以下是船舶废气的主要成分及其来源,可以分为三大类：主要成分、有害污染物和温室气体。
主要成分（与燃烧过程直接相关）
这些是燃烧任何化石燃料都会产生的物质,但在船舶上，其排放量巨大。
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氮气 (N₂, Nitrogen)
- 来源：空气中约78%是氮气，在高温燃烧环境下，空气中的氮气（N₂）和氧气（O₂）会发生化学反应，生成氮氧化物，燃料中含有的氮化合物也会部分氧化成氮氧化物。
- 特点：本身无毒无害，是空气的主要成分，但其产生的衍生物——氮氧化物，是主要的有害污染物。
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二氧化碳 (CO₂, Carbon Dioxide)
- 来源：燃料中碳元素（C）完全燃烧的产物，这是船舶最主要的温室气体排放物。
- 特点：温室效应的主要贡献者，国际海事组织等机构正致力于减少航运业的CO₂排放。
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水蒸气 (H₂O, Water Vapor)
- 来源：燃料中氢元素（H）燃烧的产物。
- 特点：无毒，是自然循环的一部分，但在寒冷天气下，排出的水蒸气会形成可见的“白烟”。
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过量氧气 (O₂, Oxygen)
（图片来源网络，侵删）- 来源：为保证燃料完全燃烧，通常会向气缸内供应略多于理论需求的空气，因此废气中会残留一部分未参与反应的氧气。
- 特点：是衡量燃烧效率的一个指标。
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灰分
- 来源：燃料中不可燃烧的固体杂质，如硫、钒、钠、硅、铝、钙等的化合物，这些物质在燃烧后大部分以固态或熔融态颗粒的形式排出。
- 特点：是构成船舶颗粒物的主要成分，会导致发动机部件（如涡轮增压器、排气阀）的腐蚀和磨损。
有害污染物（对环境和人类健康有直接危害）
这是国际社会对船舶排放管控的重点,也是造成港口和沿海地区空气污染的主要原因。
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硫氧化物
- 主要成分：二氧化硫 (SO₂) 和少量三氧化硫 (SO₃)。
- 来源：燃料中含有的硫（S）在燃烧后直接氧化而成，这是船舶排放最引人关注的有害物之一。
- 危害：
- 酸雨：SO₂和SO₃与大气中的水结合会形成硫酸，是酸雨的主要成因。
- 人体健康：刺激呼吸道，引发或加重哮喘、支气管炎等疾病。
- 环境破坏：损害土壤、植被和建筑物。
- 管控：国际海事组织规定，船舶在排放控制区（如欧洲海域、北美海域）内使用的燃油硫含量不得超过0.50%，全球限值为0.50%（2025年起实施），部分特殊区域更低，船舶普遍使用废气洗涤器（Scrubber）或低硫油来满足要求。
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氮氧化物
（图片来源网络，侵删）- 主要成分：一氧化氮 和二氧化氮 (NO₂)，其中NO约占90%。
- 来源：如前所述，主要是在高温高压下，空气中的氮和氧气反应而成（热力NOx）。
- 危害：
- 光化学烟雾：NOx在紫外线作用下与挥发性有机物反应，形成臭氧（O₃）和其他有害物质，是光化学烟雾的主要前体物。
- 酸雨：NOx会形成硝酸，同样是酸雨的成因之一。
- 人体健康：NO₂会刺激肺部，降低呼吸系统抵抗力。
- 管控：国际海事组织通过Tier I至Tier VI标准逐步收紧了NOx的排放限值，Tier VI是目前最严格的标准，要求在排放控制区内使用更先进的发动机技术（如选择性催化还原SCR系统）。
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颗粒物
- 成分：极其复杂，包括碳烟（主要为 elemental carbon, EC）、硫酸盐（来自硫氧化物）、有机物（未完全燃烧的碳氢化合物）以及灰分中的金属化合物（如钒、镍）。
- 来源：燃料不完全燃烧、硫氧化物和挥发性有机物的凝结、以及燃料中灰分的排放。
- 危害：
- 人体健康：PM2.5（直径小于2.5微米的颗粒物）可以深入肺部，甚至进入血液，引发心血管和呼吸系统疾病，被世界卫生组织列为一类致癌物。
- 能见度降低：是造成港口和近海地区雾霾、降低能见度的主要原因。
- 设备腐蚀：硫酸盐颗粒具有腐蚀性。
- 管控：IMO Tier III标准对PM的排放也有限制，使用低硫油和废气洗涤器是减少PM排放的有效方法。
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一氧化碳
- 来源：燃料中碳元素不完全燃烧的产物。
- 危害：无色无味，极易与血液中的血红蛋白结合，造成人体组织缺氧，中毒甚至死亡，高浓度CO对环境也有影响。
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挥发性有机化合物
- 来源：燃料和润滑油未完全燃烧的产物，以及从油舱、发动机等处挥发出的碳氢化合物。
- 危害：是光化学烟雾的重要前体物，部分VOCs（如苯）具有致癌性。
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其他物质
- 多环芳烃：强烈致癌物，由不完全燃烧产生。
- 重金属：如燃料中的钒、镍等，会随PM排出，对环境和健康造成长期影响。
温室气体
除了CO₂，船舶还会排放其他具有温室效应的气体。
- 二氧化碳 (CO₂)：最主要的温室气体，航运业是其重要排放源。
- 甲烷 (CH₄, Methane)：虽然排放量远小于CO₂，但其全球变暖潜能值在100年尺度上是CO₂的28-34倍，主要来自液化天然气作为燃料时未完全燃烧的“甲烷逃逸”（Methane Slip）。
- 氧化亚氮 (N₂O, Nitrous Oxide)：氮氧化物在特定条件下会进一步反应生成，其全球变暖潜能值是CO₂的近300倍，虽然排放量小，但其长期影响不容忽视。
| 类别 | 主要成分 | 主要危害 | 主要管控措施 |
|---|---|---|---|
| 主要成分 | 氮气(N₂)、二氧化碳(CO₂)、水蒸气(H₂O) | CO₂是主要温室气体 | 减速航行、优化航线、使用替代燃料 |
| 有害污染物 | 硫氧化物 | 酸雨、呼吸系统疾病 | 使用低硫油、安装废气洗涤器 |
| 氮氧化物 | 光化学烟雾、酸雨 | 使用SCR系统、采用Tier VI发动机 | |
| 颗粒物 | 癌症、雾霾、设备腐蚀 | 使用低硫油、安装废气洗涤器 | |
| 一氧化碳、VOCs | 健康危害、光化学烟雾 | 优化燃烧效率 | |
| 温室气体 | 二氧化碳(CO₂) | 全球变暖 | 减速航行、使用替代燃料（甲醇、氨、氢等） |
| 甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O) | 强效温室效应 | 优化LNG发动机设计，减少甲烷逃逸 |
随着环保法规的日益严格（如IMO 2025低硫规定、CII碳强度指标等），船舶废气成分正在发生显著变化，各大航运公司和发动机制造商都在积极研发和应用更清洁的燃料和更先进的减排技术。
