淺析飛機尾氣排放與臭氧污染的關系及對策

荊勇

【摘 要】本文查閱大量相關文獻，通過分析飛機尾氣成分和臭氧污染的危害，總結了臭氧污染的來源及其與飛機尾氣排放的關聯，并提出了改善航空臭氧污染問題的有效策略，旨在為大氣環境保護提供理論參考。

【關鍵詞】飛機尾氣；氮氧化合物；臭氧；污染

1 前言

臭氧是一種揮發性碳氫化合物和氮氧化物等在太陽光照射下引起光化學反應的產物。而所謂氮氧化物和可揮發性有機物，一般來自于汽車尾氣、石油化工廠廢氣以及森林植被排放等。高溫、強輻射會加速光化學反應，導致大量臭氧出現。這種有害混合煙霧中除氮氧化物等污染物外，主要含臭氧和醛類物質等，也有細顆粒物，對人體呼吸系統有直接影響。與一直縈繞在我們耳邊的PM2.5相比，臭氧確實并沒有太多引起公眾的重視，因為它沒有前者那般“張牙舞爪”，但卻悄悄潛伏在萬里晴空，被稱為“透明殺手”。當臭氧濃度高于一定范圍后，容易引發光化學煙霧、灰疆等污染問題，嚴重影響生活和生產。近些年臭氧污染日益嚴重，已經成為全球環境保護領域專家關注的熱點問題。

2 飛機尾氣成分

燃氣飛機渦輪發動機的燃料在燃燒室內轉變為燃氣，為飛機前行提供推動力，燃料燃燒后的產物會從機身尾部排入外界環境中，尾氣成分主要分為四大類：

（1）燃料燃燒的理想產物：水、二氧化碳、二氧化硫；

（2）燃燒副產物：氮氧化合物；

（3）不完全燃燒產物：有機揮發性物質、細小的顆粒、粉塵等；

（4）未參與燃燒的成分：氮氣、氧氣。

3 臭氧污染的危害

3.1 人體危害

臭氧在空氣中的實際含量相比其它成分低很多，是典型的二次污染。空氣中臭氧濃度引起人員一定反應的濃度為0.5ppm，時間長了會感到口干等不適，濃度達到1ppm會引起人員咳嗽，對人體呼吸系統、肺功能等造成嚴重的刺激反應，引發哮喘、呼吸道炎癥或慢性支氣管炎等臨床癥狀。高濃度臭氧還會刺激眼睛，出現頭痛癥狀，甚至誘發心臟疾病。

3.2 植物危害

臭氧的植物毒性主要體現于它的強氧化性上，通過破壞植物細胞壁而引發急性植物細胞病變，造成植物死亡。

4 臭氧污染的來源及其與飛機尾氣排放的關聯

4.1 臭氧污染物來源

有研究表明地面層臭氧污染中約四分之一來自大自然臭氧層輸送，二分之一來自于氮氧化物和揮發性有機污染物的光化學反應，其余的則來自區域外傳輸。

4.2臭氧污染物與飛機尾氣排放的關聯

隨著民事航空事業的不斷發展，因具備速度快，節約時間等有利條件，飛機已經成為當前人們旅游、出差等外出活動常選的交通工具。但隨著環境保護宣傳力度的不斷加大，人們也開始逐漸意識到飛機尾氣對人體健康、空氣環境以及氣候等造成的危害。21世紀初期，英國環境學專家評估了飛機尾氣排放量，通往美國和歐洲的噴氣式飛機，每往返一次所排放二氧化碳、氮氧化物以及揮發性有機污染物的總量是一輛家用汽車一年的排放量。

臭氧不屬于飛機尾氣成分，但其形成過程與飛機尾氣有很大的關聯。高溫條件下，飛機燃料經燃燒后的氮氧化合物容易和碳氫化合物發生反應，產物中有臭氧。同時。進入空氣層中的氮氧化合物在光照下也會碳氫化合物發生光化學反應，生成臭氧，增加太陽光輻射強度，形成光化學煙霧。燃油一氧化氮主要來源于燃料中有機氮的轉化，其含量和燃料中氮含量息息相關。但飛機發動機燃料多數是煤油，氮含量較低，因此所產生的氮氧化合物相對較少。飛機處于巡航或滑行狀態時，由于借助于強大的推動力，容易因燃燒不充分導致揮發性有機物含量和副產物氮氧化物增加，加劇臭氧污染。

5 控制飛機尾氣臭氧污染物排放策略

一氧化氮在良好的空氣狀態下可以和臭氧發生化學反應，生成二氧化氮等氣體，不容易造成臭氧累積。但若飛機尾氣中同時排出揮發性有機污染物，一氧化氮會優先和其發生反應，臭氧會在空氣中大量積累，誘發臭氧污染。由此也可以看出，臭氧污染防治的關鍵不僅僅是控制某種特定的污染物，而是協同控制多種污染物的排放。

控制臭氧污染的關鍵問題是控制其前體物。常見臭氧前體物包括氮氧化物、揮發性有機污染物。基于飛機發動機的工作原理和飛機燃油的特性，全球飛機尾氣研究人員研究的熱點主要集中于一氧化碳、碳氫化合物、水、二氧化碳、可吸入性粉塵、煙霧以及氮氧化物的排放上，其中，研究最為廣泛的是氮氧化物。隨著民航客機出行率的逐年增加，為了減少飛機尾氣中氮氧化合物含量，降低可引發臭氧污染物質的排放量，可以采取以下幾種措施加以改善。

（1）加大對新型、環保型飛機研發的投入資金，優化發動機設計，降低臭氧污染物排放量。以氮氧化物為基準，使用新型復合材料，研究新型綠色環保飛機，降低飛機自重。若可以在全國范圍內推廣使用環保飛機，臭氧污染問題可得到有效改善。

（2）減少飛機在地面滑行的時間或改進其滑行路線。處于慢車或滑行工作模式下的飛機，相比其他飛行狀態，單位耗油量下經尾氣排出氮氧化物污染物總量高50%。據調查資料顯示，民航客機滑行時間由27min減少至22min，尾氣中氮氧化物含量可降低10%左右。由此數據可以看出，為了減少飛機尾氣引發的臭氧污染，節約燃油成本，建設飛機跑道時要充分結合具體情況，優化滑行路線，降低飛機尾氣中臭氧污染物的含量。

（3）推廣地面電源替代飛機輔助動力裝置，重點區域民航機場在飛機停靠期間主要使用岸電替代輔助動力系統，減少飛機怠速狀態下的空氣污染。

6 結論

隨著航空事業的飛速發展導致全球飛機能源消耗和尾氣排放量逐年增加，加大了生態環境的負荷，也容易引發溫室效應和臭氧污染等問題，環境保護專家對飛機尾氣的研究也越來越充分。基于飛機尾氣引發的臭氧污染問題，航空材料研發人員必須具備創新思維，采用綠色無污染燃料來降低飛機尾氣中臭氧污染物的排放量。

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（作者單位：陜西省西咸新區空港新城管理委員會）