近日，我系陳穎軍課題組同廣州地球化學研究所張幹教授合作Nature communication上發表了題為“Char dominates black carbon aerosol emission and its historic reduction in China” 的論文。文章提出黑碳並非是一類統一的物質，而可根據其熱解溫度，理化性質與源排放特征在大氣中被一分為二。研究首次提出其中的Char組分是過去六十年間中國黑碳排放的主體，也將是未來減排的主要關註目標🎅🏼。因為這一組分主要來自低溫燃燒產生，且與Soot相比更容易被減排🎗。

       黑碳（BC）氣溶膠來源於生物質和化石燃料的不完全燃燒⚰️，因其對氣候🏄🏻、環境和人類健康的不利影響而備受關註。近幾十年來🥕，對不同行業的 BC 排放因子進行了測量➿，並在國家和全球範圍內編製了自下而上的排放清單🗃。然而，在當前的 BC 排放中，必須將BC區分為Char和Soot👩‍🚀，因為二者是完全不同的物質♘，具有不同的物理結構、光學特性和潛在的生物毒性⚂。

       在這項研究裏🚙👋🏿，共采集並測量了420個中國境內的燃燒事件🧴。這些燃燒事件中燃料成分組合和燃燒條件各不相同☝🏼，包括用於取暖和做飯的生物質和煤等固體燃料的居民爐竈燃燒（RS）、非道路和道路汽車尾氣（VE）以及工業和發電廠的燃煤鍋爐排放（CB）三類。

       對源排放的實際測量結果顯示，排放源的燃燒溫度越低📌，BC的排放因子相對越高🛍，且Char占BC排放的比例也更高🤙🏼。在民用爐竈燃燒中，Char貢獻了超過80%的BC排放💃🏿，而在機動車與非道路交通工具的尾氣中，Char與Soot對BC排放的貢獻基本一致。而在高溫的燃煤鍋爐與發電廠排放中💖，Char僅貢獻了BC排放的30%。

圖👳🏿‍♂️：三個排放部門中不同排放源的 BC（a）、Char（b）、Soot（c）和 char 與 Soot 之比（d）的排放因子與趨勢。（黃色指住宅爐竈燃燒🗡，紅色指汽車尾氣，藍色指工業用燃煤鍋爐）

       通過將最新的BC排放清單與我們研究中測量的源排放RC/S值相結合🙅🏼，我們重建了1960-2017年Char和Soot的歷史排放清單🎾。這段歷史可分為三個不同時期📕：1989 年前的快速下降期（PI）🫱🏿、1990 年至 2000 年間的劇烈波動期（PII）和 2001 年後的緩慢下降期（PIII）。總體而言🌏，Char在中國的BC年排放量中占主導地位✊🏽🌦，且歷史上曾出現過大幅減少💸。中國各地若幹沉積物巖心中記錄的濃度也證實了中國大氣中BC排放的歷史趨勢以及Char在BC中所占的比例🩲。

圖：各個歷史時期裏Char與Soot的排放與源貢獻分布

       通過控製燃燒實驗和優勢分析模型的結合，揭示了Char和Soot在前體和副產物方面的差異。首先，與Soot相比，Char可能是由分子量更高的有機揮發物前體形成的🐑。其次🏋️‍♂️，在Char和Soot形成途徑之間會產生不同的副產品或中間產物。優勢分析結果證明爐溫是固體燃料（RBB 和 RCC）低溫燃燒的最顯著影響因素，解釋了 79% 的 RC/S變化✖️，其次是燃料成分 （18%）。對於發動機技術相對較差的非道路源尾氣🚣🏻‍♂️，燃油質量和排放標準，發動機參數（負載和功率）和機油成分解釋了70%和30%的RC/S變化分別💛。相比之下，對於具有更先進燃燒技術和更嚴格排放標準（如OVE）的源，排放標準或後處理技術解釋了75%的RC/S變化🐊，這掩蓋了燃料成分以及Char和Soot形成途徑的影響差異。

圖：各影響因素對不同排放源中Char與Soot對BC貢獻比例的影響

       最後，這篇文章提出了未來中國BC減排，尤其是Char減排的兩個方向。其一是建議使用鍋爐燃燒生物燃料和煤炭等固體燃料🕊，而不是使用小型爐竈（包括先進的爐竈）。其二是將道路機動車的國家標準限值作為燃燒柴油和重油的非道路移動機械（如農業機械、建築機械和船舶）的參考🧑🏻‍🦽。這兩項措施可以在2017年的基礎上減排44%的BC和68%的Char排放🧓🏽。

       2022級博士生蔡珺傑與博士後姜鴻興為論文共同第一作者。該項研究工作得到了一項國家自然基金重點項目與三項國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金等項目的支持🪣。

供稿：陳穎軍課題組

編輯：李博海

審核：張立武