不同貨物運輸方式的大氣污染物排放對比及減排潛力分析*

許康利 田 野 王聘璽 薛亦峰# 魏小強 張世豪,5

(1.北京市環境保護科學研究院，國家城市環境污染控制工程技術研究中心，北京 100037；2.北京市生態環境局，北京 100048；3.北京市交通發展研究院，北京 100045；4.中國交通信息中心有限公司，北京 100101；5.首都師范大學資源環境與旅游學院，北京 100048)

機動車和非道路機械等移動源正逐步成為中國城市大氣污染主要的來源之一[1-4]，根據主要城市PM2.5污染來源解析結果，移動源對PM2.5的貢獻逐年增加，貢獻率最高可達50%[5-6]。貨物運輸行業中，機動車(主要包括貨車)、非道路機械鐵路內燃機和飛機是移動源的重要組成部分，其使用的化石燃料在燃燒過程中會產生大量的大氣污染物，主要包括顆粒物(PM)、NOx、揮發性有機物(VOCs)和CO等，對大氣環境造成較大影響[7-8]。因此，控制貨物運輸行業的大氣污染物排放對于移動源污染減排以及城市空氣質量的改善具有重要作用。

當前國內外對于機動車和非道路機械污染排放及其對空氣質量的影響研究較多。SUN等[9]利用COPERT模型估算了2000—2030年天津市機動車多種大氣污染物排放量，并對不同車輛類型排放貢獻進行識別。VIJAYARAGHAVAN等[10]采用MOVES模型核算了美國佐治亞州1995—2009年道路行駛的機動車CO、NOx和VOCs排放量，并與環境空氣質量進行了相關性分析。徐雨晴等[11]和何吉成[12]采用基于燃料消耗量的排放因子法，對中國鐵路和民航飛機大氣污染物排放量進行了估算。貨物運輸主要通過重型柴油車、火車和飛機等運輸工具，目前的研究多集中在不同運輸方式的節能方法上[13-16]，譚曉雨等[17]分析了京津冀地區13個城市2001—2015年貨物運輸總能耗的變化情況，并從貨物運輸需求和貨物運輸市場等方面對降低貨物運輸能耗提出了相關建議，而對不同貨物運輸方式的污染物排放強度及排放量的對比和分析研究較少。

為探討不同貨物運輸方式的污染排放差異，本研究基于北京市當前的貨物運輸車輛結構及不同車型的大氣污染物排放因子，對比分析了3種不同貨物運輸方式(公路、鐵路和民航)的大氣污染物排放強度，核算了北京市貨物運輸主要大氣污染物排放量，并著重探討分析不同貨物運輸方式的污染物排放差異和排放貢獻，對貨物運輸行業的污染減排潛力進行評估和分析，進而提出調整和優化貨物運輸結構的建議，為北京市移動源污染防治工作提供研究參考。

1 材料和方法

1.1 研究對象

北京市是超大型城市，常住人口超過2 100萬，還有大量的流動人口[18]，人口密度較大，對食物、日用品和工業產品需求大[19]，貨物運輸量大。

北京市貨物運輸主要通過公路、鐵路和民航3種方式，2017年北京市公路運輸、鐵路運輸和民航運輸貨物周轉量分別為2.46×1014、1.59×1014、7.40×1013t·km。北京市現有兩個民用機場在用，分別為首都國際機場和大興國際機場，機場也承擔了一部分的貨物運輸，但比例不大。北京市鐵路里程多年未有變化，約為0.13萬km，占全國總鐵路里程的1%，主要與客流相對集中有關。北京市道路交通體系較為發達，且公路里程逐年增加，2017年為2.2萬km，約是鐵路里程的17倍。

1.2 大氣污染物排放強度核算方法

以單位運輸距離和單位質量的貨物運輸所產生的污染物排放量來表征不同貨物運輸方式污染物排放強度。公路運輸所用的機動車種類較多，包括輕型、中型和重型機動車，燃料主要包括汽油和柴油，其污染物排放標準從國Ⅱ到國Ⅴ不等，本研究以北京市2018年貨物運輸車輛的實際保有量情況為基準進行考慮，不同類型車輛單位運輸距離的大氣污染物排放量數據來自《城市大氣污染物排放清單編制手冊》[20]。

不同貨物運輸方式的污染物排放強度計算見式(1)：

Q=I÷M

(1)

式中：Q為不同貨物運輸方式下氣態污染物排放強度，g/(t·km)；I為不同貨物運輸方式下氣態污染物平均排放系數，g/km，取值來自《城市大氣污染物排放清單編制手冊》中道路移動源排放系數、非道路移動源排放系數；M為不同貨物運輸方式平均貨物運輸載貨噸位，t。其中，公路貨物運輸平均載貨噸位取2011—2017年北京市公路營運載貨汽車噸位的平均值(5 t)；鐵路貨物運輸平均載貨噸位取4 000 t；航空平均載貨噸位取60 t。

道路移動源排放系數根據2018年北京市不同車型及不同排放標準等級的貨物運輸車輛實際保有量占比情況進行修正，2018年北京市貨物運輸車輛中輕型、中型、重型機動車數量占比分別為79.6%、4.9%、15.4%，國Ⅲ前、國Ⅳ、國Ⅴ排放標準的車輛數量占比分別為14.0%、18.9%、67.1%，根據不同車輛類型和排放等級的數量占比對排放系數進行加權平均，得到公路貨物運輸污染物平均排放系數。不同貨物運輸方式污染物排放系數對比情況見表1。

表1 不同貨物運輸方式污染物排放系數Table 1 The emission coefficient of pollutants of different modes of freight transportation g/km

1.3 不同貨物運輸方式排放量核算方法

不同貨物運輸方式各類污染物排放量計算見式(2)：

P=Q×T×10-6

(2)

式中：P為不同貨物運輸方式下氣態污染物排放量，t；T為貨物運輸周轉量，t·km。

2 結果和討論

2.1 北京市貨物運輸結構現狀特征

貨物運輸與城市人口規模、經濟發展息息相關[21]。北京市人口多、經濟持續快速發展，因此整體貨物運輸量較大。根據2007—2017年北京市公路、鐵路、民航的貨物運輸量變化情況(見表2)[22]可以看到，2014年前貨物運輸量總體增長，從2007年的19 895 萬t增長到2014年的26 697萬t，年均增長率4.9%，且2007—2014年北京市經濟年均增長率8.6%，可見，隨著經濟的發展，運輸業的發展水平也在不斷地提高，呈現出正向發展趨勢；2015年后受首都功能疏解，一般制造業逐漸外遷，第二產業國內生產總值(GDP)貢獻下降，2015年比2014年降低1.6百分點，2015年常住人口增長也比較有限，流動人口大幅減少[23]，因此貨物運輸量出現大幅下降；到2017年貨物運輸量為20 253萬t，與2007年貨物運輸量19 895萬t和2008年貨物運輸量20 515萬t基本相當，因此根據上述分析，預估未來10年內北京市貨物運輸量基本保持在20 000萬t左右。

表2 2007—2017年北京市貨物運輸量及北京市人口變化Table 2 The freight volume and population of different modes of freight transportation in Beijing

在貨物運輸結構上，北京市貨物運輸方式較為單一，公路運輸占絕對比例，且貢獻比例逐年上升，從2007年的89.8%增長到2017年的95.7%。公路運輸比例大，一方面與北京市公路貨物運輸配套設施較好、方便靈活有關，另一方面與貨物運輸距離短以及北京市的交通規劃有關。鐵路運輸占比呈現逐年減少的趨勢，從2007年的9.7%下降到2017年的3.5%，主要是鐵路資源偏重客運，鐵路貨物運輸配套設施不夠完善[24]，運輸到終端仍需要經過公路周轉，最后幾千米的貨物運輸障礙問題未完全破除。因此，應大幅提升鐵路貨物運輸比例，推進多式聯運運輸網絡建設，協調利用現有鐵路運輸資源，推動重點工業企業、物流園區和產業園區等大宗貨物運輸優先采用鐵路貨物運輸方式，提升鐵路運輸比例，建立城市綠色貨物運輸體系。

2.2 不同貨物運輸方式污染物排放強度對比分析

持續增強的貨物運輸能力和不斷擴大的貨物運輸規模在推動城市經濟發展的同時，也產生大量的污染物排放[25]，而不同的貨物運輸方式因燃料類型不同在污染物排放強度方面也存在差異。基于北京市貨物運輸車輛結構現狀，結合1.2節核算方法，得到不同貨物運輸方式主要大氣污染物(CO、NOx、PM2.5、PM10和VOCs)的排放強度。由表3可見，公路貨物運輸大氣污染物排放強度較大，5種大氣污染物總排放強度為1.746 g/(t·km)，分別是鐵路貨物運輸大氣污染物排放強度和民航貨物運輸大氣污染物排放強度的17.0、4.0倍。

表3 不同貨物運輸方式大氣污染物排放強度對比Table 3 Comparison of air pollutants emission intensity of different modes of freight transportation g/(t·km)

從不同大氣污染物種類來看，公路貨物運輸CO排放強度最大，為1.029g/(t·km)，分別是鐵路和民航的85.8、7.5倍；VOCs排放強度為0.127 g/(t·km)，分別是鐵路和民航的31.8、3.1倍；NOx排放強度為0.564 g/(t·km)，分別是鐵路和民航的7.0、2.3倍，由此可以看到公路貨物運輸在CO、VOCs和NOx的排放上具有更好的減排潛力。

通過上述3種不同貨物運輸方式大氣污染物排放強度的對比分析，可以看到公路運輸大氣污染物排放強度要遠高于鐵路運輸，通過情景預測和排放強度核算，要使公路運輸大氣污染物排放強度與鐵路運輸基本相當，需要在現有公路運輸車輛結構的基礎上，將全部國Ⅳ及國Ⅳ前排放標準等級、約90%的國Ⅴ排放標準等級燃油車輛進行新能源替代。而目前對于貨物運輸車輛的新能源替代還受技術發展水平、續航能力、價格及配套設施建設等方面因素的影響，新能源替代仍存在較大的壓力和阻力。因此減少貨物運輸污染物排放，還需要依賴于貨物運輸結構的調整，不斷提高鐵路運輸比例；另一方面也要促進公路貨物運輸車輛結構調整，提高新能源車輛使用比例，降低其大氣污染物排放。

2.3 北京市貨物運輸污染物排放量及排放貢獻

結合北京市不同運輸方式的貨物運輸周轉量，按1.3節給出的不同貨物運輸方式大氣污染物排放量核算方法，得到2017年北京市3種貨物運輸方式CO、NOx、PM2.5、PM10和VOCs的排放量(見圖1)。2017年北京市貨物運輸5種大氣污染物排放量近3.4萬t，占全市大氣污染物排放總量的3.1%。其中NOx排放量約1.3萬t，占全市NOx排放總量的10.5%，CO、PM2.5、PM10和VOCs排放量分別為1.78萬、0.03萬、0.04萬、0.24萬t，占各自全市排放總量的3.4%、0.8%、0.2%、1.0%，貨物運輸帶來的大氣污染物排放對空氣質量具有較大的影響，尤其是NOx排放貢獻較大。

圖1 2017年北京市不同貨物運輸方式大氣污染物排放情況Fig.1 Air pollutants emissions of different modes of freight transportation in Beijing in 2017

從不同貨物運輸結構來看，公路貨物運輸5種大氣污染物排放量為2.80萬t，分別占貨物運輸和全市大氣污染物排放總量的82.7%和2.6%，其中NOx排放量為0.90萬t，分別占貨物運輸和全市排放總量的26.7%和0.8%；鐵路貨物運輸5種大氣污染物排放量為0.25萬t，分別占貨物運輸和全市排放總量的7.5%和0.2%；民航貨物運輸5種大氣污染物排放量為0.33萬t，分別占貨物運輸和全市排放總量的9.8%、0.3%。因此無論是從污染物排放量角度還是污染物排放貢獻占比角度，提高北京市鐵路貨物運輸比例，減少公路貨物運輸大氣污染物排放對于未來空氣質量改善具有重要的作用。

2.4 北京市貨物運輸結構存在問題及減排潛力分析

北京市面臨貨物運輸結構分配不合理、運輸方式優勢未充分發揮、運輸組織化水平低、基礎設施銜接不暢等問題，具體表現為北京市貨物運輸結構較為單一，公路運輸占95.7%，遠高于全國平均水平(76.8%)。不同運輸方式的優勢未能得到充分發揮，鐵路運輸能力不足，鐵路專用線建設滯后[26]。綜合運輸組織化水平還有待進一步提高，跨方式、一體化運輸組織程度較低，各種運輸方式規劃建設、統籌協調不夠[27]。貨物運輸車輛結構過度依賴化石燃料，替代能源、可再生能源使用率較低。

針對當前貨物運輸污染排放問題，未來的污染控制需要從改善運輸結構、調整和優化貨物運輸車輛結構、提高能源利用率、減少化石燃燒消耗、加強執法和監管等來進行綜合污染防治，具體為：(1)提高鐵路運輸比例和水平。鐵路運輸污染強度較小，要統籌推進多式聯運運輸網絡建設，協調利用現有鐵路運輸資源，推動重點工業企業、物流園區和產業園區等大宗貨物運輸優先采用鐵路貨物運輸方式；(2)公路貨物運輸車輛結構調整和優化。對于近距離的貨物運輸，公路貨物運輸具有一定的不可替代性，可以進行車輛結構的調整和升級，促進國Ⅲ以下柴油貨車的替代和更新，推廣使用節能環保型和新能源貨車，逐步建立城市綠色貨物運輸體系，在通行便利等相關政策給予一定的傾斜；(3)加強排放達標的監管和執法。利用遙感監測、遠程排放管理終端等手段對貨物運輸車輛排放情況進行監管，有效、快速地識別超標排放行為，建立維修復檢的閉環管理制度，督促超標車輛及時維修整改，加強日常維護和保養，確保在實際使用階段達標排放，切實降低污染排放。

3 結 論

貨物運輸結構的調整和優化對于大氣污染物減排和空氣質量改善具有重要的作用。本研究通過對比不同貨物運輸方式污染物排放強度差異，結合北京市貨物運輸的現狀特征，核算了北京市貨物運輸大氣污染物排放量，識別了其對大氣污染物排放貢獻，并進行了貨物運輸領域減排潛力分析。研究表明：(1)公路貨物運輸大氣污染物排放強度較大，5種大氣污染物(CO、NOx、PM2.5、PM10和VOCs)排放強度為1.746 g/(t·km)，分別為鐵路和民航運輸的17.0、4.0倍，提升鐵路運輸比例具有較好的環境效益；(2)2017年北京市貨物運輸5種大氣污染物排放量約為3.4萬t，占北京市排放總量的3.1%，其中NOx排放量約為1.3萬t，占北京市NOx排放總量的10.5%，貨物運輸污染物排放對大氣環境質量具有較大影響；(3)北京市貨物運輸結構不盡合理，公路運輸比重過大，公路、民航和鐵路運輸對排放量的貢獻分別為82.7%、9.8%、7.5%，從大氣質量改善的角度出發，貨物運輸結構需要進一步調整和優化；(4)對于污染減排，一方面要充分利用鐵路資源，提高鐵路貨物運輸比例，另一方面對于近距離不可替代的公路貨物運輸，要推動新能源運輸車輛的應用。