2013年02月21日12:20 来源：人民网-财经频道
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汽车尾气实际上没有经过任何处理就排放到了隧道内。在贯穿人口密集地区的公路上，必须针对氮氧化物等采取对策。日本在2007年建成的首都高速公路环线上首次设置了脱硝装置。
日本首都高速公路中央环形新宿线连接着涩谷、新宿和池袋等东京都主要地区，大部分建于地下，对缓解主要呈放射状分布的首都高速公路的交通堵塞发挥着重要作用。
建设时，在11公里路段的9个换气站中，设置可去除氮氧化物（NOx）的脱硝装置。2004年10月进行了招投标，共有5家公司参与竞争，最终由西松建设公司与富士电机系统公司结成的联营体（JV）、以及松下公司中标。西松?富士联营体负责代代木等5处换气站，松下负责东中野等4处换气站。每个设施的价格约为9亿日元。
在此之前，日本也曾在隧道内设置可去除悬浮颗粒物（SPM）的静电除尘器，但在隧道换气站设置脱硝装置，这在日本尚属首次。据称，当时在全球也就只有挪威存在一例。
氮氧化物为主要去除目标
联营体与松下接单的设备大致由可去除悬浮颗粒物的静电除尘器和可去除氮氧化物的脱硝装置两部分构成。首先使用鼓风机将隧道内排放的汽车尾气集中到换气站，然后使其通过静电除尘器。
柴油汽车排放的悬浮颗粒物名为柴油车尾气颗粒物（DEP），可致癌或会诱发支气管哮喘等疾病，会损害健康。除尘器主要用于去除这种柴油车尾气颗粒物。
联营体与松下的静电除尘器在工作原理方面是一样的，数十年前就确立了相关技术。通过对进入除尘器的尾气进行放电，使尾气中的悬浮颗粒物带电，然后利用有高压电流通过的除尘极板一举进行捕获。
经由静电除尘器的尾气会被直接送入脱硝装置。在进行招标时，发包商首都高速公路公团要求的设备基本性能是，从一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）构成的氮氧化物中除去90％的二氧化氮。氮氧化物是形成酸雨等的有害物质，尤其会给呼吸器官等造成直接影响。
以前，与氮氧化物一样，去除硫氧化物（SOx）也是解决大气污染问题方面的重要课题，但此次招标的条件并不包括这项。这是因为，日本经过多年研究，一直在减少汽车等的燃料中所含硫磺成分，早在1990年代初期就基本在全国达到了硫氧化物环境标准。
为了说明此次使用的脱硝装置在技术方面如何出色，需要回顾一下以往去除氮氧化物的方法。从1960年代中期起，大气污染成为社会问题。有关方面针对被视为其罪魁祸首的工厂废气和汽车尾气，开始积极采取各种对策。
需要不同于工厂用途的其他技术
当时针对工厂废气，采用了名为氨还原催化剂的处理方式。基本原理是使酸性的二氧化氮与碱性的氨发生反应，从而进行中和。很多工厂设置的锅炉都采用了氨还原催化剂技术。
尽管当时汽车尾气已成为亟需解决的问题，但在隧道内并未设置同类型的脱硝装置。这是因为工厂废气与换气站中的尾气大不相同。
工厂废气中的二氧化氮浓度大概为100ppm。1ppm是指1立方米含有1毫克二氧化氮，温度为200～400度。与其相比，隧道换气站内的废气中，二氧化氮浓度极低，为10ppm以下，温度也为常温。氨还原催化剂只有在高浓度高温状态下才会发生化学反应，因此无法用于隧道脱硝装置。
1995年前后，在日本道路公团及首都高速公路公团等的呼吁下，多家企业积极做出回应，开始断断续续地开展实验，作为代替氨还原催化剂的方法，选用了采用活性炭的二氧化氮去除方法。
中标的西松建设和松下均将活性炭用作二氧化氮去除剂。活性炭的表面分布有纳米级的细孔，与气体接触的表面积极大。其特点是这些细孔可吸附体积为自身数倍到数百倍的气体。
基于这一特性，活性炭多用于去除有害物质和异味物质。西松建设将活性炭制成几毫米大的颗粒状，堆积几十厘米高，然后使尾气从其下方通过，从而去除二氧化氮。由于是将二氧化氮吸附在细孔内，因此这种方式称为“吸附式”。
虽然乍看起来很简单，但西松建设董事兼土木建筑营业本部策划技术部长藤井利侑说：“很难掌握活性炭与二氧化氮的亲和性。并不是所有活性炭都能使用。我们经过多次反复实验，终于找出了最适合吸附二氧化氮的材质和形状。”
活性炭可吸附的二氧化氮量有限，因此，西松建设的设备需要每半个月一次将活性炭浸泡在含有亚硫酸盐（Na2SO3）的再生液内几十分钟。再生液通过设置在换气站内的泵排出。
亚硫酸盐与二氧化氮发生化学反应，生成硫酸钠（Na2SO4）和氮气（N2）。硫酸钠是一种来源于海洋的中性盐，因此用过后的再生液可排放到下水道中。在隧道的换气站内，可进行活性炭再生的“现场再生方式”是西松脱硝装置的一大特点。
而松下采用名为“吸收式”的方法。充分利用了活性炭表面积大且吸收力强这一特性，松下在活性炭中提前添加了碱性的氢氧化钾（KOH），会与废气中的酸性二氧化氮接连发生化学反应，生成亚硝酸钾（KNO2）、硝酸钾（KNO3）及水（H2O）。
还可用于隧道以外的其他用途
通过化学反应生成的亚硝酸钾等会被吸收到活性炭内部，因此这种方法称为“吸收式”。但吸收氢氧化物的量也有限，因此松下的设备也必须每半年到一年进行一次活性炭再生。
松下是将活性炭带回自家公司工厂进行再生，以能够重新用于去除二氧化氮。松下政府机关机电系统部的主任工程师小西茂解释说：“采用带回方式，是对20年所需的维护费用进行计算后作出的决定。”
与将活性炭制成小颗粒状的西松建设不同，松下将活性炭制成沿一个方向开了无数细孔的块状，也是因为考虑到了方便在自家工厂进行维护。
神户制钢所虽然此次没有中标，但该公司开发出了可高效去除在此次招标中未受重视的一氧化氮的装置。该公司旗下的机械工程公司能源本部课长高桥圆表示，“该装置的特点是能够高水平地去除一氧化氮和二氧化氮，对此我们很有信心”，对今后中标充满期待。
在大城市圈，为了缓解交通拥堵，建设了很多立交桥，但如果是在有高层建筑物的区域，就难以建设立交桥。因此，今后还将继续建设利用地下隧道连接的主干道。
首都高速公路都心环形线的锻冶桥换气站
在隧道上方设置的换气站虽然已进行过计算，不会向有公寓等的方向排放废气，但因风向问题，仍有可能对附近居民造成危害。在隧道与居住环境相距较近的场所，对脱硝装置的需求今后会继续扩大。
除隧道以外，脱硝装置还可用于其他场所。西松建设还研究了将脱硝装置用于地下停车场。在地面交通量较多的场所也可充分加以利用。即便不是隧道及地下停车场等密闭空间，如果在交通量较多的道路两侧设置，也有望产生一定效果。
虽然汽车的环保性能已得到显著提高，但在道路上行驶的并不都是实施了环境对策的新车型。从中央环形新宿线的业绩来看，脱硝装置正成为城市隧道中必不可少的设备。（日经能源环境网 供稿）
