轮胎磨损颗粒排放的量化与全球预测：从欧盟区域分析到环境政策启示

本研究针对轮胎磨损颗粒(TWP)排放估算方法不统一、全球数据匮乏的问题，通过整合三种估算方法（质量损失法/排放因子法/厚度损失法），构建了结合线性回归(OLS)与随机森林(RF)的双模型预测框架。研究发现欧盟国家人均TWP排放差异达2 kg/ycap，德法意年排放超10万吨，仅13%进入地表水；全球预测显示卢森堡(3.56 kg/capy)和中国(150万吨/年)分列人均和总量排放榜首，为微塑料污染治理提供数据支撑。

　　

轮胎磨损颗粒(Tyre Wear Particles, TWP)作为微塑料污染的重要来源，其环境风险与日俱增。全球塑料产量预计204年将达7.36亿吨，而轮胎中近半成分为天然/合成橡胶混合物，磨损后释放的TWP含有重金属和添加剂，可存留环境长达2500年。欧盟数据显示TWP占地表水微塑料污染的53%，远超纤维(7%)和塑料颗粒(22%)。然而现有研究存在三大痛点：估算方法不统一导致结果差异显著（如希腊不同方法结果相差2.3倍）、非欧洲区域数据空白、环境归趋路径量化不足。

荷兰奈梅亨拉德堡德大学(Radboud University Nijmegen)环境科学系的研究团队在《Engineering Science and Technology, an International Journal》发表研究，创新性地采用三方法交叉验证（质量损失法/排放因子法/厚度损失法）建立欧盟27国TWP排放清单，并开发结合普通最小二乘法(OLS)与随机森林(RF)的预测模型。研究整合136个车辆排放因子(EF)数据点，通过留一法交叉验证(LOOCV)评估模型性能，同时量化TWP进入空气(5%)、土壤(38-85.5%)、污水系统(57%)和地表水(9.5%)的路径。

3.1 估算方法比较

质量损失法在东南欧国家估算结果普遍偏高（如马耳他比排放因子法高97%），而厚度损失法结果居中。卡车EF变异最大（相差800 mg/km），导致货运主导国家（希腊卡车贡献60%）估算不确定性较高。

3.2 车辆类型差异

西欧乘用车(PC)贡献超50%排放，而南欧/北欧卡车(HDV+LCV)占比超60%。摩托车(MOP)排放仅占1-8%，但被现有政策严重忽视。

3.3 地表水输入量

德国年生成13.7万吨TWP但仅9%入水体，得益于84%的污水处理率；意大利虽生成10.5万吨但因处理率仅48%，导致1.4万吨直排地表水，凸显基础设施的关键作用。

3.4 社会经济驱动

RF模型揭示货运量(RFT)与排放呈非线性饱和关系——当RFT>2500吨/公里时排放增速减缓，GDP与乘用车排放线性相关（β=0.28, p<0.05）。

3.5 全球预测

模型外推至57国显示：卢森堡(3.56±0.35 kg/cap*y)和美国(3.12 kg)领跑人均排放，中国(150万吨/年)和印度(87万吨)因人口基数位居总量前二。与文献对比发现，Kole等对中国排放低估60%，主因采用过时车辆里程数据。

该研究首次实现TWP排放的机器学习全球推演，RF模型LOOCV R²达0.846，较OLS提升59%。研究建议：货运主导国家应研发低磨损轮胎，数据空白区域需建立本地化EF数据库，所有污水处理厂需监测CSOs（合流制溢流）的TWP贡献。局限性在于未纳入道路坡度等地理变量，未来可通过卫星遥感数据提升模型精度。这项研究为《欧洲绿色新政》微塑料管控提供了关键科学依据，其方法论框架可扩展至其他非尾气交通污染物的全球评估。