NG：低煙燃料并非“零危害”！研究揭示居民供暖超細顆粒物排放新風險

近日，中國科學院地球環境研究所黃汝錦研究員團隊與愛爾蘭戈爾韋大學等單位合作，在大氣污染與居民燃料健康效應研究領域取得重要突破。研究首次系統揭示，為降低顆粒物質量排放而推廣的低煙燃料，會顯著增加超細顆粒物的數濃度排放，其在人體肺部和肺泡的沉積貢獻遠超傳統煙煤等燃料，當前僅關注顆粒物質量的空氣質量標準存在明顯短板。并為全球清潔燃料政策優化和空氣質量標準修訂提供了關鍵科學依據。

在全球大氣污染治理中，降低PM2.5等顆粒物質量濃度是核心目標之一。為解決居民固體燃料燃燒帶來的煙霾問題，愛爾蘭、中國等多國相繼推廣低煙/無煙燃料替代傳統煙煤、泥炭等，愛爾蘭更是通過煤禁令實現了黑炭濃度大幅下降和呼吸道疾病死亡率降低。然而，這類低煙燃料在實際應用中的環境健康效應尚未被全面揭示，尤其是粒徑小于100納米的超細顆粒物（UFPs），其可深入人體呼吸道、穿越血腦屏障，引發更嚴重的肺部炎癥和長期健康風險，但目前尚未被納入主流空氣質量標準監測體系。

針對這一科學問題，研究團隊以愛爾蘭低煙區為核心研究區域，結合實驗室燃燒實驗、野外長期觀測、人體肺部沉積模型分析和大氣化學傳輸模擬，開展了多維度系統研究。團隊選取愛爾蘭市售的泥炭、煙煤、木材等原始燃料，以及無煙煤球、生物質型煤等低煙燃料，系統測定了不同燃料燃燒的顆粒物數粒徑分布、質量和數排放因子；同時在都柏林低煙區開展了2016-2023年的長期野外觀測，結合伯爾鎮同步數據，揭示了低煙燃料使用下超細顆粒物的時空變化特征。

研究發現，低煙燃料雖使顆粒物質量排放因子降低50%-77%，但其超細顆粒物數排放因子卻較傳統燃料高出2-3倍，粒徑模態集中在73-78納米，是所有測試燃料中粒徑最小的類別。更關鍵的是，超細顆粒物的肺部沉積效率隨粒徑減小顯著提升，10納米以下超細顆粒物肺部沉積效率可達90%，肺泡沉積效率為10%-25%，而100-1000納米顆粒物的肺部沉積效率僅為10%-25%。源解析結果顯示，低煙燃料貢獻了超過50%的大氣顆粒物總數濃度，經肺部沉積效率校正后，其對肺部和肺泡沉積顆粒物的貢獻分別達65%和43%，遠超傳統煙煤、泥炭、木材等燃料的總和（16%-20%）。即使考慮顆粒物吸濕性增長的影響，低煙燃料對沉積顆粒物的貢獻仍顯著高于傳統燃料。

研究團隊進一步分析了愛爾蘭空氣質量的變化趨勢，發現2016-2023年都柏林PM2.5濃度超標天數大幅下降，符合世衛組織標準，但超細顆粒物數濃度高值天數卻呈上升趨勢，當前主流的WRF-CMAQ大氣模型對超細顆粒物數濃度的模擬低估達10倍，核心原因是現有排放清單僅包含顆粒物質量信息，缺乏粒徑和數濃度數據。對比中國北京、上海的霾污染特征，研究發現都柏林的顆粒物雖質量濃度低，但數濃度和肺部沉積效率遠高于京、滬，其污染特征以居民供暖排放的超細碳質顆粒物為主，與京、滬由二次氣溶膠主導的大粒徑顆粒物污染形成鮮明對比，揭示了不同污染類型下顆粒物健康風險的差異性。

此外，研究還發現，低煙燃料燃燒排放的超細顆粒物表面為多環芳烴等有毒有機物提供了更多冷凝位點，進一步增強了顆粒物毒性；即使低煙燃料降低了多環芳烴的直接排放，但其超細顆粒物的高沉積效率仍使其成為人體肺部和肺泡中多環芳烴沉積的主要貢獻源（37%-39%）。

該研究明確指出，全球當前以顆粒物質量為核心的空氣質量標準和清潔燃料政策，未能充分考慮超細顆粒物的健康風險，低煙燃料的推廣雖實現了“減煙”，卻帶來了超細顆粒物排放增加的潛在環境健康代價。研究建議，亟需修訂空氣質量標準，將超細顆粒物的數濃度、粒徑分布納入監測和管控體系；在清潔燃料研發和推廣中，應兼顧顆粒物質量和數濃度的雙重減排，而非單一追求“低煙”；同時應加快高效清潔爐具的普及，降低固體燃料燃燒的超細顆粒物排放，結合超細顆粒物的長期監測數據，建立更科學的大氣污染健康風險評估體系。

相關成果發表在Nature Geoscience，中國科學院地球環境研究所林春水研究員為論文第一作者，通訊作者為中國科學院地球環境研究所黃汝錦研究員、愛爾蘭戈爾韋大學Colin O’Dowd教授和Jurgita Ovadnevaite教授。該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院前沿科學重點研究計劃、愛爾蘭環境保護署等多個項目的聯合資助。

Lin C, Ceburnis D, Trubetskaya A, et al. (2026) Low-smoke fuels for residential heating linked to an increase in ultrafine particle emissions. Nature Geoscience. https://www.nature.com/articles/s41561-026-01942-1

圖1?展示都柏林低煙區污染事件中粒子數粒徑分布演變，結合肺部/肺泡沉積效率模型，明確不同粒徑顆粒物的沉積效率規律及低煙燃料對肺部、肺泡沉積顆粒物的主導貢獻占比。

圖2?分析2016-2023年都柏林PM2.5濃度超標天數與超細顆粒物高值天數的反向變化趨勢，對比低煙燃料和傳統燃料的顆粒物沉積效率，并測算愛爾蘭、北京、上海三地顆粒物數濃度及肺/肺泡沉積能力的區域差異。