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5年内中国钢铁污染下降近50%
“目前，部分工业企业已经开始连续监测碳排放了，利用CEMS系统测碳将是大势所趋。”6月22日，北京航空航天大学经济管理学院教授汤铃高兴地对《中国科学报》说。
汤铃提到的CEMS系统是在线排放监测系统，过去我国已大规模应用该系统监测企业大气污染物排放，以监管工业排放标准的实施情况，但很少用于监测二氧化碳。若将碳全面纳入CEMS监管系统，她与合作者共同开展的一项研究将为精准核算碳排放提供理论与方法支持。
近日，汤铃、生态环境部环境工程评估中心高级工程师伯鑫、中国科学院数学与系统科学研究院研究员汪寿阳、伦敦大学学院教授米志付联合中英美多个国际团队，首次引入CEMS系统，构造了2014-2018年中国钢铁厂时空高分辩率排放数据库，研究表明，排放标准政策加严，促使中国钢铁污染排放降低近50%，该成果将为高精度准确测算我国工业大气污染与碳排放，以及“碳达峰-碳中和”背景下“减污降碳”协同治理研究提供理论基础与方法支持。相关成果于25日凌晨发表于《自然-可持续发展》杂志。
提供科学数据
中国是全球最大的钢铁生产国，钢铁的排放污染更是不容小觑。2010-2015年，其烟尘和二氧化硫排放对全国人为排放总量的占比高达25%和12%。
为控制污染，我国逐步收紧钢铁行业大气污染物排放标准限值。2012年10月，国家实施了钢铁烟尘、二氧化硫和氮氧化物的最高排放浓度限值；2015年1月，国家进一步收紧标准，规定其烟尘、二氧化硫和氮氧化物的排放浓度上限最大下降60%、67% 和40%。
直到2019年4月，国家提出了比美国、欧盟等更为严格的“超低排放标准”。
中国“打赢蓝天保卫战”的决心如此坚定，但控制效果如何？如何向国际社会交出一份可信的科学数据论证？
“钢铁生产过程复杂，涉及多个工序及其多种相关生产设施与排放控制技术，其排放强度及排放量的精准测算一直是一个科学前沿难点问题。”共同通讯作者汤铃告诉《中国科学报》。
事实上，过去评估污染效果的研究，多是基于简单假设最普遍的生产工艺与控排技术，采用固定不变、较为滞后（最新2013年）的平均排放因子来测算，结果的准确性和结论的可信度大为降低。
“每家企业的工艺、设备不尽相同，排放因子需要分别核算，数据才能得到更加合理的验证和质量控制。”汤铃说。
减排效果可喜
2007年，为监管工业排放标准的实施情况，生态环境部建立了在线排放监测系统（CEMS），对中国工业高排放源，即工厂烟囱的大气污染排放进行实时监测。截止到2018年，在线排放监测系统覆盖了全国72%钢铁厂，占钢铁产量的91%。
研究人员首次引入在线排放监测系统实时数据，构造了2014-2018年中国钢铁厂时（每小时）-空（排放源）高分辨率排放数据库，涵盖全国605个钢铁企业的1885个生产工序，呈现出了各钢铁厂烟尘、二氧化硫和氮氧化物三种主要的大气污染物的月度动态排放路径。
计算数据表明，钢铁厂对新政策反应迅速，持续降低排放浓度，快速恢复达标水平。2014-2018年，尽管中国钢铁产量增加14%，但排放量却大幅下降。此外，减排手段多样，主要包括安装和升级末端治理技术、提升燃料和原料质量、改善能源使用结构和淘汰落后产能等。
汤铃表示，在如排污费或环保税减免、排污权出售等超额达标鼓励政策的激励下，2018年有67.1%的钢铁厂超额达标，这使中国钢铁行业烟尘、二氧化硫和氮氧化物的平均排放浓度低于新标74%，70%和61%。
“若超低排放标准全面实施，烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放强度将进一步降低，排放量也将分别减少50%，37%和58%。”汤铃说，在未来超低排放改造中，过去的减排手段仍发挥重要作用，但引入并提升清洁能源使用，以改善能源结构将成为最重要的减排手段。
如何说明数据科学性？研究人员采用了统计分析、不确定性分析、独立验证等多种大数据技术，多维度验证研究结果。
结果表明，排放标准政策及相关惩罚与奖励措施对钢铁厂减排确有促进作用，测算结果较为稳定，且与卫星监测数据和空气质量监测数据的变化趋势是一致的。
“该研究为大气污染治理提供重要见解，对未来有效政策的制定产生重大影响。”“这项研究为大气环境研究提供一个有趣的新起点。” 《自然-可持续发展》审稿人如是评价。
减污降碳协同治理
为了让数据更具说服力，研究人员开展了大量的实地调研工作，对数据进行严格的质量控制——这避免了“纸上谈兵”缺陷。
“理论联系实际是我最大的感受。”论文作者之一、博士生薛晓达和贾敏告诉《中国科学报》，这项研究从他们研究生第一年开始，4年来，在联合培养导师伯鑫的带领下，多次前往首钢、武钢和沧州中铁装备制造材料有限公司等国内大型钢铁企业，在实地调研中系统掌握钢铁生产在各节点上复杂的生产工艺及其多样的排放控制技术，深入剖析了CEMS监测变动与实地生产及技术变化的关联机理。
此外，还多次前往多家CEMS设备制造企业，全面调研了不同型号CEMS监测设备的特点及优劣势等。
“如果不了解行业生产与数据来源，直接套用现成的数据分析方法，有可能数据分析的源头就是错误的。”薛晓达说，这些调研工作为CEMS数据异常值识别与处理等数据质控问题，以及钢铁排放特征分析与精准测算等方法创新提供了支持。
今年5月，我国生态环境部提出要将碳排放影响评价纳入环评体系，利用CEMS系统测碳将是大势所趋。
清单模型是所有的环境评估的基础，研究人员建立科学可靠的排放清单模型十分重要。“这一新的测算理论方法，将为高精度准确测算我国工业大气污染与碳排放与‘减污降碳’协同治理研究提供理论基础与方法支持。”汤铃说。同时，所建立的数据库也可进一步用于评估钢铁污染减排所带来的空气质量改善及人群健康效益。
研究建议，由于企业因达标水平的上升而有所减弱减排力度，建议政府加强动态监控，及时调整排放标准及其奖惩机制，尤其是政府应尽快全面推行钢铁行业超低排放标准，特别针对氮氧化物的排放。
更重要的是，面对“碳达峰-碳中和”目标，研究建议加强从技术、治理、评估和政策等系统化的研究与规划，坚持行政手段与经济手段的有机结合，确保大气污染物与温室气体协同控制理念，共同保障持续减污降碳。
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