我国民用燃煤和生物质的棕碳排放特征研究

最新认识，棕碳(吸光有机碳)是气溶胶中继黑碳之后的另一吸光组份，但一直被忽视了，加之棕碳在碳循环和环境地球化学领域也具有重要影响，因而一跃成为气溶胶研究的前沿之一，而我国作为碳气溶胶排放大国尚没有与棕碳排放源有关的系统研究。本项目拟对民用燃煤和生物质的棕碳排放特征进行研究：①根据棕碳在紫外区吸收增强的特点，利用UV-VIS光谱在350nm对样品的棕碳进行测定，获得排放因子，并检验在200-800nm范围?的光谱关联特性;②利用DRI碳分析仪，定量研究棕碳对热光法碳分割(OC/EC)的影响;③利用七波长黑碳仪，定量研究棕碳对光学黑碳测定的影响规律；④根据得到的棕碳排放数据，结合近年获得的黑碳数据，初步取得我国民用燃烧初级烟气排放中黑碳与棕碳的相对关系。项目完成后，将为丰富碳气溶胶的基础研究、了解棕碳的地球化学过程、优化气候模式、支持环境外交提供有益的、预备性的基础科学支撑。

该项目是自然基金支持的第一个有关棕碳的面上项目。棕碳(吸光有机碳)是气溶胶中继黑碳之后的另一吸光组份，近年一跃成为气溶胶研究的前沿之一，而我国作为碳气溶胶排放大国尚没有与棕碳排放估算有关的系统研究。本项目拟在对有关燃烧的直接测试的基础上，通过合理的计算方式，估算我国民用燃煤和生物质燃烧的棕色碳排放量，并试图在棕碳吸光效率的光谱关联性Å、棕碳与热光法OC/EC分析的关系、棕碳对光学法黑碳仪测定黑碳的影响方面取得有益知识。从2012年项目启动以来，组织了两次田野现场测试和一次试验室模拟燃烧测试，其中第一次田野测试主要面向夏收季节的麦杆焚烧，第二次田野测试主要面向秋收季节的玉米秸杆焚烧，均配置了滤膜采样及七波长黑碳仪，而一次实验室模拟燃烧测试则面向不同成熟度的煤、不同秸杆及不同类型的炉具展开，通过分流-稀释-采样-监测，配套多种仪器、仪表，取得监测数据及滤膜。本项目关键突破为：第一、通过七波黑碳仪，观察到有明显棕碳特征的波长关联性，证明了棕色碳的明显存在及可检出性，比如，秸杆焚烧的吸收波长指数平均为3.02，民用煤平均为1.44，均大于1；第二、率先依托七波长黑碳仪，利用棕碳与黑碳吸光效率的波长关联性差异，通过积分差减法，提出了计算气溶胶中棕碳与黑碳比值关系的方法，获得了一系列数据，其中，秸杆焚烧的平均比值为1.754±0.278，秸杆室内燃烧的比值为0.310±0.202，煤室内燃烧的比值为0.183±0.142；第三、通过使用上述比值法，借助已有的黑碳排放清单，计算了我国民用燃煤、开放生物质燃烧及室内生物质燃烧棕碳的排放量，其中，民用煤95.2±73.7 kt，民用生物质91.7±59.8 kt，开放秸杆175.4±27.8 kt，并发表了国内中文期刊第一篇直接研究棕色碳的论文；第四、提出了热光法OCEC分析中，棕碳与EC1可能存在特殊的关系。项目的完成，达到了申请目标，为丰富碳气溶胶的基础研究、了解棕碳的地球化学过程、优化气候模式、支持环境外交提供了有益的、预备性的基础科学支撑，为开拓吸光碳气溶胶的研究做出积极贡献。