NG：低烟燃料并非“零危害”！研究揭示居民供暖超细颗粒物排放新风险

近日，中国科学院地球环境研究所黄汝锦研究员团队与爱尔兰戈尔韦大学等单位合作，在大气污染与居民燃料健康效应研究领域取得重要突破。研究首次系统揭示，为降低颗粒物质量排放而推广的低烟燃料，会显著增加超细颗粒物的数浓度排放，其在人体肺部和肺泡的沉积贡献远超传统烟煤等燃料，当前仅关注颗粒物质量的空气质量标准存在明显短板。并为全球清洁燃料政策优化和空气质量标准修订提供了关键科学依据。

在全球大气污染治理中，降低PM2.5等颗粒物质量浓度是核心目标之一。为解决居民固体燃料燃烧带来的烟霾问题，爱尔兰、中国等多国相继推广低烟/无烟燃料替代传统烟煤、泥炭等，爱尔兰更是通过煤禁令实现了黑炭浓度大幅下降和呼吸道疾病死亡率降低。然而，这类低烟燃料在实际应用中的环境健康效应尚未被全面揭示，尤其是粒径小于100纳米的超细颗粒物（UFPs），其可深入人体呼吸道、穿越血脑屏障，引发更严重的肺部炎症和长期健康风险，但目前尚未被纳入主流空气质量标准监测体系。

针对这一科学问题，研究团队以爱尔兰低烟区为核心研究区域，结合实验室燃烧实验、野外长期观测、人体肺部沉积模型分析和大气化学传输模拟，开展了多维度系统研究。团队选取爱尔兰市售的泥炭、烟煤、木材等原始燃料，以及无烟煤球、生物质型煤等低烟燃料，系统测定了不同燃料燃烧的颗粒物数粒径分布、质量和数排放因子；同时在都柏林低烟区开展了2016-2023年的长期野外观测，结合伯尔镇同步数据，揭示了低烟燃料使用下超细颗粒物的时空变化特征。

研究发现，低烟燃料虽使颗粒物质量排放因子降低50%-77%，但其超细颗粒物数排放因子却较传统燃料高出2-3倍，粒径模态集中在73-78纳米，是所有测试燃料中粒径最小的类别。更关键的是，超细颗粒物的肺部沉积效率随粒径减小显著提升，10纳米以下超细颗粒物肺部沉积效率可达90%，肺泡沉积效率为10%-25%，而100-1000纳米颗粒物的肺部沉积效率仅为10%-25%。源解析结果显示，低烟燃料贡献了超过50%的大气颗粒物总数浓度，经肺部沉积效率校正后，其对肺部和肺泡沉积颗粒物的贡献分别达65%和43%，远超传统烟煤、泥炭、木材等燃料的总和（16%-20%）。即使考虑颗粒物吸湿性增长的影响，低烟燃料对沉积颗粒物的贡献仍显著高于传统燃料。

研究团队进一步分析了爱尔兰空气质量的变化趋势，发现2016-2023年都柏林PM2.5浓度超标天数大幅下降，符合世卫组织标准，但超细颗粒物数浓度高值天数却呈上升趋势，当前主流的WRF-CMAQ大气模型对超细颗粒物数浓度的模拟低估达10倍，核心原因是现有排放清单仅包含颗粒物质量信息，缺乏粒径和数浓度数据。对比中国北京、上海的霾污染特征，研究发现都柏林的颗粒物虽质量浓度低，但数浓度和肺部沉积效率远高于京、沪，其污染特征以居民供暖排放的超细碳质颗粒物为主，与京、沪由二次气溶胶主导的大粒径颗粒物污染形成鲜明对比，揭示了不同污染类型下颗粒物健康风险的差异性。

此外，研究还发现，低烟燃料燃烧排放的超细颗粒物表面为多环芳烃等有毒有机物提供了更多冷凝位点，进一步增强了颗粒物毒性；即使低烟燃料降低了多环芳烃的直接排放，但其超细颗粒物的高沉积效率仍使其成为人体肺部和肺泡中多环芳烃沉积的主要贡献源（37%-39%）。

该研究明确指出，全球当前以颗粒物质量为核心的空气质量标准和清洁燃料政策，未能充分考虑超细颗粒物的健康风险，低烟燃料的推广虽实现了“减烟”，却带来了超细颗粒物排放增加的潜在环境健康代价。研究建议，亟需修订空气质量标准，将超细颗粒物的数浓度、粒径分布纳入监测和管控体系；在清洁燃料研发和推广中，应兼顾颗粒物质量和数浓度的双重减排，而非单一追求“低烟”；同时应加快高效清洁炉具的普及，降低固体燃料燃烧的超细颗粒物排放，结合超细颗粒物的长期监测数据，建立更科学的大气污染健康风险评估体系。

相关成果发表在Nature Geoscience，中国科学院地球环境研究所林春水研究员为论文第一作者，通讯作者为中国科学院地球环境研究所黄汝锦研究员、爱尔兰戈尔韦大学Colin O’Dowd教授和Jurgita Ovadnevaite教授。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究计划、爱尔兰环境保护署等多个项目的联合资助。

Lin C, Ceburnis D, Trubetskaya A, et al. (2026) Low-smoke fuels for residential heating linked to an increase in ultrafine particle emissions. Nature Geoscience. https://www.nature.com/articles/s41561-026-01942-1

图1 展示都柏林低烟区污染事件中粒子数粒径分布演变，结合肺部/肺泡沉积效率模型，明确不同粒径颗粒物的沉积效率规律及低烟燃料对肺部、肺泡沉积颗粒物的主导贡献占比。

图2 分析2016-2023年都柏林PM2.5浓度超标天数与超细颗粒物高值天数的反向变化趋势，对比低烟燃料和传统燃料的颗粒物沉积效率，并测算爱尔兰、北京、上海三地颗粒物数浓度及肺/肺泡沉积能力的区域差异。