加快系统研究和控制船舶排放
2017年第一期出版的隶属美国大气化学学会的国际环境科学与技术领域期刊——《环境科学与技术》（ES&T），发表了由我国复旦大学环境科学与工程系教授杨新、副教授张艳担任共同通讯作者，合作研究的有关船舶排放对城市大气环境影响的最新成果。
文章中首次定量反映了船舶大气排放源对世界第一大港所在城市上海PM2.5污染的长期平均贡献和船舶烟羽的瞬时影响，对于客观认识船舶污染源在我国沿海港口城市人为排放污染源中的分担率，以及加强船舶大气污染防控具有重要意义。
对话人：复旦大学环境科学与工程系副教授张艳
张艳，复旦大学环境科学与工程系副教授，硕士生导师，主要从事水域及陆地交通大气污染、气溶胶长距离输送等研究，在国内外学术期刊上发表论文50余篇。主持过的科研项目有《航运排放对区域及城市空气质量的影响》《长三角近海气溶胶的理化特性及来源解析》等，目前正主持国家自然科学基金项目《船舶排放烟羽对沿海城市大气环境影响的动态过程：数值模拟与在线观测》。
采访人：本报记者宋杨
船舶大气污染物排放的影响是什么？
■船舶排放的一次PM2.5，60%以上可以被传输到内陆地区。
中国环境报：我国航运船舶的规模有多大？船舶排放的总体情况是什么？
张艳：我国有超过400个港口。在中港网发布的2016全球十大港口集装箱吞吐量排名中，有7个中国港口入选。在集装箱吞吐量上，上海港已连续7年位列世界第一；在货物吞吐量上，宁波—舟山港是世界第一大港。
船舶排放对大气环境的影响主要有两类。一类是细颗粒物，无论是燃烧过程中形成的硫氧化物、氮氧化物，还是直接排放的一次颗粒物，都可能在大气环境下产生反应，生成二次的细颗粒物。另一类是挥发性有机物，也会对细颗粒物的形成造成很大影响。
我们进行过测算，2010年长三角区域及中国东部海域船舶排放的二氧化硫可达到38万吨/年，在人为排放源中占到14%~15%，贡献还是比较大的。排放的氮氧化物在人为排放源中的占比与二氧化硫差不多。
我们还对长三角区域和距离东海海岸线400公里以内的船舶大气污染物排放量进行过估算，2010年船舶排放的PM2.5达到5.1万吨/年。其中，超过60%的船舶排放发生在海岸线100公里以内，超过85%的船舶排放发生在海岸线200公里以内。
中国环境报：请详细介绍一下船舶大气污染物排放对港口及陆地PM2.5的影响。
张艳：我们在这方面的主要研究对象是上海港。2011年，我们在上海港进行了外场观测实验，监测物种包括二氧化硫、二氧化氮和臭氧这些痕量气体，同时采集了气溶胶样品，包括TSP（总悬浮颗粒物）、PM2.5等，并对气溶胶样品和重油样品中的钒、镍等元素进行了分析。
结果表明，上海港的二氧化硫和二氧化氮小时平均浓度分别为29.4μg/m3和63.7μg/m3，TSP和PM2.5的日均浓度为114.39μg/m3和62.60μg/m3，和上海陆地区域监测到的值相当。而后向轨迹分析进一步表明，在沿海气流的输送下，上海港区的二氧化硫、二氧化氮和钒主要来自于船舶的排放。
我们进行过的前期研究表明，船舶排放对港口及沿海城市大气PM2.5的平均贡献比例在1%~10%，受到船舶烟羽影响的特定峰值时刻，船舶排放的贡献可达到50%。此外，我们估算，船舶排放出的一次PM2.5中，有60%以上的PM2.5可以从港口传输到内陆地区。
船舶大气污染排放对周边大气环境中细颗粒物的贡献不容忽视。而船舶排放的二氧化硫和二氧化氮对城市和区域尺度上二次颗粒物的贡献还需要未来进一步研究。
中国环境报：目前我国在船舶排放污染防治方面采取了哪些措施？进展如何？
张艳：我国在船舶污染治理方面近年来取得积极进展，主要缘于排放控制区的设立。2015年12月，交通运输部出台了《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》（以下简称《方案》），通过设立船舶大气污染物排放控制区（以下简称排放控制区），控制我国船舶硫氧化物、氮氧化物和颗粒物排放，改善我国沿海和沿河区域特别是港口城市的环境空气质量。
《方案》中还明确，除使用低硫油外，船舶也可采取连接岸电、使用清洁能源、尾气后处理等与排放控制要求等效的替代措施。为保障《方案》的顺利实施，交通运输部海事局还编制了《船舶排放控制区监督管理指南》，对监督检查和结果处罚做出了具体规定。
此外，2016年8月，环境保护部会同国家质检总局发布了《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》，填补了我国船舶大气污染物排放标准的空白。这个标准将在2018年7月1日正式实施，但目前长三角区域已经在执行这个标准了。
排放控制区政策的作用何在？
■上海港实施排放控制区政策后，港区及沿岸城区PM2.5中硫酸盐和其他含硫组分有所降低。
中国环境报：排放控制区政策对PM2.5治理的作用和意义主要体现在哪方面？
张艳：目前我国航运船舶使用的燃油中，最大的特点是含硫量高。我国在机动车治理上已经把硫排放降到了非常低的水平，而船舶的排放控制现在刚刚起步，硫的排放依然在较高水平。因此，《方案》中明确规定了要在排放控制区使用低硫油。
低硫油顾名思义，就是硫含量比较低，油品品质远高于重油的油。许多研究表明，随着硫含量的降低，颗粒物排放也会降低。目前，硫酸盐是大部分城市PM2.5的重要组成部分。以上海市为例，硫酸盐在PM2.5中的占比达20%左右，在长三角区域也基本是这个水平。使用低硫油可以降低PM2.5中的硫酸盐含量，从而降低PM2.5的浓度。
中国环境报：在落实排放控制区政策方面，长三角区域走在全国前列。在2016年4月1日就提前实施了这一政策。如今即将满一年，执行情况如何？对环境空气质量产生了什么影响？
张艳：《方案》要求2017年1月1日开始在长三角、珠三角和京津冀水域核心港口实施，而长三角区域已在2016年4月1日率先要求核心港口船舶靠港停泊期间使用含硫量不高于0.5%m/m的低硫油。上海港在2016年2月17日发布了《上海港实施船舶排放控制区工作方案》，从2016年4月1日开始要求靠港停泊期间的船舶使用低硫油。
通过在上海港区和陆地站点长期监测的数据，我们发现，上海港实施排放控制区政策后，港区及沿岸城区PM2.5中硫酸盐和其他含硫组分有所降低，且比硝酸盐下降更为明显，这可能与排放控制区政策有关。
中国环境报：设立排放控制区、在排放控制区内使用低硫燃油也是国际上通行的做法。请问国外有没有关于排放控制区政策对PM2.5影响的数据？能否举例说明？
张艳：国外确实起步比较早，举一个例子。美国加州的奥克兰港和周边旧金山湾区域是从2009年6月开始实施排放控制区政策的。在政策实施后，从4个城市站点、两个郊区站点的监测数据发现，二氧化硫浓度下降了28%~72%（具体程度与距离航道远近有关）；旧金山湾的城市监测站点显示，PM2.5浓度降低了2.5%~3.7%（0.23μg/m3~0.33μg/m3），主要是由于硫酸盐浓度的下降。
还有一组数据显示，美国加州实施排放控制区政策后，船舶排放对PM2.5年均浓度的贡献，与政策实施前相比，下降了30%~52%（0.09μg/m3~0.78μg/m3）。
从国外的经验来看，实施排放控制区政策对PM2.5的防控确实有很大贡献。
中国环境报：在研究国外实施排放控制区政策时，有没有发现什么缺点或不利影响？我们在今后实施的过程中需要避免或尽快解决哪些问题？
张艳：目前搜集到的信息资料显示，缺点主要体现在4个方面，这4方面是环环相扣的。首先是燃油价格的增长，低硫燃油比重油贵很多（有的可达到70%~80%），主要原因是馏分油产品及脱硫过程中消耗的成本。这就带来了第二个问题，船运成本增加了。按照一般的情景预估，船运成本增加了25.5%，最高可达30.6%（平均船速为18.5节的情况下）。
第三，运价提升。对于传统的短距离海运，运价估计提升8%~13%，最高甚至可达20%。最后，会带来运输方式的改变。考虑到短海运输成本的增加，一些贸易路线可能就不会选择这种运输方式。客户会更倾向选择卡车运输，短海运输容易失去竞争力。
总之，使用低硫油、岸电和尾气后处理装置等都会提高船舶的运营成本，一些贸易路线的航运服务失去竞争力，可能会使部分不能适应新要求的船舶和航运企业被淘汰。但从另一方面来看，这样也会带来产业结构的调整。
中国环境报：我国目前实施排放控制区政策需要注意什么？下一步如何推动？
张艳：我国正在实施的排放控制区制度，设立的3个排放控制区彼此间分散、独立，但船舶航线上的大气污染物排放是连续的，待将来条件逐渐发展成熟后，预期是要连在一起的。交通运输部海事局将在2019年对《方案》进行一次评估，再决定下一步如何将《方案》继续推进，如是否扩大排放控制区地理范围等。
此外，对船舶排放的控制应该按照船舶分类差别化治理。船舶可以分为很多种类，例如远洋船舶、内贸船舶、内河船等，排放控制区政策对不同类型船舶的影响是不一样的。船舶的种类、各类型船舶使用的燃油情况、排放的污染物情况等，我们现在已有的研究还比较少，应该尽快填补空白。
还有一点，船舶排放对沿海城市大气污染的贡献情况、船舶排放的污染烟羽扩散过程，以及船舶烟羽在传输途径上的化学演变过程，这些课题目前在国内仍然缺乏系统性的研究。关于船舶排放的研究在未来需要进一步深入探讨，从而更好地为区域雾霾污染控制和我国船舶排放控制区的划定提供科学依据。
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