乙醇汽油摩托車的有機毒物排放

葛衛華 金陶勝

（1 防化學院履約事務部 北京 102205 2 南開大學環境科學與工程學院 天津 300071）

近十年來替代燃料方興未艾，乙醇汽油在許多國家和地區得以利用。乙醇汽油乘用車污染物排放研究較多，能減低總HC 和CO 的排放（Leong et al.,2002;He et al.,2003;Yu¨ksel and Yu¨ksel,2004;U.S.EPA,2010a）。空氣毒物中，能降低苯、1,3- 丁二烯、甲苯、二甲苯的排放，但乙醛的排放卻升高（Stump et al.,1994;Poulopoulos et al.,2001;Leong et al.,2002;Niven,2005）。甚至甲醛的排放也增高（Stump et al.,1994;CSIRO/BTRE/ABARE,2003）。而且，乙醇作為添加劑還存在油耗增多的缺點（Poulopoulos et al.,2001;He et al.,2003）。

摩托車空氣毒物排放研究較少（Magnusson et al.,2002;Jia et al.,2005）。摩托車空氣毒物排放在一些國家和地區（中國、印度、印度尼西亞、泰國和臺灣等）是一個很嚴重的問題。

本研究采用臺架實驗研究4 沖程摩托車空氣毒物排放，考慮四種乙醇含量：3%、10%、15%、20%，并用商用汽油作參照。計算了毒物的毒性排序，為健康影響評估提供有意義的信息。

1 毒性分析

選取苯、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛、乙醛6 種空氣毒物作為目標污染物評估燃油排放產生的毒性。空氣毒性效應指標有毒性等價因子、毒性當量、致癌單位風險、危險商數。前2 種用來評價二惡英類化合物的毒性，后兩種用來評價有毒空氣污染物的健康風險。

毒物的排放質量除以相應的健康基準，作為其毒性排序依據。健康基準有三種：致癌、急性中毒、慢性中毒。致癌基準表示在上限壽命期內致癌風險為1/1000000 的濃度，急/慢性中毒基準表示在特定暴露期限內不發生明顯中毒反應的濃度。健康基準值來自美國環保局綜合風險信息系統（IRIS）(U.S.EPA,2010b)、加州環保署、加州空氣資源委員會和加州環境健康風險評價辦公室（CARB/OEHHA,2009）。

2 結果和討論

參考燃油RF 的總有機組分的排放因子為360mg/km。其中異戊烷和甲苯混合排放量最大，在5 種燃油中的排放量分別占到23%、22%、21%、18%和19%。E3 燃油的排放因子最高，達到394mg/km，比參考燃油RF 高9%。E3 氧含量低于RF，這是因為RF 用甲基叔丁基醚（MTBE）作為增氧劑，燃燒效率提高了。同時，燃料組分分析表明，E3 中烯烴、環烷烴、芳香烴和苯含量最高。E15 的排放因子最低，152mg/km，其氧含量高于RF，而芳香烴和環烷烴低于RF。除羥基化合物外，絕大多數有機組分的排放因子都低于RF。值得注意的是，乙醇汽油乙醛排放遠高于PF，為后者的1.8～9.5 倍。另外，通過C 平衡計算，E15 最高，達到93%，表明E15 燃燒較為充分。

將71 種VOCs 分為4 類：烷烴、芳香烴、烯烴、羥基化合物。乙醇汽油排放因子順序依次是烷烴、芳香烴、烯烴、羥基化合物，和參考汽油一樣。E3 和E20 烷烴的排放因子大于參考汽油，烯烴和芳香烴小于參考汽油。E15 中烷烴、烯烴、芳香烴和RF 相比分別減少59%、68%、68%，E10 也呈現同樣的趨勢，分別減少37%~57%。但羥基化合物和RF 相比排放反而增加，E10 增加30%，E15 增加76%，E20 增加244%，其中主要是乙醛和丙烯醛的排放因子較高。

乙醇汽油可以降低大約45%的VOCs 排放，但醛類毒物排放反而增多。因此，乙醇汽油作為替代燃料對空氣質量的影響需要進一步評估。

苯系物、甲醛、乙醛是主要的空氣毒物（Tsai et al.,2003;Jia et al.,2005）。和參考燃油相比，E15 的苯系物排放因子大幅降低，其中苯減少64%、甲苯降低63%、乙苯降低77%、二甲苯減少69%。E10 和E20 分別下降29%～51%、14%～34%，但E3 分別增加3%、34%、21%、15%。燃油中苯含量是本排放的主要來源，除此以外，烷基芳烴、烷己烷等組分在燃燒過程中也會形成苯（Zervas et al.,1999），燃料中芳香族化合物通過脫烷基化作用形成芐基，然后與氫作用生成苯，特別是在缺氧條件下更有利于反應（Zervas et al.,2004a），E3 就是如此。甲苯和乙苯排放主要是由未燃燒的燃料形成的，大分子量芳香烴通過脫烷烴作用形成甲苯（Goodfellowet al.,1996;Zervas et al.,2004b，燃料中甲苯和二甲苯失去一個氫原子或甲烷分子形成Ф-CH2，在于甲基反應生成乙苯。二甲苯的排放完全是由燃料中未燃燒的組分產生的。總體來說，沒有安裝催化轉換器的化油器摩托車采用乙醇汽油（添加超過15%V 的乙醇）時，能減少空氣毒物的排放，但乙醛的排放卻提高了10 倍以上。

3 初步毒性評估

根據前述方法，計算毒性排序。E20 燃油排放致癌毒性最高，其次是E15 燃油，這兩種乙醇汽油中排放的乙醛偏高，而乙醛的致癌健康基準值較低，導致其致癌性排序靠前。急性中毒影響排序為：E20、E15、RF、E10、E3。慢性影響排序為：RF、E20、E3、E10、E15。盡管E15 空氣毒物排放量最低，致癌性和急性毒性排序靠前。需要說明的是，本研究毒性評估僅僅是基于暴露吸入途徑，沒有考慮其他諸如食物攝取、直接接觸、飲水吸入等。毒性評估也不能取代風險評估，因為排放因子不同于暴露濃度，健康基準值也相對保守。

4 結語

本研究測定的摩托車樣品有限，而且都是沒有安裝催化器的摩托車。在后續研究中，應增加被測車輛數量，還應該包括有催化轉化器的摩托車。

毒性評估不能取代風險評估，只能作為一種在毒性條件下評價排放數據的簡單方法。

[1]Al-Farayedhi,A.A.,Al-Dawood,A.M.,and Gandhidasan,P. (2000).Effects of Blending Crude Ethanol with Unleaded Gasolineon Exhaust Emissions of SI Engine SAET echnical PaperSeries 2000-01-2857,.Warrendale,PA:Society of Automotive Engineers.

[2]Al-Hasan,M. (2003).Effectofethanol-unleaded gasoline blends on engine performance and exhaustemission.Energ.Convers.Manage.44,1547..

[3]U.S. EPA. (2010b). Integrated Risk Information System (IRIS).Washington,DC:U.S.EPA,National Center for Environmental Assessment. Available at: www.3-study.com/redirect.php?=http://www.epa.gov/iris/(accessed March 2010).

[4]Warner-Selph,M.A.,and Harvey,C.A.(1990).Assessment of unregulated emissions from gasoline oxygenated blends.SAE Technical Paper Series,902131,Society of Automotive Engineers,Warrendale,PA

[5]Zervas,E.,Montagne,X.,and Lahaye,J. (2002). Emission of alcohols and carbonyl compounds from a spark ignition engine:Influence of fuel and air/fuel equivalence ratio.Environ.Sci.Technol.36,2414.