移动源空气污染分担率居前，机动车尾气治理至关重要
思瀚产业研究院    2025-08-14

1、移动源尾气空气污染分担率居前，治污形势依然严峻

机动车尾气已经成为大气污染的主要来源之一，城市大气污染防治形势仍较为严峻。大气污染源主要有工业源、生活源、交通运输（移动）源三种，其中移动源污染物主要指交通运输工具使用煤或者石油制品燃烧供能产生的大量废气，主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氢化合物等。

整体看来近年来随着我国汽车普及率提升，机动车尾气排放已成为大气污染主要源头之一，根据生态环境部数据，目前机动车氮氧化物排放量占全国氮氧化物排放总量的 34%以上，其中重型货车占机动车氮氧化物排放量达到80%。

对于大部分城市中心城区，机动车排放已经成为PM2.5的首要贡献者，北京、深圳、成都等大型城市机动车污染排放占比超过 40%。分城市看，根据《中国生态环境状况公报（2024）》，2024 年我国339个城市中有 117 个城市空气质量超标，占比达 34.5%，其中 87 个城市PM2.5超标、81个城市臭氧超标、40 个城市PM10超标，城市空气污染防治形势仍然较为严峻。

机动车污染物是移动源排放主力，合计污染物排放超移动源的70%。根据生态环境部最新《中国移动源环境管理年报（2024）》，2023 年，全国移动源污染物排放总量为1924.6万吨，其中一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）排放量分别为 724.9 万吨、18.7 万吨、227.7 万吨、926.5 万吨、26.8万吨；

机动车污染物排放总量为 1389.6 万吨，占移动源排放比例超过 70%，CO、HC、NOx、PM排放量分别为 724.9 万吨、187.2 万吨、473.1 万吨、4.4 万吨。汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其 CO、HC、NOx 和 PM 排放量分别占机动车排放量的89.9%、90.8%、97.8%、93.2%，其中，汽油车 CO、HC 排放量分别占汽车排放量的 84.9%、83.5%；柴油车NOx、PM排放量分别占 87.8%、99%以上。

分车型看，以汽油机为主的小型乘用客车是 CO 和 HC 的主要排放源。2023年，全国客车 CO、HC、NOx、PM 排放量分别为 470.7 万吨、132.3 万吨、75.6 万吨、0.4万吨，占汽车排放总量的 72.3%、77.9%、16.3%、9.2%，其中小型客车（即轿车、SUV等乘用车）的四项污染物排放量分别为 450.6 万吨、129.5 万吨、23.0 万吨、0.1 万吨，CO、HC排放占比达到 95.7%、97.9%。

以柴油车为主的货车是 NOx 和 PM 颗粒物排放的主要排放源，其中重型货车氮氧化物排放尤甚，2023 年，全国货车 CO、HC、NOx、PM排放量分别为180.6万吨、37.6 万吨、387.2 万吨、3.7 万吨，占汽车排放总量的27.7%、22.1%、83.7%、90.8%，其中重型柴油货车四项污染物排放量分别为 55.7 万吨、5.9 万吨、324.2 万吨、2.0万吨，NOx、PM 颗粒物排放占比达到 83.7%、54.1%。

2、汽车各类污染物的生成机理及当前主要处理技术路径

（1）汽油机生成的污染物主要是CO 和HC

汽油机污染物根据排放途径可分为曲轴箱窜气、燃料蒸发泄漏和燃烧排气三部分，其中燃烧排气是主要污染物排放途径。汽油机排气污染物主要有CO、HC、NOx、SO2和微粒，其中排放量相对较大且对环境有严重污染的是 CO、HC 两种。曲轴箱窜气、燃料蒸发泄漏产生的主要污染物是未燃碳氢化合物 HC，在不加控制的情况下，二者分别约占汽油机HC总排放量的 25%、20%。

从具体形成机理看，CO 是烃燃料燃烧的中间产物，其形成主要是由于汽油机采用点燃式点火，烃燃料不完全燃烧所致。在目前发动机稀燃技术逐步成熟的情况下，理论上富氧情况下汽油机排气中将不存在 CO 而代之产生SO2，但实际上由于：1）发动机冷启动阶段燃烧不完全；2）各缸混合比例不一定均匀、燃烧室各处的混合也可能不均匀；3）燃烧后的高温将已经生成的SO2小部分分解为 CO 和O2，因此汽油机仍是CO 的主要排放源。

HC 是由未燃烧的燃料烃、不完全氧化产物以及燃烧过程中部分被分解的产物所组成，汽油机排气中的 HC 主要有四个来源——室壁激冷效应、充量不完全燃烧、缝隙效应以及二冲程的扫气过程，其中核心来源为室壁激冷效应，其可通俗理解为燃烧过程中，靠近燃烧室壁面的火焰因壁面低温而突然熄灭或燃烧不完全的现象，此时预热层中的燃料和部分氧化产物不能进一步氧化转化为燃烧产物，而以未燃烃和含氧碳氢化合物的形式排出。

汽油机的设计和运行参数、燃料成分与制备过程等因素都会对污染物的具体排放量造成很大影响。下表详细展示了空燃比、点火推迟、燃烧室面积、冷却水温度等具体参数增加时对有害排放物浓度的影响。

（2）柴油机生成的污染物主要是NOx 和颗粒物

柴油机的污染生成机理与汽油机大致相同，其燃烧排气的主要污染物有CO、HC、NOx、SO2及各种微粒。与同功率的汽油机相比，柴油机的 CO 和 HC 排放量要比汽油机少得多（柴油机采用超稀薄压燃方式燃烧较为完全，且因柴油燃料本身分子量大、挥发性低的特性不易形成 CO、HC 污染物），因此柴油机排放量相对较大且环境污染严重的污染物主要是NOx，碳烟等颗粒物。

从具体形成机理看，燃烧排气产生的 NOx 主要成分是NO 和少量SO2，NO是在燃烧过程高温条件下在燃烧室内形成，是燃烧过程中氮和氧原子的许多基本反应的结果，其生成的影响因素主要有三点：发动机机内温度、氧气浓度、高温滞留时间（三者都与最终污染浓度正相关）。

颗粒物是指在取样状态下，排气中除水分以外所有分散(固、液态)物质的总称，柴油机颗粒物主要包含固态的碳基颗粒、液态的碳氢颗粒（大部分吸附在固态的碳基颗粒上，一部分独立存在）、无机物（如 SO2、硫酸盐等，主要附聚在碳基颗粒表面），柴油机使用过程中常见的黑烟（碳烟）即是柴油机在高压燃烧条件下，局部高温、缺氧、裂解并脱氢而形成的以碳为主要成分的固体微小颗粒，其形成主要受燃油质量、过量空气系数、柴油雾化质量、混合气燃烧速度、喷油时机等因素影响。一般来说微粒中碳烟所占的比例与柴油机的运行状态有关，一般柴油机高负荷运转时，微粒以碳烟为主，小负荷或怠速时以碳氢化合物为主。

除去上述 CO、HC、NOx、颗粒物等传统污染物监管项目外，近年来随着大气环保要求升级，国标排放标准对于N2O、NH3等污染物的监管也逐渐趋严。N2O的主要来源是尾气后处理系统中的化学反应（其次为燃烧过程），例如 TWC 在特定工况下（尤其是冷启动暖机阶段催化剂温度较低时）在还原氮氧化物(NOx)的过程中可能发生副反应，将NOx 还原生成N2O，而不是理想的氮气(N2)；

LNT 在富燃再生阶段，将储存的硝酸盐分解并还原时，也可能产生N2O作为副产物。NH3的主要来源也是尾气后处理系统中的化学反应，特别是重型柴油车SCR系统发生的“氨逃逸”，其主要原因是汽车加减速工况、冷启动低温工况下，尿素喷射量与NOx 生成量不能很好匹配（ECU 或传感器故障导致尿素喷射量过高）、催化剂低温工况下活性不足造成的氨气逃逸。

（3）当前主要污染物处理技术路径

在当前国六排放标准下，针对不同成因的污染物其技术处理路径不同，整体可概括为机内净化与机外后处理两个方面，针对不同燃料的机外后处理路线具体可分为：汽油机一般采用 TWC+GPF 路线；柴油机一般采用 DOC+DPF+SCR+ASC 路线。

发动机机内净化技术的改进方向主要是提高燃油热效率并在源头上减少污染物排放，其具体措施包括：1）燃烧系统优化，例如采用紧凑燃烧室、采用稀燃技术以提高燃油热效率；2）喷射系统优化，例如采用高压共轨喷射、多段喷射以实现更充分的燃油雾化并减少碳烟排放；3）点火系统改进，例如采用多点点火方式增强火焰传播速度以减少HC排放。

除了以上措施外，机内净化带来最显著的增量在于进气系统优化中EGR技术的普及，EGR 技术是将一小部分燃烧废气从排气管引入进气管与新鲜充量混合，人为增加新鲜充量中的废气量，利用废气中所包含的CO2不参与燃烧却能吸收热量的特点，降低燃烧温度的同时降低氧气浓度，从而减少 NOx 的生成，并在部分负荷时提高燃料的经济性。从技术原理出发看市场渗透率趋势，目前柴油车 EGR 装配率已达到较高水平，乘用车（汽油车）相对偏低，我们认为后续随着国标排放标准趋严，乘用车（汽油车）市场EGR 渗透率或有提升空间，EGR系统技术升级也有望带来价值增量。

汽油车机外后处理路线采用 TWC＋GPF 串联，其中 TWC 技术成熟已久，国六标准实施以后主要是 GPF 的渗透率提高。GPF 是一种壁流式的颗粒捕集装置，其内部有很多平行孔道，这些排气物颗粒碰到内壁后会被吸附从而达到颗粒捕集作用，国六以后汽油车加装GPF主要是为满足排放法规中新增的排气中颗粒物 PN 限制要求。

在汽车排气系统中增加颗粒捕集器，首先要考虑的就是其布置位置，GPF 与 TWC 的距离显著影响其过滤效率，一方面二者距离较远可以使二者分别处于最佳工作温度区间以提高过滤效率，但过远的距离会导致GPF 入口温度低，GPF 的被动再生工况更少，因此选择合适的距离进行布置对于GPF污染处理效率提升至关重要。

柴油车机外后处理路线采用 DOC+DPF+SCR+ASC 串联，其中DOC+DPF+SCR是成熟且必须的技术，而重型柴油车国六实施以后主要是 ASC 的渗透率提高。ASC安装在整个柴油机后处理系统的末端，主要用于消除 SCR 系统中未反应完全的过量NH₃，防止其排入大气造成二次污染，核心任务是将逃逸的 NH₃高效转化为无害的氮气（N₂）和水（H₂O），同时抑制副产物（如 N₂O、NOx）的生成。

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