点源捕获耦合碳封存：航空减排技术路径的健康效益与成本优势分析

《Eco-Environment & Health》：Point source capture with storage yields superior aviation health benefits over direct air capture

本研究聚焦航空业减排的紧迫需求，针对直接空气捕集(DAC)与点源捕集(PSC)耦合碳捕获、利用与封存(CCUS)的不同技术路径，评估了其对全球1134个机场周边居民的健康影响与经济成本效益。研究发现，PSC-CCS（点源捕集-碳捕获与封存）路径在降低过早死亡人数方面表现最优，且是经济效益最佳的方案，为航空业实现可持续发展与公共健康保护提供了科学决策依据。

　　

飞机划过蓝天，承载着人们的出行梦想，却也留下了不容忽视的污染足迹。随着全球民航业的迅猛扩张，机场周边日益聚集的人口正暴露在飞机尾气带来的健康风险之下。这些排放物不仅仅是加剧气候变化的二氧化碳(CO₂)，更包括细颗粒物(PM_2.5)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)和二氧化氮(NO₂)等多种有害物质，它们与呼吸系统、心血管系统等多种疾病密切相关。为了应对这一挑战，碳捕获、利用与封存(CCUS)技术被视为一剂“解药”，其中，从空气中直接捕获二氧化碳的直接空气捕集(DAC)和从固定排放源（如垃圾焚烧厂）捕获的点源捕集(PSC)是两种主要技术路线，它们又能分别与碳封存(CCS)或碳利用(CCU)结合，形成不同的技术路径。然而，一个关键问题悬而未决：在减少航空碳排放的宏大目标下，DAC-CCS、DAC-CCU、PSC-CCS和PSC-CCU这四条不同的技术路径，究竟哪一条能更有效地保护机场周边居民的健康？哪一条又具备更好的经济可行性？为了回答这些问题，由崔强、周颖、唐星宇、孙旭杰、张宇欣和李晔组成的研究团队开展了一项系统性研究，其成果发表在《Eco-Environment 》期刊上。

研究人员综合运用了多种技术方法构建分析框架。他们首先基于航空综合模型(AIM)的H2_Mid情景结果，设定了四种CCUS技术路径的应用情景及一个基准情景(BAU)。随后，利用高斯扩散模型计算了全球1134个机场因航空活动导致的PM_2.5、CO、SO₂和NO₂平均浓度。核心的健康影响评估则通过全球暴露死亡率模型(GEMM)完成，该模型结合了从全球疾病负担数据集获取的疾病基线死亡率数据，以及从LandScan获取的机场周边20公里范围内的人口数据，估算了2025年至2050年间因航空排放导致的过早死亡人数。此外，研究还进行了成本效益分析，对比了不同技术路径的成本、收益和净效益。

3.1. 航空排放导致的过早死亡

研究显示，从2025年到2050年，四种情景下航空排放导致的过早死亡人数总体呈缓慢上升趋势。其中，PSC-CCS路径对健康的影响最小，其导致的死亡人数从2046年开始下降；而DAC-CCU路径的健康影响最大。具体到2050年，DAC-CCU情景下的过早死亡人数高达4,831,322人，PSC-CCU为4,824,776人，而PSC-CCS情景下人数最低，为2,074,699人。这清晰表明，在减少健康风险方面，PSC-CCS方法最具潜力。

3.2. 航空排放对不同性别的健康影响

航空排放对男性和女性的健康影响存在差异。数据显示，男性因污染暴露导致的死亡率高于女性。在四种情景中，死亡率性别差异最大的疾病是由NO₂导致的呼吸系统疾病(RD-NO₂)和由SO₂导致的呼吸系统疾病(RD-SO₂)，且这种差异随时间扩大。值得注意的是，对于2型糖尿病(T2DM)，在所有情景下，女性暴露于污染物后的死亡率均略高于男性。

3.3. 航空排放对不同年龄组的健康影响

污染对不同年龄组的影响随时间变化。2030年，各年龄组死亡人数随年龄增长而增加，5-9岁组最低，80-84岁组最高。到2040年和2050年，受污染物影响死亡率最高的年龄组变为85-89岁。在2050年的DAC-CCU情景下，有797,016名85-89岁的老年人死于污染暴露。此外，污染物对20-44岁劳动年龄人口的影响也不容忽视。

3.4. 航空排放对不同疾病的健康影响

在十种与航空污染物相关的疾病中，死亡率最高的是由SO₂导致的心脑血管疾病(CCVD-SO₂)、由SO₂导致的呼吸系统疾病(RD-SO₂)、由NO₂导致的呼吸系统疾病(RD-NO₂)和由CO导致的心脑血管疾病(CCVD-CO)。2030年，CCVD-SO₂的死亡率占比最高。然而随时间推移，到2040年和2050年，死亡率最高的疾病转变为RD-NO₂。相比之下，由PM_2.5暴露引起的六种疾病死亡率相对较低。

3.5. 航空排放对不同机场的健康影响

全球1134个机场的死亡人数总体呈上升趋势。采用CCS技术的机场，其污染物导致的死亡人数普遍低于采用CCU技术的机场。同时，基于PSC的路径对全球机场周边人群的健康影响较小，而DAC-CCU情景下污染物对健康的影响最大。死亡人数最高的机场包括印度贾特拉帕蒂·希瓦吉·马哈拉杰国际机场、法国巴黎戴高乐机场、印度内塔吉·苏巴斯·钱德拉·鲍斯国际机场、菲律宾尼诺·阿基诺国际机场等。其中，贾特拉帕蒂·希瓦吉·马哈拉杰国际机场的死亡人数最多，在2050年DAC-CCU情景下达到533,769人。

3.6. 不同DAC和PSC情景的成本效益分析

成本效益分析表明，所有四种碳捕集路径（DAC-CCS、DAC-CCU、PSC-CCS、PSC-CCU）都呈现出成本增速超过收益增速的模式，净效益始终为负。其中，PSC-CCS是经济效益最佳、可行性最高的路径，其净效益在2050年最高可达-591.3亿美元。DAC-CCS次之。PSC-CCU和DAC-CCU的经济表现最差，尤其是DAC-CCU，受高能耗、系统复杂性和产业链不成熟等因素限制，其成本极高，净效益表现也最差。

本研究通过综合评估四种CCUS技术路径在航空业应用的环境、健康和经济绩效，得出了一系列明确结论。在健康影响方面，PSC-CCS路径在最小化航空排放健康风险方面表现最优，而DAC-CCU路径的健康影响最大。男性、高龄老人（特别是80-89岁年龄组）是受污染影响更严重的群体，主要致死疾病是与SO₂、NO₂和CO相关的心血管和呼吸系统疾病。位于沿海、航班繁忙的大型枢纽机场周边居民健康风险最高。在经济性方面，PSC技术路径整体优于DAC路径，CCS则优于CCU。因此，结合健康与经济效益，PSC-CCS被确立为最优路径。

这项研究的意义在于，它首次系统地评估并比较了不同CCUS技术路径对航空业周边居民健康的潜在影响，并将健康结局与经济成本效益联系起来，为政策制定者提供了兼具科学性和实用性的决策依据。研究指出，在推动航空业低碳转型时，不仅需要考虑技术的减排潜力和成本，还必须高度重视其对公共健康的协同效益。论文建议优先部署PSC-CCS技术，在死亡风险高的机场建立实时监测和公共卫生预警系统，并将健康影响评估纳入机场规划和审批的关键参考指标。这些发现为制定更有效的环境政策、航空发展规划以及保护公众健康，特别是机场周边脆弱人群的健康，提供了重要的科学支撑。