燃料燃燒是現(xiàn)代社會和經濟發(fā)展的主要能源來源，但其大量燃燒副產物會隨煙氣釋放到環(huán)境中，導致空氣污染和全球氣候變化等負面環(huán)境效應。空氣污染導致的疾病負擔已成為世界排名第4的健康風險因素。然而，大氣氣溶膠的化學成分極其復雜，導致不同區(qū)域/城市大氣PM2.5的健康風險出現(xiàn)不平等現(xiàn)象。制定有效控制空氣污染的政策，一直是非常具有挑戰(zhàn)性的研究課題之一。

       針對這一難題，復旦大學環(huán)境科學與工程系大氣化學團隊與清華大學環(huán)境學院教授王書肖團隊和香港理工大學土木與環(huán)境工程系教授李向東團隊合作，對固體燃料產生的氣溶膠開展多學科交叉研究，基于大量燃燒源現(xiàn)場測量、化學成分甄別、生物毒性解析和空氣質量模擬及暴露風險評估，闡明了氣溶膠關鍵化學組分的源頭形成機制、人群暴露健康風險和生物毒性機制，發(fā)現(xiàn)我國民用固體燃料燃燒所產生的氣溶膠人群暴露風險比燃煤電廠排放的氣溶膠高出2個數(shù)量級，進而提出面向人民生命健康為導向的空氣質量管理建議，為基于健康風險的大氣污染控制策略提供了新的基礎理論支撐。研究成果于2022年1月6日以《基于毒性效應調控的大氣污染控制：固體燃料燃燒》（“Toxic potency-adjusted control of air pollution for solid fuel combustion”）為題發(fā)表于能源領域頂級期刊《自然-能源》（Nature Energy）（DOI：10.1038/s41560-021-00951-1）。

       復旦大學環(huán)境系博士后吳菂、清華大學環(huán)境學院博士后鄭昊天為共同第一作者；復旦大學環(huán)境系青年研究員李慶、香港理工大學土木與環(huán)境工程系講座教授李向東、清華大學環(huán)境學院教授王書肖為共同通訊作者；復旦大學教授陳建民、清華大學教授蔣靖坤和趙斌、香港理工大學助理教授金靈、復旦大學博士后丁祥及博士生呂睿和霍耀強等為論文合作作者。研究得到國家自然科學基金委員會（91743202, 21625701, T2122006, 21876028, 92043302, 42007393）的支持。

多學科交叉融合創(chuàng)新：揭示形成氣溶膠毒性差異的主要化學成分及其形成機制

       通過燃燒學、環(huán)境化學、毒理學、大氣科學等多學科方法交叉融合，闡明了氣溶膠中關鍵毒性組分（PAHs和重金屬）在煤和生物質燃燒過程中燃燒效率的影響機制，量化出關鍵毒性化學組分對細胞毒性效應（致癌和遺傳毒性）的貢獻及內在關聯(lián)機制?；趶娜紵^程到生物毒性評價的貫穿式研究，表明固體燃料在民用爐具和發(fā)電廠鍋爐中的燃燒效率差異顯著，導致氣溶膠中多環(huán)芳烴等關鍵毒性組分的不同，最終引起氣溶膠毒性效應的巨大差異。民用爐具的固體燃料燃燒具有較高的不完全燃燒效率（MICE），不完全燃燒產生的多環(huán)芳烴組分是其排放氣溶膠毒性的主要來源（貢獻占比為64?97%）；而電廠排放的氣溶膠毒性主要來自于毒性金屬元素（貢獻占比為76?86%）。

圖1: （a）民用煤（HC）、民用生物質（HB）和燃煤電廠（CFPP）燃燒排放氣溶膠氧化應激效應（ROS）的關鍵化學組分貢獻比例解析（PAHs和金屬分別是民用源和工業(yè)源氣溶膠的主導毒性成分）；（b）多環(huán)芳烴的等效苯并a芘（BaPeq）與燃料不完全燃燒效率（MICE）的相關性分析（燃燒效率越低產生更高濃度的致癌性PAHs）。

大氣源頭治理的突破：提出基于氣溶膠健康風險的大氣污染治理思路

       基于氣溶膠毒性參數(shù)，結合我國燃料消費水平、大氣排放清單、空氣質量模式與污染暴露模型，發(fā)現(xiàn)我國民用固體燃料消費水平僅為電廠的11%（2017年為基準），其PM2.5排放量約為電廠的5倍，而基于毒性調控的人口加權PM2.5暴露健康風險約為電廠的218倍。這一結果表明，民用固體燃料燃燒帶來的健康風險遠超過燃煤電廠。因此，亟待突破當前“基于PM2.5濃度水平”的大氣污染控制政策，充分考慮氣溶膠的毒性差異，推進基于氣溶膠人群健康風險的大氣污染治理思路。這一研究成果為建立面向人民生命健康的精準環(huán)境治理策略提供了理論依據和數(shù)據支撐。

圖2: （a）我國固體燃料在2017年消費量與PM2.5排放量及基于ROS效應調控的人群暴露健康風險相對貢獻占比的概念圖；民用固體燃料燃燒（b）和燃煤電廠（c）的氣溶膠基于ROS效應調控的人群暴露健康風險在我國大陸區(qū)域的分布情形。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-021-00951-1

近期更多主題相關研究成果鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c08518; https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c00469; https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125820.

       復旦大氣化學團隊長期致力于燃燒源氣溶膠研究（新近興起并逐漸走向成熟的交叉學科），采用“實際燃燒過程/模擬控制燃燒的綜合實驗—煙氣污染控制技術診斷—化學分析—生物毒理評估”研究思路，通過匯聚融合流體力學、燃燒化學、地球科學、環(huán)境毒理學等多學科知識和方法，探索大氣污染防治和公共健康領域的關鍵科學問題。研究團隊長期招聘博士后研究人員從事交叉學科研究，歡迎感興趣的青年人才聯(lián)系（李慶，qli@fudan.edu.cn）。

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網址: 大氣化學團隊聯(lián)合研究提出基于氣溶膠人群暴露健康風險的污染防控機制 http://www.u1s5d6.cn/newsview194415.html