加快系統研究和控制船舶排放
2017年第一期出版的隸屬美國大氣化學學會的國際環境科學與技術領域期刊——《環境科學與技術》（ES&T），發表了由我國復旦大學環境科學與工程系教授楊新、副教授張艷擔任共同通訊作者，合作研究的有關船舶排放對城市大氣環境影響的最新成果。
文章中首次定量反映了船舶大氣排放源對世界第一大港所在城市上海PM2.5污染的長期平均貢獻和船舶煙羽的瞬時影響，對于客觀認識船舶污染源在我國沿海港口城市人為排放污染源中的分擔率，以及加強船舶大氣污染防控具有重要意義。
對話人：復旦大學環境科學與工程系副教授張艷
張艷，復旦大學環境科學與工程系副教授，碩士生導師，主要從事水域及陸地交通大氣污染、氣溶膠長距離輸送等研究，在國內外學術期刊上發表論文50余篇。主持過的科研項目有《航運排放對區域及城市空氣質量的影響》《長三角近海氣溶膠的理化特性及來源解析》等，目前正主持國家自然科學基金項目《船舶排放煙羽對沿海城市大氣環境影響的動態過程：數值模擬與在線觀測》。
采訪人：本報記者宋楊
船舶大氣污染物排放的影響是什么？
■船舶排放的一次PM2.5，60%以上可以被傳輸到內陸地區。
中國環境報：我國航運船舶的規模有多大？船舶排放的總體情況是什么？
張艷：我國有超過400個港口。在中港網發布的2016全球十大港口集裝箱吞吐量排名中，有7個中國港口入選。在集裝箱吞吐量上，上海港已連續7年位列世界第一；在貨物吞吐量上，寧波—舟山港是世界第一大港。
船舶排放對大氣環境的影響主要有兩類。一類是細顆粒物，無論是燃燒過程中形成的硫氧化物、氮氧化物，還是直接排放的一次顆粒物，都可能在大氣環境下產生反應，生成二次的細顆粒物。另一類是揮發性有機物，也會對細顆粒物的形成造成很大影響。
我們進行過測算，2010年長三角區域及中國東部海域船舶排放的二氧化硫可達到38萬噸/年，在人為排放源中占到14%~15%，貢獻還是比較大的。排放的氮氧化物在人為排放源中的占比與二氧化硫差不多。
我們還對長三角區域和距離東海海岸線400公里以內的船舶大氣污染物排放量進行過估算，2010年船舶排放的PM2.5達到5.1萬噸/年。其中，超過60%的船舶排放發生在海岸線100公里以內，超過85%的船舶排放發生在海岸線200公里以內。
中國環境報：請詳細介紹一下船舶大氣污染物排放對港口及陸地PM2.5的影響。
張艷：我們在這方面的主要研究對象是上海港。2011年，我們在上海港進行了外場觀測實驗，監測物種包括二氧化硫、二氧化氮和臭氧這些痕量氣體，同時采集了氣溶膠樣品，包括TSP（總懸浮顆粒物）、PM2.5等，并對氣溶膠樣品和重油樣品中的釩、鎳等元素進行了分析。
結果表明，上海港的二氧化硫和二氧化氮小時平均濃度分別為29.4μg/m3和63.7μg/m3，TSP和PM2.5的日均濃度為114.39μg/m3和62.60μg/m3，和上海陸地區域監測到的值相當。而后向軌跡分析進一步表明，在沿海氣流的輸送下，上海港區的二氧化硫、二氧化氮和釩主要來自于船舶的排放。
我們進行過的前期研究表明，船舶排放對港口及沿海城市大氣PM2.5的平均貢獻比例在1%~10%，受到船舶煙羽影響的特定峰值時刻，船舶排放的貢獻可達到50%。此外，我們估算，船舶排放出的一次PM2.5中，有60%以上的PM2.5可以從港口傳輸到內陸地區。
船舶大氣污染排放對周邊大氣環境中細顆粒物的貢獻不容忽視。而船舶排放的二氧化硫和二氧化氮對城市和區域尺度上二次顆粒物的貢獻還需要未來進一步研究。
中國環境報：目前我國在船舶排放污染防治方面采取了哪些措施？進展如何？
張艷：我國在船舶污染治理方面近年來取得積極進展，主要緣于排放控制區的設立。2015年12月，交通運輸部出臺了《珠三角、長三角、環渤海（京津冀）水域船舶排放控制區實施方案》（以下簡稱《方案》），通過設立船舶大氣污染物排放控制區（以下簡稱排放控制區），控制我國船舶硫氧化物、氮氧化物和顆粒物排放，改善我國沿海和沿河區域特別是港口城市的環境空氣質量。
《方案》中還明確，除使用低硫油外，船舶也可采取連接岸電、使用清潔能源、尾氣后處理等與排放控制要求等效的替代措施。為保障《方案》的順利實施，交通運輸部海事局還編制了《船舶排放控制區監督管理指南》，對監督檢查和結果處罰做出了具體規定。
此外，2016年8月，環境保護部會同國家質檢總局發布了《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第一、二階段）》，填補了我國船舶大氣污染物排放標準的空白。這個標準將在2018年7月1日正式實施，但目前長三角區域已經在執行這個標準了。
排放控制區政策的作用何在？
■上海港實施排放控制區政策后，港區及沿岸城區PM2.5中硫酸鹽和其他含硫組分有所降低。
中國環境報：排放控制區政策對PM2.5治理的作用和意義主要體現在哪方面？
張艷：目前我國航運船舶使用的燃油中，最大的特點是含硫量高。我國在機動車治理上已經把硫排放降到了非常低的水平，而船舶的排放控制現在剛剛起步，硫的排放依然在較高水平。因此，《方案》中明確規定了要在排放控制區使用低硫油。
低硫油顧名思義，就是硫含量比較低，油品品質遠高于重油的油。許多研究表明，隨著硫含量的降低，顆粒物排放也會降低。目前，硫酸鹽是大部分城市PM2.5的重要組成部分。以上海市為例，硫酸鹽在PM2.5中的占比達20%左右，在長三角區域也基本是這個水平。使用低硫油可以降低PM2.5中的硫酸鹽含量，從而降低PM2.5的濃度。
中國環境報：在落實排放控制區政策方面，長三角區域走在全國前列。在2016年4月1日就提前實施了這一政策。如今即將滿一年，執行情況如何？對環境空氣質量產生了什么影響？
張艷：《方案》要求2017年1月1日開始在長三角、珠三角和京津冀水域核心港口實施，而長三角區域已在2016年4月1日率先要求核心港口船舶靠港停泊期間使用含硫量不高于0.5%m/m的低硫油。上海港在2016年2月17日發布了《上海港實施船舶排放控制區工作方案》，從2016年4月1日開始要求靠港停泊期間的船舶使用低硫油。
通過在上海港區和陸地站點長期監測的數據，我們發現，上海港實施排放控制區政策后，港區及沿岸城區PM2.5中硫酸鹽和其他含硫組分有所降低，且比硝酸鹽下降更為明顯，這可能與排放控制區政策有關。
中國環境報：設立排放控制區、在排放控制區內使用低硫燃油也是國際上通行的做法。請問國外有沒有關于排放控制區政策對PM2.5影響的數據？能否舉例說明？
張艷：國外確實起步比較早，舉一個例子。美國加州的奧克蘭港和周邊舊金山灣區域是從2009年6月開始實施排放控制區政策的。在政策實施后，從4個城市站點、兩個郊區站點的監測數據發現，二氧化硫濃度下降了28%~72%（具體程度與距離航道遠近有關）；舊金山灣的城市監測站點顯示，PM2.5濃度降低了2.5%~3.7%（0.23μg/m3~0.33μg/m3），主要是由于硫酸鹽濃度的下降。
還有一組數據顯示，美國加州實施排放控制區政策后，船舶排放對PM2.5年均濃度的貢獻，與政策實施前相比，下降了30%~52%（0.09μg/m3~0.78μg/m3）。
從國外的經驗來看，實施排放控制區政策對PM2.5的防控確實有很大貢獻。
中國環境報：在研究國外實施排放控制區政策時，有沒有發現什么缺點或不利影響？我們在今后實施的過程中需要避免或盡快解決哪些問題？
張艷：目前搜集到的信息資料顯示，缺點主要體現在4個方面，這4方面是環環相扣的。首先是燃油價格的增長，低硫燃油比重油貴很多（有的可達到70%~80%），主要原因是餾分油產品及脫硫過程中消耗的成本。這就帶來了第二個問題，船運成本增加了。按照一般的情景預估，船運成本增加了25.5%，最高可達30.6%（平均船速為18.5節的情況下）。
第三，運價提升。對于傳統的短距離海運，運價估計提升8%~13%，最高甚至可達20%。最后，會帶來運輸方式的改變。考慮到短海運輸成本的增加，一些貿易路線可能就不會選擇這種運輸方式。客戶會更傾向選擇卡車運輸，短海運輸容易失去競爭力。
總之，使用低硫油、岸電和尾氣后處理裝置等都會提高船舶的運營成本，一些貿易路線的航運服務失去競爭力，可能會使部分不能適應新要求的船舶和航運企業被淘汰。但從另一方面來看，這樣也會帶來產業結構的調整。
中國環境報：我國目前實施排放控制區政策需要注意什么？下一步如何推動？
張艷：我國正在實施的排放控制區制度，設立的3個排放控制區彼此間分散、獨立，但船舶航線上的大氣污染物排放是連續的，待將來條件逐漸發展成熟后，預期是要連在一起的。交通運輸部海事局將在2019年對《方案》進行一次評估，再決定下一步如何將《方案》繼續推進，如是否擴大排放控制區地理范圍等。
此外，對船舶排放的控制應該按照船舶分類差別化治理。船舶可以分為很多種類，例如遠洋船舶、內貿船舶、內河船等，排放控制區政策對不同類型船舶的影響是不一樣的。船舶的種類、各類型船舶使用的燃油情況、排放的污染物情況等，我們現在已有的研究還比較少，應該盡快填補空白。
還有一點，船舶排放對沿海城市大氣污染的貢獻情況、船舶排放的污染煙羽擴散過程，以及船舶煙羽在傳輸途徑上的化學演變過程，這些課題目前在國內仍然缺乏系統性的研究。關于船舶排放的研究在未來需要進一步深入探討，從而更好地為區域霧霾污染控制和我國船舶排放控制區的劃定提供科學依據。
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