燃料燃燒是現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源來源，但其大量燃燒副產(chǎn)物會(huì)隨煙氣釋放到環(huán)境中，導(dǎo)致空氣污染和全球氣候變化等負(fù)面環(huán)境效應(yīng)?？諝馕廴緦?dǎo)致的疾病負(fù)擔(dān)已成為世界排名第4的健康風(fēng)險(xiǎn)因素。然而，大氣氣溶膠的化學(xué)成分極其復(fù)雜，導(dǎo)致不同區(qū)域/城市大氣PM2.5的健康風(fēng)險(xiǎn)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(duì)這一難題，復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系大氣化學(xué)團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王書肖團(tuán)隊(duì)和香港理工大學(xué)土木與環(huán)境工程系教授李向東團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)固體燃料產(chǎn)生的氣溶膠開展多學(xué)科交叉研究，基于大量燃燒源現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、化學(xué)成分甄別、生物毒性解析和空氣質(zhì)量模擬及暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，闡明了氣溶膠關(guān)鍵化學(xué)組分的源頭形成機(jī)制、人群暴露健康風(fēng)險(xiǎn)和生物毒性機(jī)制，發(fā)現(xiàn)我國民用固體燃料燃燒所產(chǎn)生的氣溶膠人群暴露風(fēng)險(xiǎn)比燃煤電廠排放的氣溶膠高出2個(gè)數(shù)量級(jí)，進(jìn)而提出面向人民生命健康為導(dǎo)向的空氣質(zhì)量管理建議，為基于健康風(fēng)險(xiǎn)的大氣污染控制策略提供了新的基礎(chǔ)理論支撐。研究成果于2022年1月6日以《基于毒性效應(yīng)調(diào)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(lǐng)域頂級(jí)期刊《自然-能源》（Nature Energy）（DOI：10.1038/s41560-021-00951-1）。

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

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

       通過燃燒學(xué)、環(huán)境化學(xué)、毒理學(xué)、大氣科學(xué)等多學(xué)科方法交叉融合，闡明了氣溶膠中關(guān)鍵毒性組分（PAHs和重金屬）在煤和生物質(zhì)燃燒過程中燃燒效率的影響機(jī)制，量化出關(guān)鍵毒性化學(xué)組分對(duì)細(xì)胞毒性效應(yīng)（致癌和遺傳毒性）的貢獻(xiàn)及內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制?；趶娜紵^程到生物毒性評(píng)價(jià)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(dǎo)致氣溶膠中多環(huán)芳烴等關(guān)鍵毒性組分的不同，最終引起氣溶膠毒性效應(yīng)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)占比為76?86%）。

圖1: （a）民用煤（HC）、民用生物質(zhì)（HB）和燃煤電廠（CFPP）燃燒排放氣溶膠氧化應(yīng)激效應(yīng)（ROS）的關(guān)鍵化學(xué)組分貢獻(xiàn)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(dǎo)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(guān)性分析（燃燒效率越低產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)的大氣污染治理思路

       基于氣溶膠毒性參數(shù)，結(jié)合我國燃料消費(fèi)水平、大氣排放清單、空氣質(zhì)量模式與污染暴露模型，發(fā)現(xiàn)我國民用固體燃料消費(fèi)水平僅為電廠的11%（2017年為基準(zhǔn)），其PM2.5排放量約為電廠的5倍，而基于毒性調(diào)控的人口加權(quán)PM2.5暴露健康風(fēng)險(xiǎn)約為電廠的218倍。這一結(jié)果表明，民用固體燃料燃燒帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)超過燃煤電廠。因此，亟待突破當(dāng)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(jìn)基于氣溶膠人群健康風(fēng)險(xiǎn)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(zhǔn)環(huán)境治理策略提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

圖2: （a）我國固體燃料在2017年消費(fèi)量與PM2.5排放量及基于ROS效應(yīng)調(diào)控的人群暴露健康風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)貢獻(xiàn)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(yīng)調(diào)控的人群暴露健康風(fēng)險(xiǎn)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(guān)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(fù)旦大氣化學(xué)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)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(xué)科），采用“實(shí)際燃燒過程/模擬控制燃燒的綜合實(shí)驗(yàn)—煙氣污染控制技術(shù)診斷—化學(xué)分析—生物毒理評(píng)估”研究思路，通過匯聚融合流體力學(xué)、燃燒化學(xué)、地球科學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)等多學(xué)科知識(shí)和方法，探索大氣污染防治和公共健康領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期招聘博士后研究人員從事交叉學(xué)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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