中国北方农村不同取暖方式相关的家庭空气污染

《Science Bulletin》：Household air pollution associated with different heating approaches in rural Northern China

　　

摘要

固体燃料使用导致的家庭空气污染仍然是中低收入地区的一大健康威胁，然而关于经济可行的过渡性能源方案的实证证据有限。虽然全面电气化可以消除这一问题，但其高昂成本对于仍以固体燃料为主的数十亿人而言仍然不切实际。本研究利用中国华北平原地区948户农村家庭参与的"清洁取暖"行动计划，通过全年PM_2.5监测、暴露建模和成本效益分析，评估了颗粒状生物质燃料作为更清洁取暖替代品的效果。年度室内PM_2.5浓度为109 ± 207 μg/m³，全年超过90%的时间超过世界卫生组织指南标准。与传统固体燃料相比，使用颗粒状生物质燃料与室内PM_2.5浓度降低20%–30%、人群暴露量降低约20%以及研究人群中可归因过早死亡率降低约8%相关。颗粒状生物质燃料的效益成本比范围为4.39至8.64，而全面电气化的效益成本比为0.76至2.20，其优势主要来自大幅降低的成本。在区域层面，向颗粒状生物质燃料的过渡估计可使室内PM_2.5浓度和暴露量降低约10%，且成本远低于电取暖。本研究提供了大规模实地证据，表明颗粒状生物质燃料可作为改善室内空气质量的经济有效的过渡性取暖方案，为其他中低收入国家提供了可操作的参考。

引言

室内空气污染（IAP）构成了重大的公共卫生挑战，其与呼吸系统疾病、心血管疾病及过早死亡之间存在明确的关联[1], [2]。每年有数百万人的过早死亡归因于固体燃料使用导致的室内空气污染暴露，尤其是在中低收入国家（LMICs）[3], [4]。随着工业和交通排放的逐步管控以及室外空气质量的改善，室内空气污染已在许多国家和地区超过室外污染，成为主要的空气质量问题[5], [6]。对于近26亿人而言，煤炭、薪柴和农作物秸秆仍然是烹饪和/或取暖的主要能源，而低效燃烧会释放多种有害空气污染物，导致家庭空气污染（HAP），这是室内空气污染的主要来源[7], [8]。已有研究表明，室内细颗粒物（PM_2.5）的毒性显著高于工业或交通来源颗粒物，可能对人类健康构成更严重且独特的威胁[9]。因此，有效降低与居民排放相关的室内空气污染不仅对保护人群健康至关重要，也有利于推进联合国可持续发展目标（SDGs）中与清洁能源和健康相关的目标[10]。

优化通风和使用空气净化器是改善室内空气质量（IAQ）的有效措施，但其应用受到天气、成本等因素的限制，且流行病学研究并未一致证实其健康效益[11], [12], [13]。向清洁能源过渡是解决室内空气污染问题的一种前景良好的方案，但在许多中低收入国家的农村地区面临多重实际挑战，包括基础设施不足、初始投资成本高以及能源供应不稳定等[14], [15]。近年来，由本地可用生物质压缩制成的颗粒状生物质燃料在实验室实验中已展现出显著的污染物排放减少效果[16], [17]。然而，在受控实验室条件下获得的排放表现无法直接外推至复杂多变的真实家庭环境[18]。此外，实验条件下实现的减排效果可能与家庭环境中实际达到的效果存在差异，因为室内空气质量还受到环境条件和用户行为的强烈影响。

在真实家庭中开展的颗粒状生物质燃料实地评估仍然稀缺，部分原因是监测成本高且存在后勤挑战，留下了关键的证据空白[19], [20]。目前仍缺乏系统、大规模的实地研究来评估采用颗粒状生物质燃料后室内空气质量的变化，也缺乏在真实条件下对人群暴露和健康效益的定量评估。本研究通过利用一项独特的大规模政策干预——中国北方的"清洁取暖"行动计划[21]——来填补这一空白。该由政府支持的项目是全球同类中规模最大的之一，推动了从传统固体燃料向更清洁替代品的转变，包括生物质颗粒、电力和天然气。通过帮助克服常见的财务和基础设施障碍，它提供了一个评估清洁取暖过渡的有价值真实场景。

我们在中国北方948户农村家庭中开展了一项全面的实地调查，以评估大规模取暖干预下颗粒状生物质燃料的表现。本研究量化了燃料转换后室内PM_2.5和人群暴露的变化，估算了相关的健康效益和成本效益，并确定了影响室内空气质量的关键因素。我们的研究结果提供了实证证据，可为面临类似挑战的农村地区的清洁能源过渡政策提供参考。

章节摘要

研究设计与实地监测

基于中国北方的清洁取暖干预项目，本研究监测了北京、河北和山西三省六城市的948户农村家庭的室内空气质量。通过问卷调查收集了家庭能源使用和基本家庭特征信息。采样策略旨在反映中国北方清洁取暖核心区域农村家庭能源使用和政策实施的多样性。考虑到密集的监测方案以及

颗粒燃料用户室内空气质量显著改善

研究区域年度室内PM_2.5浓度为109 ± 207 μg/m³，供暖期（121 ± 213 μg/m³）水平显著高于非供暖季节（81 ± 190 μg/m³）。依赖固体燃料的家庭室内空气质量经常超过世界卫生组织健康指南标准，构成重大健康风险。与世界卫生组织日PM_2.5过渡目标（IT）1的75 μg/m³相比，全年约60%的时间浓度低于该水平（图1

讨论

基于实地监测和成本效益分析，本研究表明以颗粒状生物质燃料替代传统固体燃料与室内PM_2.5浓度降低20%–30%、年度人群暴露量降低约20%以及研究人群中可归因死亡率降低约8%相关。与立即转向电力或天然气等清洁能源相比，推广颗粒状生物质燃料显示出更高的成本效益，且

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（42371077和42521004）和中国教育部基础学科与交叉学科突破计划（JYB2025XDXM909）的支持。我们感谢当地居民对实地调查和室内环境监测的支持。同时感谢美国密歇根大学流行病学系的Talia Sternbach协助本稿件的英文语言编辑。

作者贡献

邢冉|门雅台|李耀杰|江可|程何发|沈惠忠|沈国锋|陶树