本文阐明了“双碳”目标下新型可再生能源的发展会使中国在PM2.5和O3污染治理上受益，总结了电力、采暖、钢铁水泥、交通等行业的能源转型措施，以及转型后引起的中国城市空气质量改善的健康效益，并探讨了现有研究的不足之处，对中国而言，未来“双碳”目标的研究还应考虑新污染物的治理、个体选择视角以及政策两面性特征等方面，从而推动中国空气质量持续改善，助力“双碳”目标不断向纵深推进。
近年来，中国城市空气质量虽得到明显改善，但空气污染问题依然严重，具体表现为：冬春两季重污染天气频繁发生，2023年有105个城市大气细颗粒物（PM2.5）超标。“十四五”规划要求：“深入打好污染防治攻坚战，基本消除重污染天气”。另一方面，2023年12月发布的《中共中央 国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》中明确指出到2035年，全国PM2.5浓度下降到25μg·m-3以下。因此，空气污染治理不容松懈。
现阶段中国城市大气污染治理面临巨大挑战，以往采用的主要治理措施在当下的减排潜力十分有限。“污染物末端控制”“煤改气”和“煤改电”等措施是2013-2020年城市空气质量改善的主要措施。截至2018年，先进的末端控制技术已广泛应用于电力和工业领域。例如，超过90%的燃煤电厂已安装污染物末端处理装置，利用末端控制技术进一步削减污染物排放量的潜力十分有限。截至2020年，京津冀和汾渭平原地区80%以上的用户实现了清洁采暖，采用“煤改气”和“煤改电”降低采暖活动污染物排放的潜力也十分有限。既然末端措施已基本完成其使命，有必要采取新的污染治理措施。
中国于2020年9月宣布“CO2排放力争在2030年前达峰、努力争取在2060年实现碳中和”。“双碳”目标的实现会驱使中国开展能源转型，由于大气污染物和CO2存在同源性，主要来自传统化石燃料，能源转型被认为是进一步提升空气质量的有效措施。
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“双碳”目标为中国城市空气污染治理带来新契机
“双碳”目标实现是指通过推动化石燃料向清洁能源（风能、光能、核能、水能和生物质能等）转型，实现CO2的净零排放。由于空气污染物和温室气体具有同源性，即主要来自化石燃料燃烧，能源转型可以在过往的“污染物末端控制”基础上进一步降低污染物的浓度。
到2030年，为实现“双碳”目标而采取的减缓气候变化措施将使全国近八成人群的PM2.5年均暴露水平低于世界卫生组织（WHO）空气质量指标（10μg·m-3）。到2035年，全国地级以上城市PM2.5浓度达标（低于35μg·m-3）占比94%，年均PM2.5浓度降低到23μg·m-3。到2060年，实现“双碳”目标的政策措施将使中国城市PM2.5浓度水平相较于2020年降低80%以上，将降至8μg·m-3。近地面臭氧主要受挥发性有机物（VOCs）、氮氧化物（NOx）等因素共同影响，为实现“双碳”目标而开展的能源结构调整可减少VOCs和NOx的排放，进而降低臭氧浓度。到2030年，“双碳”目标的相关措施实施下，中国O3浓度相比2015年将下降19.8μg·m-3，VOCs和NOx的排放量相比2019年分别减少28%和42%；到2060年，中国VOCs和NOx的排放量相比2019年分别减少61%和93%，全国年均O3浓度符合WHO对O3的100μg·m-3指导范围。“双碳”目标驱动的不同VOCs和NOx的减排情景导致O3污染改善及其健康效益在各区域存在显著差异，因此在推进“碳中和”目标实现的进程中应采取精准差异化协同管控策略来降低各地区臭氧浓度。
“双碳”目标的实现对中国城市空气质量的影响会带来显著的健康效益。到2030年，实现“双碳”目标的政策措施产生的空气质量改善可使中国约19万人避免过早死亡，其中PM2.5引起的过早死亡人数与2017年相比将减少约17.7万人，O3引起的过早死亡人数将减少12324人。到2050年，PM2.5引起的死亡人数将减少32万至55万人，O3相关死亡人数将减少约27018人。到2060年，“双碳”目标的实现可使中国每年262万人避免因空气污染过早死亡，PM2.5污染导致的过早死亡人数将从2020年的每年136万人下降到2060年的每年60万人。实现“双碳”目标，可大幅度降低因为空气污染造成的疾病负担。
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不同行业“双碳”目标实现对空气质量的影响
实现“双碳”目标导致的污染物排放降低主要来自电力、采暖、钢铁水泥和交通4个行业（图1）。
图1 “双碳”目标下不同行业能源转型
2.1 电力
长期以来，中国以火力发电为主的电力结构加剧了空气污染，电厂排放成为中国严重空气污染问题的主要驱动因素之一。自2015年3月国务院发布《进一步深化电力体制改革的若干意见》后，电力行业的能源转型受到广泛关注。
中国电力行业需从传统的以煤电为主转变为以风力、光伏和水电等可再生能源为主，这一转型不仅导致煤电能源结构将在2025-2030年达到峰值后逐渐下降，还会产生显著的空气质量改善效果：到2030年通过转型导致的年均PM2.5浓度低于35μg·m-3的中国国土面积将超过80%，到2060年产生的大气污染物排放将大幅降低，年均PM2.5浓度会降低到10μg·m-3以下。并且，当可再生能源供电比例超过28.22%时，对空气质量改善的积极影响还会产生明显的空间溢出效应，在中国东部、中部、西南部和西北部将会有更多城市的空气质量得到改善。
2.2 采暖
传统燃煤采暖是中国北方空气污染的主要贡献源。传统采暖方式对京津冀地区PM2.5浓度贡献超过35%。截至2016年底，中国北方地区取暖面积达206亿m2，其中城镇建筑取暖面积占比远超农村地区，达到了68.4%。在供暖方式上，城镇地区主要采用集中供暖系统，而城乡接合部和农村地区则多使用柴灶、火炕、炉子或土暖气等分散供暖方式。此外，中国北方地区的清洁取暖比例偏低。
清洁采暖有助于减少平均PM2.5排放，提高整体空气质量指数，同时可避免约200万人过早死亡，并产生显著经济收益。然而，在清洁能源供应能力、政策实施方式和效果方面仍存在争议。部分地区未能科学评估当地资源供应和制定发展规划，缺乏因地制宜的清洁取暖方案，导致清洁取暖政策实施困难。此外，清洁采暖政策具有两面性。首先，北方采用天然气供暖造成南方冬季缺少天然气，进而造成南方居民使用传统化石燃料，导致南方空气污染加剧。其次，天然气燃烧产生水汽，水汽释放到大气中增加了大气湿度，促进生成的二次颗粒物浓度为4.6μg·m-3，进而降低空气质量。尽管煤改气政策促进了二次颗粒物的生成，整体来看该政策显著改善了中国北方的空气质量，PM2.5浓度降低22.5%~58.3%。
2.3 钢铁水泥
中国是全球最大的钢铁生产国，占全球产量的一半，排放污染更是不容小觑。为此，中国持续收紧钢铁大气污染物排放标准限值。中国钢铁行业预计到2060年前可以实现碳中和目标。中国钢铁行业在实现碳中和目标的过程中，化石能源消耗对空气污染物排放具有显著的共生效益。
作为世界上最大的水泥生产国，中国的水泥行业产生大量的空气污染和CO2排放。为应对这些排放，中国于2015年对水泥行业实施了更严格的空气污染排放标准。预计到2060年，在超低标准和碳中和政策的协同作用下，通过淘汰落后产能、升级生产设备、发展清洁能源，以及提高能源效率等关键减排手段，中国水泥企业的烟尘、NOx、SO2和CO2排放将分别降低69%、66%、82%和62%。
2.4 陆地交通
汽车尾气排放污染空气，对人体健康造成不利影响。汽车尾气是中国PM2.5的来源之一。汽车行业在城市层面较早开展了能源转型。新能源汽车的推广使示范城市的碳强度降低了约4.5%，降低了试点城市交通部门的能源消费总量，提高了试点城市的能源效率。为刺激消费者购买新能源汽车，自2009年起政府实施了公共服务部门的新能源汽车补贴政策，并自2013年起扩大到私营部门的新能源汽车补贴。研究表明中国对新能源汽车的补贴显著改善了空气质量。私营部门新能源汽车补贴使当年的PM2.5浓度降低了3%，2年后降低了3.2%。补贴对空气质量的影响随城市人口数量、车辆数量和企业数量的变化而变化。
着眼未来，新能源汽车替代传统化石燃料交通工具是“双碳”战略下交通部门的必经之路。
3结论
本研究评估“双碳”目标对电力、采暖、钢铁水泥、陆地交通等行业能源转型后空气质量改善的效益，通过分析各行业在实施“双碳”目标后产生的影响，可以为未来制定更科学、有效的环保政策提供依据。
现有研究主要聚焦常规空气污染物的影响，但新污染物（如持久性有机物、微塑料等）的管控与治理也需重视。此外，能源转型可能带来的环境问题（如土地资源占用、生态破坏等）以及回弹效应对空气污染物排放的影响也需深入研究。同时，个体选择视角和政策两面性特征也是未来研究的重要方向。
本文归纳总结了针对能源转型带来的空气质量协同改善的研究，有助于从整体视角认识“双碳”目标实现对空气质量的影响，并对未来在该领域的研究提出建议。
本文作者：王浥尘、董路、张琳茹、谢梅英、韩潇、曹军骥
作者简介：王浥尘，西安交通大学公共政策与管理学院，副教授，研究方向为能源与环境政策。
论文全文发表于《科技导报》2024年第19期，原标题为《“双碳”目标实现对中国城市空气质量的影响》，本文有删减 图片来源网络 侵删
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