1.3 早期汽車尾氣排放治理和美國聯邦《清潔空氣法》

1947年，洛杉磯地區的政府官員意識到，治理光化學煙霧污染僅僅靠城市層面的努力是不夠的，需要在更高一級的行政區劃上（即縣，County）成立專門的管理部門。1947年10月，洛杉磯縣空氣污染控制局（Los Angeles County Air Pollution Control District，APCD）成立，12月，它要求轄區內主要的工業企業執行相關的空氣污染標準。20世紀50年代，鄰近地區成立了縣一級空氣污染控制局。20年后，這些空氣污染控制局合并，成立南海岸空氣資源管理局（South Coast Air Quality Management District，SCAQMD），它成為治理洛杉磯地區普遍存在的空氣污染的主要政府機構。

在20世紀50年代末期，洛杉磯居民已經越來越清楚地認識到汽車尾氣對造成空氣污染的重要影響，并為政府治理汽車污染排放提供了民意基礎。考慮到地方部門（如各縣空氣污染控制局）在開展汽車污染排放治理的過程中存在難度，州政府在1959年成立了加利福尼亞州機動車污染控制委員會（California Motor Vehicle Pollution Control Board）。該委員會在1967年和空氣衛生局合并成立了下屬于加利福尼亞州環境保護署（California Environmental Protection Agency）的加利福尼亞州空氣資源委員會（California Air Resource Board，CARB）。哈根-施密特是加利福尼亞州機動車污染控制委員會的發起人之一，并在1968年至1971年間擔任了CARB的首任局長。作為一名研究大氣污染化學的科學家，哈根-施密特既了解空氣污染治理行動需要響應社會關切，又注重治理措施的循序漸進，重視發揮來自工業、學界和政府等不同領域專家的多學科背景專長，這些原則也貫穿于他在加利福尼亞州機動車污染控制委員會和加利福尼亞州空氣資源委員會任內領導的一系列汽車污染治理工作中。

根據哈根-施密特的研究，加利福尼亞州機動車污染控制委員會在成立初（1959年）就通過了一項針對曲軸箱碳氫化合物污染的控制標準，要求從1963年起生產的新車（為車輛型號的年份，下同，即1963年款車）安裝曲軸箱強制通風系統（Positive Crankcase Ventilation，PCV閥）。PCV閥可以將曲軸箱內的混合氣通過連接管導向進氣管的適當位置，從而將未燃盡的油氣重新返回汽缸內燃燒，避免碳氫化合物通過曲軸箱“竄氣”而排入大氣中。后來的實踐證明，PCV閥是一項可以有效控制汽油車曲軸箱碳氫化合物排放并提高燃油經濟性的技術，因此要求新車安裝PCV閥的標準被認為是世界汽車行業內最早的一項針對空氣污染物排放控制的法規。

曲軸箱的HC排放僅占當時汽車HC排放總量的三分之一左右，污染物排放貢獻比例低于尾氣管排放，給新車加裝PCV閥并不能夠完全解決汽車排放導致的嚴重空氣污染。事實上，南加州地區的空氣質量監測結果也顯示，該地區在1963年至1974年間的O3峰值濃度都超過或接近0.5ppm。所以，進一步著手治理汽車尾氣管污染物排放成為貫穿20世紀五六十年代空氣污染治理的一個焦點問題。當時提出的尾氣管HC排放治理主要有兩條技術路徑。第一條技術路徑是應用燃燒效率更高的發動機來降低HC的排放，這也是汽車行業所希望采用的方案。但是，人們并不知道先進的發動機技術改善燃燒效率的實際效果，也不知道其對NOx排放會帶來什么影響。第二條技術路徑是在汽車尾氣管上加裝后燃裝置，使得汽車尾氣中的HC在排入大氣前能夠得到充分燃燒，這種技術路徑后來發展為借助催化床實現汽車尾氣在較低溫度下充分反應的催化轉化器（Catalytic Converter）。汽車廠商由于擔心采用催化轉化器會增加汽車制造成本，當時并不接受加裝尾氣催化轉化器這一技術路徑。

1962年，美國海洋生物學家蕾切爾·卡森（Rachel L.Carson）出版了《寂靜的春天》，這本著作描述了農藥濫用造成野生動物大量死亡的環境問題，在美國乃至全球范圍內引發了強烈的環境保護思潮。在加利福尼亞州，環境保護主義者組織了抗議活動，凸顯汽車排放造成的空氣污染對人體健康的顯著影響，并要求政府采取更有效的措施治理汽車尾氣排放。當選政府在強大的民意壓力下，最終開始真正重視汽車污染問題，頒布了一系列針對汽車尾氣排放的法規。1963年，美國眾議院通過了美國第一部《清潔空氣法》（Clean Air Act），旨在改善、強化和加快空氣污染防治進程。1965年對《清潔空氣法》進行了修訂，頒布了《機動車空氣污染控制法》（Motor Vehicle Air Pollution Control Act），重點通過制定排放標準來控制機動車污染物排放，該法案要求美國全國范圍內的1968年款新車（加州1966年款新車）在1963年款新車排放水平的基礎上，減少72%的HC排放和56%的CO排放。但是，1968～1969年開展的排放測試結果顯示，超過一半的要求達標車輛并未能夠滿足排放標準要求。

1970年，美國眾議院對《清潔空氣法》進行了又一次的重大修訂。在1970年《清潔空氣法》的基礎上，美國制定了《國家環境空氣質量標準》（National Ambient Air Quality Standards，NAAQS），允許政府采取一切必要的措施（即不計成本）來實現空氣質量達標。針對機動車污染排放，《清潔空氣法》規定未來五年內新車的HC、CO和NOx排放量下降90%，明確由美國環境保護署（Environmental Protection Agency，EPA）負責進行法規達標測試，汽車制造廠商需要負責汽車排放控制的質量保證，排放超標的汽車將被處以每車10000美元的處罰。在政府和汽車行業的反復協商下，這一空前嚴格并原定在1975年款新車上全面實施（NOx排放限值原定于從1976年款車起實施）的標準經歷了多次延期。在1977年的清潔空氣法修訂案中，美國終于明確在1980年全面實施CO和HC排放限值，并將NOx排放限值從原定的0.4克/英里寬限到1.0克/英里（1981年起實施）。此外，EPA還針對油品質量建立了標準體系，并首先針對汽油中的鉛含量制定了嚴格的限值（0.8克/加侖）。

需要指出，在《清潔空氣法》下機動車排放標準的實施，是技術與政策互動的結果，一方面得益于汽車尾氣控制技術的發展和進步，另一方面也為先進尾氣控制技術（特別是三元催化轉化器，見1.4節）的快速普及提供了政策基礎。在1980年以后的30多年間，美國在《清潔空氣法》的框架下，不斷加嚴機動車排放和油品質量標準，逐步實現了傳統內燃機車的超低排放。此后，雖然洛杉磯地區的機動車數量持續上升，O3濃度在1975年后持續下降，但其年峰值濃度相對于20世紀50年代已經削減了約80%，光化學污染得到了顯著改善（見圖1-5）。