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图1（a）民用煤（HC）、民用生物质（HB）和燃煤电厂（CFPP）燃烧排放气溶胶氧化应激效应（ROS）的关键化学组分贡献比例解析；（b）多环芳烃BaP毒性当量与燃料不完全燃烧效率的相关性分析
图2（a）我国固体燃料2017年消费量与PM2.5排放量及基于ROS效应调控的人群暴露健康风险相对贡献占比的概念图；我国民用固体燃料燃烧（b）和燃煤电厂（c）气溶胶的人群暴露健康风险地区分布
在国家自然科学基金项目（批准号：21876028、91743202、21625701、92043302）等资助下，复旦大学李庆研究员、清华大学王书肖教授、香港理工大学李向东教授合作，在基于气溶胶人群暴露健康风险的污染防控机制方面取得新进展，相关研究成果以“基于毒性效应调控的固体燃料燃烧大气污染控制（Toxic potency-adjusted control of air pollution for solid fuel combustion）”为题，于2022年1月6日发表在《自然-能源》（Nature Energy）杂志上。论文链接https://www.nature.com/articles/s41560-021-00951-1。
燃料燃烧是现代社会和经济发展的主要能源来源，其大量燃烧副产物会随烟气释放到大气环境中，从而导致空气污染和全球气候变化等负面环境效应。同时，空气污染导致的疾病负担已成为世界排名第4的健康风险因素。然而，大气气溶胶的化学成分极其复杂，导致不同区域/城市大气PM2.5的健康风险存在差异，因此如何制定其有效空气污染控制政策，一直是国际上非常具有挑战性的研究课题之一。
针对这一难题，本合作团队通过多学科交叉融合，揭示了气溶胶中关键毒性组分（多环芳烃和重金属）在煤和生物质燃烧过程中燃烧效率的影响因素，量化了关键毒性化学组分对细胞毒性效应（致癌和遗传毒性）的贡献及内在关联机制。基于从燃烧过程到生物毒性评价的贯穿式研究，表明固体燃料在民用炉具和发电厂锅炉中的燃烧效率差异显著，导致气溶胶中多环芳烃等关键毒性组分的不同，最终引起气溶胶毒性效应的巨大差异。民用炉具的固体燃料燃烧具有较高的不完全燃烧效率（MICE），不完全燃烧产生的多环芳烃组分是其排放气溶胶毒性的主要来源（贡献占比为64−97%）；而电厂排放的气溶胶毒性主要来自于毒性金属元素（贡献占比为76−86%）（图1）。另一方面，基于气溶胶毒性参数，结合我国燃料消费水平、大气排放清单、空气质量模式与污染暴露模型，发现我国民用固体燃料消费水平虽然仅为电厂的11%（2017年为基准），但其PM2.5排放量约为电厂的5倍，PM2.5人群暴露健康风险高达电厂的218倍（图2）。这一结果表明，民用固体燃料燃烧带来的健康风险远超过燃煤电厂。
该工作通过严密的实际排放源测量、化学/生物分析和模型解析，给现行的我国和WHO“基于PM2.5浓度水平”的污染控制策略提出了新思路，提升了基于生命健康风险的空气质量管理理念，为面向人民生命健康的精准环境治理政策的制定提供了理论依据和数据支撑。