压缩天然气(CNG)对高里程车辆超细颗粒物(PN)排放的减排效果及机制研究

【编辑推荐】为应对高里程出租车超细颗粒物(PN)排放难题，研究人员通过底盘测功机测试对比汽油/乙醇汽油/CNG的减排效果。研究发现CNG可使PN降低3个数量级，并揭示其与修正燃烧效率(MCE)的负相关性，但需警惕NOx 排放激增180倍的副作用，为城市交通污染治理提供关键数据支撑。

　　

在城市空气污染治理的持久战中，机动车尾气排放始终是难啃的"硬骨头"。其中，那些穿梭于大街小巷、累计里程动辄数十万公里的出租车，就像移动的"污染炸弹"，排放着大量肉眼不可见的超细颗粒物(PM)。这些直径小于0.1微米的颗粒物(ultrafine particulate matter, UFP)虽然质量微不足道，却能携带有毒物质直达人体肺泡甚至血液循环系统，与妊娠高血压、动脉粥样硬化等疾病密切相关。更棘手的是，当前全球仅中国和欧洲在汽车排放标准中设置了颗粒物数量(Particle Number, PN)限值，大多数高里程车辆的排放控制仍存在巨大盲区。

针对这一难题，国家自然科学基金支持的研究团队选取两种典型燃料——含乙醇汽油和压缩天然气(compressed natural gas, CNG)，对累计里程达26.6万公里的高里程双燃料出租车展开系统研究。通过底盘测功机模拟实际驾驶工况，首次将PN排放与修正燃烧效率(modified combustion efficiency, MCE)建立关联，相关成果发表在环境科学领域权威期刊《Journal of Hazardous Materials》上。

研究采用三大关键技术：1)基于WLTC驾驶循环的底盘测功机测试，模拟城市实际行驶工况；2)对比分析常规汽油、E10乙醇汽油和CNG三种燃料的排放特性；3)引入车辆比功率(Vehicle Specific Power, VSP)参数量化不同驾驶工况的影响。特别选取超过国六标准耐久性里程(20万公里)的出租车作为高里程样本，与低里程车辆形成对照。

【PN Emission Factors With Different Fuels】
通过世界统一轻型车测试循环(WLTC)测试发现，CNG展现出惊人的减排效果——高里程车辆改用CNG后，PN排放骤降1000倍，比含乙醇汽油的减排幅度高出两个数量级。值得注意的是，在高速工况下，所有燃料的PN排放均呈现VSP依赖性激增。

【Correlations Between PN Emissions and MCE】
创新性地发现PN排放率与MCE存在显著负相关：使用液态燃料时MCE仅0.4-1，而CNG燃烧时MCE接近完全燃烧状态。这解释了CNG的清洁特性源于其更充分的燃烧过程。

【Comprehensive Emission Characteristics】
CNG虽能降低95.3%的CO和89.9%的非甲烷碳氢化合物(NMHC)，但导致甲烷(CH₄
)排放增加，更令人警惕的是NO_x
排放暴增180倍，这种"按下葫芦浮起瓢"的现象凸显燃料替代的复杂性。

这项研究为高污染车辆的精准治理提供了科学依据：一方面证实CNG是解决高里程车辆PN污染的"特效药"，另一方面警示需配套开发NO_x
后处理技术。研究建立的PN-MCE关联模型为发动机优化指明新方向，而揭示的VSP-PN规律则为智能交通管控提供理论支撑。正如作者在环境启示章节强调的，在"双碳"目标下，这项研究为平衡机动车减排与空气质量改善提供了关键的技术路线图。