1.研究背景

在经济全球化愈演愈烈的趋势下，国际远洋贸易中船舶运输达到90%^[1]。然而，随着国际贸易的繁荣和船舶吨位、运力的增加带来的是船舶废气排放量与日俱增，对海洋和大气产生的污染越来越严重。船舶运行中产生的大气污染物包括众多碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物、有机化合物和颗粒物。国际海事组织提供的数据表明，船舶对全球 2.7％的二氧化碳排放量负责，众所周知二氧化碳排放过多是加速全球变暖的主要元凶。硫氧化物和氮氧化物容易在空气中发生氧化反应，和水结合形成腐蚀性的酸雨，破坏城市建筑和生态环境^[2]。此外，船舶行驶中排放的气态及颗粒污染物会影响空气质量并危害人体健康。有研究表明，区域船舶排放带来的臭氧污染已致使欧盟地区人均寿命削减3.6%，早产儿死亡率上升2.6%;而东亚地区8年内早产儿死亡率因船舶排放增长了2倍^[3];且船舶排放的颗粒物被认为是造成欧洲、东亚及南亚沿海地区每年60000名心肺和肺癌患者死亡的主要原因^[4]。中国港口运输业发展迅速，船舶大气污染物排放量显著增加，有研究指出，2004—2013年间我国船舶排放的SO₂增长了1.7倍，NO_X增长了2.2倍。我国是海运大国，每年约处理全球30%的集装箱处理量。世界十大集装箱港口中，我国占据7个。研究表明，天津2015年船舶排放的NOx和SO₂占全市排放总量的8.8%和9.5%；上海2014年船舶排放SO₂和NO_X占全市排放总量的 19%, 16%；深圳 2013 年船舶排放对全市 PM2.5, NO_X, SO₂ 的排放总量的贡献分别为5.2%,16.4%和58.9%^[5]。这些污染物的排放对港口城市的环境造成了极大的破坏，并严重危害港口居民的健康。

船舶排放对环境的污染和人类的危害越来越受重视。IMO（国际海事组织）发布的《防止船舶造成大气污染公约》经过1997年议定书的修订通过了附则六，即防止船舶造成空气污染规则，在2005年正式生效。其中规定了消耗臭氧层物质、氮氧化物、硫氧化物等船舶排放标准和技术减排手段，允许设立排放控制区限制船舶有毒有害气体排放。划设北海、美国加勒比海域、北美和波罗地海为硫排放控制区，其中北海和美国加勒比海域对碳烟和氮氧化物的排放也有要求。欧盟和美国在此基础上发布了国内海域船舶排放要求^[6][7]。相较之下国内船舶的排放法规起步相当晚。直到2016年8月，生态环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布《船舶发动机排气污染物排放限值和测量方法（中国第一、二阶段）》（GB15097-2016），对内河船、沿海船、江海直达船和海峡(渡)船作出相关规定，填补了长期来我国船舶大气污染物排放标准空白^[8]。此外，2015年底国家交通运输部发布了《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》（2016 年执行），着力于 NO_X和 SO_X的控制。这些努力表明了我国政府管理部门对船舶排放控制与减排的决心。然而限于国内船舶发动机排放控制技术的发展落后，相关研究仍处于起步阶段，基础设施也不完善，所以目前的排放控制标准不可能立即达到很高的水平。所以需要借鉴世界船舶排放控制走在前面的国家的经验，学习他们的排放控制技术，参考他们的排放控制标准发展，因地制宜，走出我国自己的船舶大气污染排放控制道路。

2.研究目的

1. 梳理国内外船舶发动机大气污染物排放标准，比较分析国内外差距，为我国制定排放标准提供参考。

2. 调研世界主流船舶排放控制方案，为我国制定控制船舶发动机大气污染物排放措施提供参考。

3.研究意义

通过研究世界各国的船舶排放大气污染物的控制措施和排放标准，可以为完善祖国控制船舶大气污染物排放的法律法规提供参考，因地制宜实施政策，合理控制排放，兼顾保护环境和经济发展提供依据。同时可以为国内船舶发动机的排放控制技术的选择和发展提供参考。并且加快祖国的排放法规建设，严格控制船舶大气污染物排放，净化我国港口环境，使港口城市居民健康的生活。

4.国外研究现状

《73/78 MARPOL公约》附则六《防止船舶造成大气污染》是目前国际通用的船舶排放控制法规，并在不断地完善中。该法规划设北海、美国加勒比海域、北美和波罗地海为硫排放控制区，其中北海和美国加勒比海域对碳烟和氮氧化物的排放也有要求。由于申请划设排放控制区程序繁琐，时间漫长，所以有些国家或地区自己划设排放控制区，并使用自设的排放控制标准，如欧洲海域排放控制区和美国加利福尼亚排放控制区等。围绕着船舶大气污染物排放控制的一系列研究表明降低SO_X排放最有效的措施是使用低硫燃料，美国加州排放控制区拒绝除此手段之外减低SO_X排放的船舶入内^[9]。其他常见手段包括干法脱硫和湿式洗涤技术等。针对NO_X排放控制，主要手段有燃料替换或预处理、机内净化和尾气后处理等。DENIZ等的评估认为LNG是最合适的船用柴油替代燃料^[10]。机内净化包括优化发动机燃烧，优化发动机结构等。V.Praveena等对压燃式发动机NO_X后处理方法做了综述，包括SCR、SCRF和LNT，并对比分析了不同类型SCR的优点和约束条件^[11]。针对颗粒物，主要采用优化发动机燃烧和后处理解决，包括DPF和DOC等技术^[12]。关于这些技术将在正文中详细描述。国外一些学者除了对这些减排技术进行研究的同时，还进行了为达到目前的排放法规所采用的技术路线研究。Christer等人的研究表明在综合厂方技术和船东需求的情况下，根据船的种类、作业范围和燃料价格的变化，最佳的技术路线也会发生变化，但总体而言，在未来LNG替代柴油的趋势很明显^[13]。

5.国内研究现状

《船舶发动机排气污染物排放限值和测量方法（中国第一、二阶段）》（GB15097-2016）是我国第一次对船舶大气污染物排放做出明确的规定。目前，中国自己划设排放区仅对硫氧化物进行限制，最高限值为0.5%。“十二五”期间，交通运输部着力推广应用靠港船舶使用岸电技术，综合运用了政策法规、标准规范、经济激励、试点示范等手段，取得了一定的成效，但是推广效果依然远不及预期^[14]。2018年12月10日海事局发布船舶大气污染物排放控制区实施方案，扩充了排放控制区的范围，划定沿海控制区和内河控制区，对硫氧化物和氮氧化物以及颗粒物排放提出了新的要求，同时还对船舶靠港使用岸电做出要求。各港口城市的船舶排放清单编制工作陆续完成。国内对于船舶大气污染物排放的控制技术研究起步较晚。船舶发动机减排技术多是沿用国外已有成果，并在船上实装的技术。我国大量学者正对外国先进的船舶发动机减排技术进行研究摸索，要赶上外国还需要一段时间。目前国内的研究已有一定的成果，杨国华等开展了臭氧氧化-海水吸收同时脱除船舶尾气 SO₂、NOx新工艺研究，实验研究表明当 O₃和 NO 摩尔比为 1∶1 时，新工艺脱硝率为91%、脱硫率为 98.5%，实现同时高效脱硫脱硝^[15]。喻文烯对低温等离子体氧化结合海水吸收的同时脱硫脱硝方法开展了研究并优化了最佳工艺条件，结果表明当等离子电源全部开启、补充空气至尾气氧含量 17%、添加增湿水时，可实现 NOx去除率＞70%，SO₂去除率＞90%^[16]。

2. 研究的基本内容与方案

1.内容

鉴于目前国际船舶减排形势和国内控制排放现状，本研究将分为两个部分进行。

1. 学习各个国家和地区的船舶排放控制法规，并梳理他们的排放标准，再围绕国别、实施日期、适用范围以及控制的污染物种类和限值对他们的现行排放标准对比分析。

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