抗霾戰(zhàn)場：那些你不知道的抗霾故事
2016年12月23日，北京，上一波重度霧霾天氣散去后的第二天，下一波霧霾天氣的前一天，因為有風(fēng)，讓人感覺有些冷，姚強坐在清華大學(xué)熱能工程系的辦公室里，不時需要與過敏性鼻炎做一下斗爭，紙巾不斷從抽紙盒被轉(zhuǎn)移到廢紙簍。他經(jīng)常跟人開玩笑說：“我這鼻炎始終好不了，和北京這霧霾天氣有很大的關(guān)系。”
公眾不熟悉的抗霾戰(zhàn)場
姚強關(guān)注空氣質(zhì)量，經(jīng)常會在微信朋友圈“播報”自己所在城市以及其他幾個國際、國內(nèi)都市的空氣質(zhì)量指數(shù)，這個習(xí)慣他已經(jīng)堅持了很長一段時間。進入2016年12月份以來，“播報”頻率進一步提升了，每天至少早晚兩次，很多時候還要進行“插播”，附帶著“風(fēng)”“嚴(yán)控有效?”“僅幾小時，北京從優(yōu)進入重度污染”等短評。
這種長久的關(guān)注出于兩方面原因：作為普通大眾一員，他在意自己的生活環(huán)境是否良好;作為973項目“化石燃料燃燒排放PM2.5源頭控制技術(shù)的基礎(chǔ)研究”的首席科學(xué)家，霧霾與他的工作息息相關(guān)。不過，在姚強看來，霧霾與工作的相關(guān)性是間接的，“我們研究的是煙囪之前的事情，煙囪之后發(fā)生了什么，我們并不研究，但是會關(guān)注，霧霾的形成機制對我們的研究有影響，因此我試著去理解究竟發(fā)生了什么”。
為了方便向外人闡述，他會用一個“水箱模型”解釋霧霾天氣的形成，以及他工作的意義。“如果把空氣環(huán)境比作一個水箱的話，它里面本身有一定量的水，大氣流動會導(dǎo)致不停地有新的水流進來，同時有部分水流出去，與此同時，還會額外有一部分污染物排進去，這污染物可以是顆粒態(tài)的，就是一次顆粒物，也可以是氣態(tài)的。我們能夠很容易觀察到的，是這個水箱里的渾濁程度，一會兒渾濁了，一會兒不渾濁了，也就是霧霾來了又走、走了又來的現(xiàn)象。但究竟發(fā)生了什么讓它渾濁呢?有幾個變量需要注意，第一，在污染物排量一定的情況下，如果水流進、流出的速度快，就可以讓水箱里的濁水濃度保持在一個很低的水平，而如果水流速度慢了，濁水濃度就會升高;第二，水箱本身的參數(shù)會發(fā)生變化，如溫度變化可能會影響排入的氣態(tài)污染物向顆粒物的轉(zhuǎn)化，還可能影響水箱里水的流動狀態(tài)、水的總量等等，比如逆溫現(xiàn)象可以看作大大減小水箱的高度和體積，導(dǎo)致在同樣的污水量時，容納的水量變少了，水箱內(nèi)的渾濁度就迅速上升;第三，流入的水中可能包含一定量的濁水;第四，污染物的排量。要想降低水箱渾濁程度，可以從以上四個方面入手，回到我們的真實生活中，降低霧霾濃度也可以從這幾個角度考慮：讓大氣流動快一些、控制空氣中二次顆粒物形成、顆粒物擴散的氣候條件、減少外部污染物入境、控制顆粒物及顆粒物前體物的排放量。其中，前三項都和氣候環(huán)境有關(guān)，我們目前基本上無能為力，所以最重要的，就只剩下減少污染物的排放了。這正是我們在努力做的事情。”
相比于首席科學(xué)家的稱呼，姚強更愿意被定位成一名工程師：“我是學(xué)工程出身的，現(xiàn)在做的也都是一些工程技術(shù)方面很具體、很細節(jié)性的研究……我們會研究燃燒過程中會形成哪些顆粒物、二次顆粒前體物，這些顆粒物和前體物的成分如何等，其中前體物主要包括氮氧化物、二氧化硫、氨氣、揮發(fā)性有機化合物等等，同時研究這些東西在燃燒過程中究竟是如何形成的，如何通過改變?nèi)紵绞胶腿紵龡l件去減少它們。”
當(dāng)然，燃燒過程設(shè)計得再精巧，也不可能完全杜絕污染物的產(chǎn)生，所以姚強團隊的另一項任務(wù)，是如何在這些污染物進入到大氣之前進行攔截，他們試圖通過多種物理場、化學(xué)場的耦合，把它們捕獲下來。這是一個更為精細的工作，比如他們會研究在脫硫塔中如何布置液霧才能夠讓其與污染物更充分地相互作用。“最近，我有個學(xué)生發(fā)現(xiàn)，這個領(lǐng)域很多國際上通用的公式考慮得不夠仔細，對于脫硫塔這樣的復(fù)雜系統(tǒng)無法獲得正確的預(yù)測。具體來說，液滴到底是怎么捕獲細顆粒物的，需要科學(xué)的計算與預(yù)測，原來的預(yù)測公式?jīng)]有考慮到液滴下落過程中的形變和內(nèi)部流動等的影響。實際上，它們在下落過程中不是球型的，這對整個捕獲過程有很大影響。再有，液滴在下落時會與空氣發(fā)生作用，讓它的內(nèi)部產(chǎn)生流動，這也是之前的公式?jīng)]有考慮到的。我們的研究修正了這些公式，可以更正確地預(yù)測效果，同時為如何改進設(shè)計和運行提供了依據(jù)。”
“還有很多類似的這種細節(jié)需要專門研究。在外人看來，這些東西都屬于細枝末節(jié)，但其實它們能夠在很大程度上提高污染物捕獲效率。”
公眾不知道的抗霾故事
現(xiàn)在看，姚強對霧霾天氣的形成與治理，已經(jīng)有了一套自己的認知體系。但他坦言，最初剛剛接觸燃燒污染控制時，也是一頭霧水，“剛起步時不是很拿得準(zhǔn)，很多專業(yè)名詞也不能那么準(zhǔn)備地把握”。他口中的“剛起步時”，是指1999年。
其實，姚強的教學(xué)與科學(xué)研究生涯始于1986年，當(dāng)年8月份他開始在浙江大學(xué)能源工程系擔(dān)任助教，至今已經(jīng)年滿30年。但是，這30年可以很明確地區(qū)分為前后兩個階段。前一階段從1986年到1999年1月，他研究燃燒理論與技術(shù)，簡單來說，就是想辦法提高燃料的燃燒效率。后一階段轉(zhuǎn)投到燃燒污染控制理論與技術(shù)領(lǐng)域，是因為1999年2月他回到自己的本科和碩士的母校清華大學(xué)任教，開始尋找新的研究方向;而在20世紀(jì)90年代，中國人開始重視環(huán)境問題，因為酸雨肆虐，燃燒污染物成為了受關(guān)注對象，于是姚強想是不是可以在這方面做一些嘗試。“后來很多人問我為什么轉(zhuǎn)做燃燒污染的形成與控制，我開玩笑說我們這一行其實都有負疚感，這些污染物畢竟都是燃燒產(chǎn)生的嘛……如果我們把源頭控制好了，也就沒那么多事了。”
“當(dāng)時閱讀了很多文獻，發(fā)現(xiàn)研究二氧化硫和氮氧化物的人比較多，而細顆粒這塊研究很少，恰好當(dāng)時環(huán)境界對可吸入顆粒物的關(guān)注度開始有所上升，所以就開始申請這方面的研究基金。”
在轉(zhuǎn)軌階段，2002年5月20～22日舉行的第183次香山科學(xué)會議給姚強留下的印象特別深。香山科學(xué)會議瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)研究的科學(xué)前沿問題與我國重大工程技術(shù)領(lǐng)域中的科學(xué)問題，試圖創(chuàng)造寬松的學(xué)術(shù)交流環(huán)境，促進學(xué)科交叉與融合，推進整體綜合性研究，這次會議的主題為“可吸入顆粒物的形成機理和防治對策”，姚強、中國環(huán)境監(jiān)測總站的魏復(fù)盛院士、中國預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院的徐立大教授三人，被聘請擔(dān)任會議的執(zhí)行主席。魏復(fù)盛院士是國內(nèi)最早從事PM2.5和PM10監(jiān)測和進行大氣污染與健康相關(guān)性研究的學(xué)者，當(dāng)時已經(jīng)取得了很多、很詳實的數(shù)據(jù)性成果。姚強之所以認為這次會議非常重要，是因為它可以作為我國針對霧霾問題進行多學(xué)科交叉研究的起點。在此之前，雖然大氣環(huán)境、預(yù)防衛(wèi)生、污染物控制、氣象學(xué)、燃燒學(xué)等各學(xué)科都從不同的角度關(guān)注這個問題，“但大家都囿于自己的研究領(lǐng)域，互相交流不足，其實當(dāng)時已經(jīng)有了很多研究成果，但互相知道得不多(阻礙了研究工作的深入推進)”。
這次會議結(jié)束后，參會專家們覺得霧霾問題研究有必要作為一個重大科學(xué)研究項目去推進，決定聯(lián)合向科技部建議將可吸入顆粒物的研究工作納入到國家973計劃中。“這是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，當(dāng)時討論后形成了比較明確的意見，應(yīng)該以源頭控制為主，在能源領(lǐng)域立項，項目名稱為‘燃燒源可吸入顆粒物形成與控制技術(shù)的基礎(chǔ)研究’，同時應(yīng)該吸收搞環(huán)境的學(xué)者，大家共同來做。”從研究團隊來看，這個項目的陣容相當(dāng)豪華，姚強擔(dān)任首席科學(xué)家，由當(dāng)時的清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院郝吉明教授等一批優(yōu)秀學(xué)者擔(dān)任課題組組長，匯集了一大批來自清華大學(xué)熱能系、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院、北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院以及中國環(huán)境科學(xué)研究院、華中科技大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)的學(xué)術(shù)精英。
“當(dāng)時把PM10作為了最重要的研究方向。但等到2005年、2006年的時候，項目組強烈地意識到，對于PM10的研究，核心是PM2.5，一方面，燃燒源導(dǎo)致的PM10里有百分之七八十是PM2.5，另一方面，空氣中PM2.5濃度與人體健康的相關(guān)度最高。所以到2008年這個973項目結(jié)束時，我們就提出來應(yīng)該繼續(xù)做更深入的研究。”
然而，外部支持卻沒有如他們期望而至。當(dāng)年，學(xué)術(shù)界雖然已有不少的研究，國外也關(guān)注中國的霧霾問題，但國內(nèi)的關(guān)注度并不高，甚至對一些相關(guān)的國際報道嗤之以鼻，還鬧出了外國運動員因戴口罩參加北京奧運會激怒國民而被迫道歉的劇目。“當(dāng)時很多人不理解，說你們剛做完P(guān)M10，又要開始做PM2.5，還有完沒完了”，姚強笑得有些苦澀。此后三年，雖然每年都會遞交建議書，但遲遲沒有獲準(zhǔn)立項。“我們當(dāng)時做了大量的科普工作，做講座啦、交流啦，讓大家知道這件事情有多重要。我們這個團隊的幾個牽頭負責(zé)人讓我非常感動，雖然已經(jīng)沒有了資金方面的支持，但大家都沒有承擔(dān)其他項目，一直在繼續(xù)做PM2.5的相關(guān)研究，都堅信它一定會繼續(xù)得到支持。”
新的“曙光”出現(xiàn)在2011年。這一年，國內(nèi)公眾第一次大規(guī)模地關(guān)注PM2.5問題，科技部也開始高度重視這一研究，新的973項目終于獲得政府部門的資助，這就是目前正在進行的“化石燃料燃燒排放PM2.5源頭控制技術(shù)的基礎(chǔ)研究”項目。
公眾要相信的抗霾前景
隨著2017年到來，姚強說他的壓力開始變大。“我們這個項目已經(jīng)做了5年，2017年要結(jié)題，F(xiàn)在就怕別人質(zhì)問，說怎么研究了半天，花了那么多錢，也沒見有什么明顯的效果啊!”
“其實我們973項目的主要目的是認識科學(xué)規(guī)律，把科學(xué)原理搞清楚，提出控制污染物的方法與技術(shù)。這些方法與技術(shù)從被提出到能解決現(xiàn)實問題，還涉及四個方面：一是標(biāo)準(zhǔn)的制定，二是技術(shù)的實施，三是標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，四是監(jiān)測和管理。整個過程需要政策、法律、公眾認知、污染企業(yè)等多個方面的匹配。說實在的，這些問題讓我們很痛苦，這已成為一個受到高度關(guān)注的事情，同時人們對于問題解決的難度又理解不足，一旦霧霾出現(xiàn)，對科學(xué)家、政府都是一片質(zhì)疑。其實，這十幾年來，正是多方面的支持和努力，才讓我們保持了現(xiàn)在的情形。”
姚強不認為治理霧霾是件可以畢其功于一役的事。在2016年10月份上述973項目2016年度學(xué)術(shù)研究會結(jié)束時，姚強曾簡短地評價道：“霧霾和PM2.5的形成與控制遠比大家想象的復(fù)雜，人們總是希望冒個泡，睜開眼睛問題就解決了。很遺憾，沒有這樣的技術(shù)存在，霧霾的解決取決于老老實實的研究和實實在在的開發(fā)，需要全面多元的努力，經(jīng)過長時間的持續(xù)努力才能徹底解決。很為這個連續(xù)奮斗15年的團隊而驕傲!踏實的基礎(chǔ)研究帶來的不僅是成果，而且是希望。”
等到12月份接受《能源評論》面對面采訪時，他的希望與信心似乎又增強了幾分。這種良好的心態(tài)，不僅來自背后靠譜的團隊，還有另外兩個方面。
其一，霧霾已經(jīng)引起了國人前所未有的重視。姚強多次強調(diào)，“很多事情，公眾的理解和需求是非常重要的”。公眾的需求會給政府、給相關(guān)企業(yè)帶來壓力，讓事情朝著更好的方向發(fā)展。
“大型發(fā)電企業(yè)社會責(zé)任意識的增強是一個很好的例子。回顧2008年我國第一次大規(guī)模組織電廠實施煙氣脫硫時，發(fā)電企業(yè)當(dāng)時還不很理解，工程實施時也不認真做。因為這個原因，2011年新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)發(fā)布時，很多同行和企業(yè)都認為標(biāo)準(zhǔn)定得太超前、太嚴(yán)格了，電力企業(yè)肯定做不到。然而，后來發(fā)電企業(yè)的表現(xiàn)讓我們所有人都感到吃驚，2013年的時候它們開始主動開發(fā)超低排放技術(shù)，比國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)又下降了一大截。這件事非常有意思，以前環(huán)保工作都是由政府部門推動，而現(xiàn)在電力企業(yè)已經(jīng)完成了從被動接受到主動出擊的轉(zhuǎn)變。我覺得，這跟我們公眾意識的覺醒有很大的關(guān)系。”
其二，姚強對科研力量中的新生代有信心。他曾在朋友圈發(fā)出感慨：“對未來我總是保持樂觀的原因就在于此，30年的教書生涯，學(xué)生從60后到90后都有，現(xiàn)在又有了00后的學(xué)生進入了大學(xué)校園，他們的表現(xiàn)會超過你的期待，并給你驚喜。”面對這些30年、40年之后的決策者、企業(yè)家，面對這些未來的希望，他總是充滿熱情。他的學(xué)生評價說：教授對待學(xué)生很用心，也很隨和，比較關(guān)心學(xué)生的聽課心得，并鼓勵他們自由提問。
2016年12月30日，姚強完成了該年度教學(xué)任務(wù)中的最后一堂課，隨后他總結(jié)道：“讓我高興的是2016年最后一個工作日的最后一項工作是在課堂上度過，感謝能源實驗室2016年級的同學(xué)們給我這樣的機會，與他們共同討論能源帶來的環(huán)境安全問題及能源技術(shù)創(chuàng)新。課后同學(xué)們的問題讓我驚喜，未來能源問題的解決，需要來自于科學(xué)家和工程師的瘋狂想法與辦法，來自于全社會每個人的瘋狂支持。未來的工程師們，他們的研究可能會改變我們的存在，他們的發(fā)明可能會改變我們的生活，他們的設(shè)計可能會改變我們的環(huán)境，他們的工程可能會改變我們的命運!”
走出清華大學(xué)熱能系的辦公樓，右轉(zhuǎn)，沿著清華路走十幾步便是清華園牌坊。若是秋高氣爽的時節(jié)，路兩邊銀杏樹葉落了一地，煞是漂亮，在冬天多少顯得有點蕭瑟。我們卻不敢奢望太多，藍天能夠多留幾天便知足。我們不想?yún)⑴c更多無畏的爭論，只是像盼望來年的銀杏樹葉一樣，盼望姚強教授、他的同事們、學(xué)生們的工作能夠步步推進，爭取能再快一些，讓我們早日度過這段避無可避的艱難時期。我想，這也是姚強的心愿吧，“不負工作，不負卿”!
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