低硫船用燃料排放的高光吸收颗粒

为何船舶废气在变暖的世界中仍然重要

随着全球对船舶硫污染的法规收紧，许多人原本希望更加清洁的船用燃料会显著降低海上交通对气候的影响。但这项研究表明，情况更为复杂：即便符合当今严格硫限的燃料，也可能排放吸光性强的暗色颗粒并导致大气增温，而且这种增温效应在废气混合并发生大气化学反应后在很大程度上仍然存在。理解这种“更清洁”燃料的隐含面向，对于北极航运扩展和全球贸易继续依赖海上大型柴油机的情形，至关重要。

燃料更“干净”，但天空未必更清朗

国际规则现在严格限制船用燃料中的硫含量，以保护空气质量并减少酸雨。为满足要求，船舶运营者已从过去较脏的高硫残余燃料转向低硫重油和低硫船用柴油。降低硫含量确实减少了散射阳光、并有助于形成明亮云层的硫酸盐颗粒排放，这类颗粒曾带来一定的冷却效应。但船舶同时也排放暗色碳颗粒——尤其是黑碳（烟炱）和部分棕碳——它们吸收阳光并使大气变暖。本文要回答的关键问题是：低硫燃料是否也减少了这种吸热成分，以及废气在大气中扩散时如何变化。

深入观察船舶尾气颗粒

研究者在一台中等规模的海洋研究用发动机上试验了两种符合现行规定的真实燃料：一种低硫重油和一种低硫船用柴油。他们使用包括电子显微镜和先进光学传感器在内的一套仪器测量尾气中的微小颗粒。研究还将稀释后的部分尾气通过一个特殊反应器，模拟数天的日光和大气化学暴露，重现羽流随船远离时发生的情形。这样他们可以比较排放口的“新鲜”颗粒与经历光化学处理后的“老化”颗粒。

暗色烟炭占主导，随后被光亮的外衣覆盖

排放点处，两种燃料的颗粒均以黑碳烟炭为主。在显微镜下，这些呈不规则、网状的团聚体，测量显示它们像裸露的烟炭一样吸收光。低硫重油在每单位发动机功率上产生的黑碳大约是船用柴油的三倍，尤其在低负荷时更明显。经过模拟老化后，颗粒变得更为多样：许多烟炭团聚体收缩并致密化，同时获取了有机物和硫酸盐的涂层。船用柴油样本中还出现了不寻常的棒状和针状颗粒，而低硫重油则产生更多球形、富含硫酸盐的颗粒。这些涂层使非黑碳物质的质量增加了一个数量级以上。

老化如何改变它们对阳光的影响

这些结构变化改变了尾气与光的相互作用。被涂覆的烟炭像一个暗核包裹在透明透镜里：外壳将更多光线聚拢到核心，从而增强吸收。研究团队发现，老化后每克黑碳吸收的光大约比新排放时增加20%–60%。同时，额外的硫酸盐和有机物增加了散射，使颗粒的行为在一定程度上向反射偏移。即便如此，这些颗粒仍然强烈吸收光，在现实条件下吸收往往超过散射。当作者将这些测量结果纳入一种简单的“强迫效率”指标（即每单位发动机能量颗粒造成的增温或降温）时，发现两种燃料的排放总体上产生了净增温，尤其是在雪冰等高反照面上。低硫重油的增温效率比船用柴油高约2–3.5倍。

这对气候与政策意味着什么

对非专业读者来说，主要信息是：尽管减少船用燃料中的硫对健康和环境至关重要，但并不自动使航运对气候变得友好。新型燃料仍可能释放大量强效增温颗粒，且经日光驱动的化学老化并不能显著抹除这种增温潜力。在某些情况下，低硫重油甚至可能比旧的高硫燃料更具气候增温性，因为它大幅减少了带来冷却效应的硫酸盐，同时保持或增加了烟炭排放。随着北极航线的开放和全球航运量的增长，这些发现表明未来的监管需直接应对黑碳，并鼓励真正低排放的替代方案——如更清洁的发动机、不同燃料和新型推进技术——以降低航运对全球海洋的气候足迹。

引用: Kokkola, T., Sipkens, T.A., Paul, A. et al. Highly light-absorbing particle emissions from low-sulfur marine fuels. npj Clim Atmos Sci 9, 108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01369-w

关键词: 船舶排放, 黑碳, 船用燃料, 气溶胶老化, 北极变暖