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氨(NH3)是二次無機氣溶膠的重要前體物，對PM2.5污染、氮沉降和酸雨產生有著重要影響。
以往研究主要集中于農業源氨排放，而忽視了交通源的氨排放。研究指出，除重型車選擇性催化還原(SCR)系統的氨逃逸外，機動車尾氣也會排放氨，貢獻了約10%的城市大氣氨，其產生與三效催化劑(TWC)*有關。然而，目前針對機動車氨排放的研究尚少。因此，全面開展關于機動車氨排放的研究工作，加強尾氣監測，提高測量準確性，加快控制技術的研發與應用，并制定相關排放標準，對解決移動源污染問題、改善城市空氣質量具有積極意義。
*三效催化劑(TWC)指能同時凈化汽車尾氣中的碳氫化合物、一氧化碳及氮氧化合物三種污染物的催化劑。
一、汽油車氨排放產生機理和影響因素
研究團隊證實了機動車尾氣中含有氨，國六試驗車的氨排放量在0.65-8.01mg/km之間，國五前在用車實際道路排放可達80mg/km以上，模擬計算結果顯示氨的存在導致PM2.5濃度升高3-4倍。
采用囯內試驗工況和試驗車輛，研究團隊針對輕型汽油車氨排放開展系統性研究，以揭示汽油車氨排放的生成機理。為保證測試結果的準確性，實驗中需防止凝結水的存在。通過全球統一輕型車輛測試循環測試(WLTC)和新歐洲駕駛循環測試(NEDC)發現不同工況下，使用TWC后氨排放濃度均明顯增加。氨是TWC還原NOx時的副產物，這與國際上的結論一致。氨的生成高度依賴H2的可用性(反應方程式a-b)。H2作為重要的反應物，主要由水煤氣反應和重整反應生成(反應方程式c-d)。
催化劑起燃、濃混合氣狀態是生成氨的重要條件。發動機暖機過程形成“熱催化器、濃混合氣”的有利環境，是汽油車氨排放的主要來源，超過95%的氨排放出現在冷起動后的前400s。汽油車的氨排放量受到多種因素的影響。如較長的反應時間、過高(40℃)和過低(-7℃)的環境溫度和催化劑超溫保護措施(COP)等均會導致氨生成量增加。此外，駕駛行為也會對氨排放產生影響，持續劇烈加速更有利于氨的產生。實際駕駛氨排放測試得到了相同的結果(激烈駕駛和空調使用對氨排放的影響)。混合動力車(尤其是高里程在用車)在非空調開啟工況下可能增加氨排放。燃料的選擇也是一個重要因素，使用E10乙醇汽油將有利于控制氨的排放。
二、催化劑對氨排放的影響和控制措施
基于上述研究，研究團隊以催化劑作為研究對象，采取小樣實驗模擬氨的生成。氨的生成量主要與以下四個因素有關：
(1)反應溫度。在350-550℃范圍內，氨的排放量更高。
(2)催化劑成分。相比于單鈀和鈀/銠催化劑，新鮮單銠催化劑在絕大多數溫度區間，有利于汽油車氨排放的控制。當氮氧化物轉化率達50%以上時，單銠催化劑的氨產生量最大為2%。對于混合氧化物催化劑，金屬比例是重要的影響因素。較小的Pd/Rh比例，更有利于減少氨的生成。
(3)催化劑老化程度。氨的生成量與催化劑老化程度成正比。經高溫(800℃/1000℃)處理以人工模擬催化劑老化狀態，在300℃以上各催化劑的氨生成量遵循以下順序：老化催化劑(1000℃)>老化催化劑(800℃)>新鮮催化劑；且氨生成量隨循環使用次數的增加而升高。
(4)混合氣濃度。較濃的混合氣濃度下(λ=0.98)，氨的生成趨勢較強。
總之，研發新型的汽油車催化劑，設計新的反應路徑，開展實際道路測試，是控制氨排放的有效途徑。
三、重型車的氨排放特點
除輕型車外，重型車(LNG車與柴油車)的氨排放情況也不容忽視。研究團隊通過臺架測試和實際道路測試均發現LNG車的氨排放量明顯高于柴油車：
(1)臺架測試：在實驗室發動機臺架上進行全球統一瞬態循環(WHTC)測試，天然氣發動機和柴油發動機分別采用三效催化劑和尿素。結果顯示，天然氣發動機的氨排放峰值約為柴油發動機的兩倍；氨排放量隨柴油機后處理器的老化顯著增加，與柴油機冷態/熱態WHTC無明顯關系。
(2)實際道路測試：研究團隊對比了不同速度、加速度、排氣溫度、轉速下，國六重型車在實際道路上的氨排放量。結果顯示，國六LNG車的氨排放量遠大于國六柴油車的氨排放量；在市區、市郊、高速不同工況下，氨排放量呈現相同規律。
研究證明，在三效催化劑作用下，汽油車/天然氣汽車的尾氣中均會排放氨，汽油車/天然氣汽車排放的氨主要產生于混合氣加濃過程。因此,優化三效催化劑配方或使用氨逃逸催化劑(ASC)是削減氨排放的有效策略。在實際道路上，國六LNG重型車的氨排放遠高于柴油車，值得高度重視。建議應加強相關研究及技術開發，并在下階段排放標準(國七)中應考慮汽油車/天然氣汽車的氨排放控制有關內容。
葛蘊珊 北京理工大學 機械與車輛學院教授
王欣 北京理工大學 機械與車輛學院副教授
原標題：專家觀點 | 葛蘊珊、王欣：機動車氨排放及其控制研究
