低温排放,只要提高排放温度,中国就会像发达国家一样一劳永逸地解决雾霾问题了。不少人借机谴责政府不敢面对自己的错误,雾霾不是天灾是人祸。
公平地讲,雾霾有天灾,也有人祸,比如普及轿车不符合中国人口稠密的国情,但是当百姓人均GDP达到某一水平后,不让谁买车,谁都不干;不让谁有一个冬暖夏凉舒适宽敞的安乐窝,谁也不干。且不说奢华铺张的现象,试想国人心目中所谓的“中产”生活,哪一样不是一大串伴着污染的生产过程换来的,所以要说人祸也主要是人类贪婪之祸。
如今每到雾霾季,政府就被架到火上炙烤,如果真如那个“环保工程师”说的那样,提高排放温度就能解决问题,政府会不作为吗?如果真那么简单,雾霾恐怕早就消失了。

美国凤凰城的他山之石

本文开篇即引入美国媒体是怎样理性面对雾霾问题的。认为发达国家没有雾霾是一种误解,发达国家不仅过去有过严重的雾霾,今天同样需要坚持不懈地同雾霾作斗争。笔者以所居住的美国凤凰城为参照,对比北京雾霾的主要成因:
1. 人口密度:在美国位居第13大都会区的大凤凰城地区人口450万,由于人口居住分散,占地面积与北京城区大致相当,而北京城区人口约2000万。
2. 能源结构:凤凰城的主要能源构成为电力、天然气和石油产品。电力大部分来自全美最大核电站Palo Verde Nuclear Generating Station,部分来自水电,唯一的火电是离凤凰城440千米外隔着崇山峻岭戈壁腹地的纳瓦霍发电厂(Navajo Generating Station),北京的电力则以域内和附近的燃煤火电为主,而北京及周边地区不少农村家庭仍然要靠燃煤,燃秸秆、树枝等取暖做饭。显然不管城乡,不管发达国家还是发展中国家,每个人尽量减少能源消费是对减少雾霾、降低温室气体排放最直接有效的贡献。
3. 扩散条件:和美国大部分大城市一样,凤凰城及周边没有重工业,而北京及周边有许多污染严重的重工业。扩散条件美国比中国更是好得太多了,美国地广人稀,适合居住的国土面积大,而中国高原沙漠占据了一大半国土,绝大部分人口密集分布在东部。凤凰城周边是无人居住的戈壁,为污染物的稀释扩散提供广阔的空间,北京周边除了有许多工业,即使在农村,现在谁家没有几辆冒黑烟的农用车,富裕点的有多台家用车辆,北京周边的稀释扩散条件基本是零。
更关键的是地形,由于太行山等的阻隔作用,一旦逆温气候条件出现,整个华北沿着太行山东侧,京津冀鲁豫雾霾就会轻易连成一片。防治雾霾必须京津冀鲁豫协同,联防联治。
4. 扬尘控制:凤凰城虽然处在戈壁干旱地带,但美国其实没有严格意义上的沙漠,美国的沙漠实际上是中国的戈壁,除非夏季强风暴天气会引起输送性沙尘暴,平时街上也接近一尘不染。这是因为凤凰城像美国所有其他城市一样,凡是有人类活动的地方实现地表全覆盖,通过覆盖碎石子和种草等手段杜绝地表土壤裸露,有效地抑制扬尘对空气污染的叠加作用,而北京作为中国北方园林化、地面硬化最好的城市,仍然到处都可以看到裸露的土壤,一遇到雨天,很容易被人或车辆把泥土带到各处,在不经意中碾磨成粉,飞扬在空中。
人们出国后都注意到发达国家一尘不染,人们却很少知道这背后的代价。以沙漠气候的凤凰城为例,法律规定居民要负责自家房前屋后地段的规范整洁,要么覆盖植被,要么覆盖碎石子,绝对不能有裸露的土壤。凤凰城干旱少雨,政府建议尽量不要种草。以一个普通独立居民房为例,仅购买覆盖前后院的石子就需要数千美元,这只有人均GDP达到一定水平后,居民才有能力和意愿去做这件事情。市场经济社会,城市的干净程度和人均GDP息息相关,并且每个人都要付出成本。在人们收入水平达到愿意为“干净”花更多的钱之前,扬尘对雾霾的贡献很难降下来,把所有责任都推给政府于事无补。城市居民要有投入金钱和人力覆盖裸露土地,减少尘土飞扬的意识。
5. 汽车排放:北京唯一可以和发达国家看齐的就是汽车尾气排放的控制,然而即使排放标准再高,汽车燃油污染在任何一个国家都是雾霾的重要来源之一,至今无法避免,除非不许开车。这是人类追求效率所必须付出的代价。北京的问题是汽车保有量已经严重超过城市的承载量,而且还在与日俱增,在新能源汽车取代燃油汽车之前,汽车尾气作为元凶之一,还会继续“凶”下去。百姓能做的是,尽量买电动车或混合动力车,少买燃油汽车,要买也尽量买小排量的汽车,而且没事尽量不开车。
凤凰城的雾霾绝大部分来自汽车尾气。然而,美国这么好的能源结构、扬尘控制和扩散条件都无法避免雾霾,北京的基础条件需要在美国大城市的雾霾成因基础上,再加上人口、车辆密度高出数倍,加上工业污染和扬尘的叠加效应,以及污染物没有周边扩散的空间,要北京达到美国一样的雾霾控制程度绝非靠提高火电厂排放烟气温度那么单纯。
事实上以现有的约束条件,特别是许多人不愿牺牲个人利益的情况下,要想让北京的雾霾控制接近发达国家大城市的水平是不可能的任务。即使火电排放随着技术进步有所降低,而汽车保有量却与日俱增的话,期待短期内雾霾污染有显著改善是不现实的。即使那位环境工程师提出的方法有效,对多因素造成的北京雾霾的总体治理效果也只是杯水车薪。
现实就是这么残酷,怪谁也不顶用,其实要怪只能怪工业化,自给自足的农业社会基本没有这些污染(须注意,只是没有特定类型的污染,农业社会发展超过自然承载力水平,是人类社会不断重复的故事),但谁也不愿回到30年前的穷日子。总之,在能源革命到来之前,在电动汽车取代化石燃料动力汽车之前,在大家不愿约束自己无边的欲望之前,短期内要想中国的雾霾污染根本改观是不可能的。

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