NOx、CO和颗粒物是什么,为什么会危害我们的健康?

排放与环境
作者: Deniz Erkan
创建: 18 十月 2026

城市中每一缕尾气黑烟,都是三大有毒敌人对我们肺部和血管同时发起攻击的无声通行许可.

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NOx、CO和颗粒物是内燃机车辆尾气排放的三大主要污染物类别:氮氧化物是高温燃烧下空气中的氮与氧气反应的产物,一氧化碳是缺氧时不完全燃烧的产物,而颗粒物则由柴油发动机中尤为常见的细小烟灰颗粒组成.这三者都会损害呼吸系统和循环系统,因此是排放标准重点管控的对象.

重点要点

NOx是涵盖一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)气体的统称,不应与作为温室气体的一氧化二氮(N2O)混淆.
交通运输行业约占部分国家NOx排放清单的 45% .
SCR系统使用基于尿素的AdBlue可将NOx降低 高达90% .
欧6标准还对柴油发动机和直喷汽油发动机的颗粒物数量设定了限制.
像PM2.5这样的细颗粒物能够渗透到肺部和循环系统的深处,因此带来最高的健康风险.

什么是NOx,发动机如何产生它?

NOx是氮氧化物的统称.其两种最常见的成分是一氧化氮(NO,一个氮原子和一个氧原子)和二氧化氮(NO2,一个氮原子和两个氧原子).NO在大气中可通过反应转化为NO2;在空气质量报告中,NO2被用作整个NOx类别的指标.这里我来澄清一个常见的混淆:作为温室气体并影响气候的一氧化二氮(N2O)是与NOx不同的污染物.

其形成机制是一个简单的化学问题.发动机气缸内的温度足以使空气中的氮(N2)和氧(O2)分子相互发生反应.这不是燃烧的预期目标,而是高温的必然副产物.温度和压力越高,产生的NOx就越多.

柴油发动机因此尤为突出.柴油发动机以过量空气运行,即富氧的“稀薄”燃烧;单位燃料所对应的氧气量以及气缸的温度和压力值,使得其NOx的产生比汽油发动机更多、更强烈.因此,NOx控制的焦点一直集中在柴油车方面;车辆产生的NOx排放自20世纪60年代以来就一直受到监管.

一氧化碳:无色无味的有毒气体

一氧化碳是碳不完全燃烧产生的无色无味的有毒气体.其危险背后的生理机制很明确:CO进入血液后会破坏氧气的输送.结果是大脑供氧不足导致的疲劳、头痛、头晕和注意力涣散.最初的症状包括头痛、嗜睡和恶心;严重接触可导致呕吐和意识丧失.由于它无色无味,严重的接触可能在未被察觉的情况下达到致命水平.

长期暴露表同样不容小觑:慢性CO暴露最常与记忆、注意力和专注力缺陷以及帕金森型运动障碍相关联.众所周知,定期暴露于尾气还会为支气管炎、哮喘和肺癌等呼吸系统问题埋下隐患.

从技术角度来说有个好消息:CO是可以在催化转化器中转化为无毒二氧化碳的污染物.风险在于未能到达转化器的气体;如果排气管道存在泄漏,CO可能会未经净化就泄漏出去.因此,排气管道的完整性不仅是噪音问题,更是安全问题.

为什么颗粒物的危害堪比PM2.5?

颗粒物是空气中细小固体和液体颗粒的混合物,也就是我们俗称的"烟"或"油烟".危害的程度与颗粒的大小直接相关.直径小于2.5微米的PM2.5颗粒凭借其微小的尺寸能够深入渗透到呼吸和循环系统的深处.柴油烟尘污染中 80%至95%的成分 是超细颗粒,其尺寸足以进入肺细胞.

PM被认为是与柴油尾气暴露相关的不良健康影响的主要驱动因素.卫生部门列举的影响包括:

患有心脏病或肺部疾病的人群过早死亡
非致命性心脏病发作和心律不齐
哮喘加重、呼吸道炎症和呼吸困难
短期暴露增加时,心血管疾病或已有呼吸系统疾病患者的急性死亡风险上升

其影响不仅限于健康.颗粒物污染会降低能见度,对气候和生态系统产生不利影响,并导致材料劣化.因此,从尾气排出的烟尘不仅是呼吸系统问题,也是环境工程问题.

未燃烧碳氢化合物(HC):从何而来?

在排放表中还有一种污染物,其出现频率不如NOx高,但却同样存在于表中:未燃烧碳氢化合物.它们的来源并不陌生.从曲轴箱通风装置渗漏并回流到燃烧室的窜气、滞留在活塞环槽间隙中的燃油空气混合物、进气歧管中的液态燃油以及气缸壁上的油膜,都是其中的主要来源.在高负荷运转时,活塞环槽间隙是HC排放的主要来源.

还有燃烧室之外的其他来源:燃油蒸发.除了尾气排放外,还应加上燃油从油箱和管路中蒸发造成的损耗.例如,低比例乙醇混合燃料会使汽油更容易蒸发,从而增加蒸发排放.不完全燃烧、氧气不足或不良燃烧条件则是直接增加HC的燃烧侧因素.

哪种排放标准针对哪种气体,为什么?

欧罗排放标准是一套规定车辆合法排放污染物质最大限量的规则体系,于1992年随催化转化器的强制安装而推出.其逻辑很简单:由于每种污染物的危害机制不同,因此对每种污染物分别设定限值.CO影响氧气的输送,NO2刺激呼吸道,PM则损害心脏和肺部,因此标准对这三者分别进行测量.

污染物	形成原因	主要影响
NOx (NO/NO2)	高温下氮与氧的反应	呼吸道刺激、哮喘、烟雾和酸雨
CO	缺氧条件下的不完全燃烧	干扰氧气输送导致中毒
PM (烟尘)	尤其在柴油车中的不完全燃烧	肺部和心脏疾病
HC	未燃烧的燃料和机油泄漏	促成烟雾形成,空气毒物

标准的历史也体现了区别对待的逻辑:自欧罗2阶段以来,欧洲对柴油车和汽油车设定了不同的限值.柴油车受更严格的CO限值约束,但允许更高的NOx排放;而汽油车在欧罗4之前则不受颗粒物标准的限制. 欧罗6于2014年9月 生效,显著收紧了柴油车的NOx和PM限值,并对柴油和缸内直喷汽油(GDI)发动机均引入了一项既限制质量又限制细微颗粒物数量的要求.在柴油方面,这一要求促成了柴油颗粒过滤器(DPF)的广泛采用.

实验室与真实道路之间的差距则在“排放门”事件后成为争论的核心.自2017年9月起,车辆开始接受在实际行驶条件下进行测量的RDE测试.结果是可测量的:在欧罗规则覆盖的时期内,2001年至2017年间NOx排放 下降了84% .严格的限值还迫使SCR系统在柴油车中普及.

这些气体如何在排出尾气管之前被净化?

Egzozdan çıkan zehirli gazlar, motorun içinde verilen bilinçli mühendislik kararlarıyla daha silindirdeyken temizlenir.

现代尾气后处理链为每种污染物设计了独立的解决方案.SCR (选择性催化还原)将基于尿素的柴油尾气处理液——俗称AdBlue——喷入尾气流中;在催化剂作用下,NOx被还原为无害的氮气和水.NOx的减少 可达90%;在同一过程中,HC和CO减少50%-90%,PM减少30%-50%.DPF则在物理上捕获烟尘颗粒;DPF + SCR + DEF的组合既能捕获烟尘又能降低NOx,而将SCR功能与过滤器合二为一的SDPF则在单一单元中完成同样的工作.气缸内也有一项措施:EGR (废气再循环)将部分尾气重新送入气缸,降低氧气量和燃烧温度;由于温度下降,产生的NOx也随之减少.

新车的排放特征因此发生了显著变化.尽管新车型产生的CO2略有增加,但其CO和NOx的排放量较前几代车型显著减少.从工程角度来看,这是一种可以接受的折衷:气候影响与污染影响属于不同的尺度,而且在2015年之前,"低排放车辆"的定义仅关注低CO2;在"柴油门"事件之后,NOx等污染物开始受到重视.

欧洲关于NOx争论的背景是什么?

2015年,大众汽车被曝出其柴油车辆的排放控制系统经过操纵以通过实验室测试;这些车辆在实际道路上产生的氮氧化物比申报值高出 多达40倍 .这一事件并未止步于一家制造商的问题:随后的几年里,有证据表明欧洲几乎所有柴油制造商都采用了合法或可能非法的策略来降低至测试限值以下.实验室测试无法反映真实驾驶情况,这也解释了为何关于标准可靠性的争论持续存在.

健康方面的数字显示了这一争论的严重性.据测算,在德国销售的大众车辆的过量排放可能导致约1200例过早死亡;2015年过量柴油NOx排放在全球范围内被归因于约38000例过早死亡,其中大部分负担落在欧洲.在欧洲,每年约有10000人因柴油车辆排放超标而过早死亡;据估计,2012年城市中的NO2暴露在欧洲大陆导致约75000例过早死亡.据估算,道路交通造成的空气污染每年给欧盟带来的健康成本为670亿至800亿欧元.

关于长期暴露于NO2的研究报告指出,其与全因死亡率、呼吸系统及心血管死亡率,以及儿童的呼吸系统症状和肺功能之间存在关联.
英国医学影响空气污染委员会 (COMEAP)

趋势并非单方面发展.2005年至2023年间,欧盟内归因于PM2.5的死亡人数 减少了57% ,且2023年实现了55%的减排目标.也就是说,当法规、技术和监督协同作用时,可衡量的改善是可能的.至于应从何处寻求解决方案,各方观点也存在分歧:一种方法专注于排放控制技术和标准的执行,而另一种观点则认为,降低NOx最快的途径是让高油耗车辆的使用者转向电动汽车.