1. 引言
如今人类面临一个全球性的问题——气候变暖，随着CO2排放量的增加，温室气体猛增，对人类乃至全球生命系统形成威胁。在此背景下全球以协约的方式对温室气体进行减排，我国由此提出碳达峰碳中和的目标。
碳中和，指通过减少温室气体排放和增加碳吸收[1]，使得人类活动所产生的二氧化碳(CO2)等温室气体的排放量与通过各种形式(如植树造林、碳捕捉与封存技术等)吸收的量相抵消，达到净零排放的状态。我国致力于在2060年前实现碳中和。这一目标旨在通过减少温室气体排放和增加碳吸收，使得碳排放和碳吸收达到平衡。
挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)，是一个群体，包含大量个体挥发性物种[2]。我国对挥发性有机物(VOCs)的定义主要指参与大气光化学反应的有机化合物，定义为常温下饱和蒸汽压 >70 Pa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压力 ≥10 Pa，具有挥发性的全部有机化合物[3]。
虽然VOCs本身不是温室气体(如二氧化碳、甲烷等)，但它们在大气中可以参与化学反应，生成臭氧等二次污染物[4] [5]，从而间接影响温室气体的浓度。臭氧是一种强效的温室气体，能够加剧全球变暖。并且VOCs对人体的危害包括眼睛、鼻子和喉咙刺激；头痛、失去协调性和恶心；对肝脏、肾脏和中枢神经系统的损害；有些有机物甚至会导致人类癌症。
在国际上，许多国家已经开展了VOCs的监测与治理研究，大量文献表明，VOCs不仅直接影响空气质量，还能通过化学反应生成臭氧等二次污染物[6]，从而间接加剧全球变暖。又如各国迫切地需要对VOC进行检测和监控。研究人员一直致力于使用不同的方法检测各种应用的VOCs，但绝大多数倾向于关注特定类别的纳米材料或者特定的传感技术[7] [8]，或者两者相结合的[9]。只有少数人强调他们的应用程序[10]。却未能对VOC来源、其结果及其传感在各个领域的应用提供完整的视角[11]。加上欧美地区虽然已实施严格的VOCs排放标准，并推广先进的废气处理技术却仍然存在一些问题，如技术成本高、公众认知不足以及政策执行力度不够等。
在国内，虽然近年对VOCs的研究逐渐加强，但整体水平仍较为滞后，技术研发和应用尚未达到有效控制排放的要求。部分地方政府对VOCs的管理措施不够完善、标准缺乏统一性。此外，科学家们对于VOCs的长期健康影响和生态系统的潜在风险仍未有充分认识。然而，目前的研究和实践仍面临挑战，例如[12] [13]：源头替代不足；生产过程控制不严，无组织排放问题较突出；治理设施缺乏有效维护，末端治理稳定性不佳；法律法规与标准体系不完善；执法监管能力建设不足；企业全过程精细化管控问题突出。
因此，VOCs排放控制与综合利用不仅是实现碳中和目标的重要组成部分，也是提升环境质量、保护公共健康的关键环节。通过推进对VOCs的排放控制和加大创新技术的研发与应用，能够显著减小其对环境的污染，同时为实现碳中和目标贡献力量。碳中和目标的实现需要社会各界的共同努力，全面推进绿色发展和生态文明建设，以应对气候变化带来的挑战，创造更加美好的未来。
本文章将围绕VOCs排放与综合利用对实现碳中和目标的相关性进行深入探讨，分析其重要意义、实践案例、实施路径及未来战略。
2. VOCs排放控制与综合利用的意义
Figure 1. Effects of VOCs emission control and comprehensive treatment on new quality productivity
图1. VOCs排放控制和综合处理对新质生产力的影响
VOCs的综合利用是通过多种技术手段，对VOCs进行回收、转化和再利用，既可以减少其对环境的污染，又可以充分利用其潜在的经济价值。VOCs排放与综合利用的意义主要体现在环境保护、经济发展以及社会可持续性等多个方面。VOCs是导致大气污染的直接因素也是温室气体形成的间接因素。其在光化学反应中因为产生臭氧和细颗粒物PM2.5而直接影响空气质量；作为臭氧的前体物则是间接成为温室气体导致气候变暖并且VOCs的部分衍生物同样具有温室气体效应。VOCs的治理和综合利用于碳中和相关的意义是：
1) 保护环境。有效改善空气质量减缓温室效应且有助于维护生态平衡，促进生物多样性的保护。
2) 催生新技术和行业。如环保技术、清洁生产和循环经济等，推动绿色经济的发展；实施VOCs治理措施，从长远来看，可以通过提高资源利用效率、减少原材料浪费降低整体运营成本；企业通过积极参与VOCs治理和资源利用可以提升其社会形象，增强市场竞争力。
3) 促进社会可持续发展。降低因空气污染引发的健康问题。提高居民的生活质量，企业和政府能够展示其对社会和环境的责任，增强公众对可持续发展的信任和支持。
在碳中和背景下，VOCs的排放控制和综合利用的意义可以总结为对新质生产力的促进作用，新质生产力是指在经济发展中，以资源效率、环境友好性和创新能力为核心的生产方式和生产力水平。它强调在满足社会需求的同时，最大程度地减少对自然生态的负面影响，实现经济与环境的协调发展。VOCs的排放控制和综合利用对新质生产力的促进作用如图1所示。
3. 碳中和背景下，VOCs的战略探索与实践路径
3.1. VOCs综合治理的战略探索
Figure 2. Comprehensive utilization of VOCs
图2. VOCs的综合利用
在碳中和背景下，要对VOCs进行排放控制和综合利用可以通过回收利用、转化利用、资源化利用、协同处理再加上政策与监督一体化来实现，如下图2所示。
VOCs的回收利用主要是利用VOCs回收技术对VOCs进行回收：包括冷凝法、吸附、吸收、膜分离回收法等[14]。回收技术如表1所示。
Table 1. VOCs recovery technology
表1. VOCs回收技术
回收技术 |
原理 |
影响因素 |
适用的场合 |
优势 |
劣势 |
冷凝法 |
不同物质在不同温度时的不同饱和蒸汽压的性质[15] |
温度和压力VOCs的性质 设备的设计 |
沸点较高、浓度较高和流量小的VOCs处理[16] |
能够有效回收高浓度的VOCs，易于操作和维护 |
能耗较高，尤其是低温操作时，不适用于低浓度VOCs的处理 |
吸附法 |
利用固体吸附剂通过物理或化学作用吸附气体中的VOCs，再通过解吸过程将其释放 |
吸附剂的性质、
选择、 操作温度和压力 气体流速与浓度 |
处理大风量、低浓度且具有一定回收价值的VOCs |
工艺成熟、操作简单、能耗低、净化效率高等 |
吸附剂需要定期更换或再生，增加了运营成本，解吸过程可能消耗能量并导致二次污染 |
吸收法 |
通过液体溶剂将气体中的VOCs溶解或化学反应，从而实现
分离和回收 |
溶剂的选择 温度与压力条件 接触时间和气液比 |
高浓度VOCs的气体流，易溶于液体的VOCs |
可同时去除多种气体污染物， 吸收液可重复使用，提高经济
效益 |
溶剂可能对环境有害，需要妥善处理，存在二次污染风险，需考虑溶剂的再生和处理 |
膜分离
回收法 |
利用半透膜将气体中的VOCs与其他组分分开，通过选择性透过率实现分离 |
膜材料的性质 温度和压力条件 气体流速和浓度 |
低浓度VOCs的回收，需要高选择性的分离过程 |
能耗较低，且操作简便 分离效果稳定，且膜可重复使用 |
膜材料成本较高，可能限制应用，对某些特定VOCs的分离
效率可能不足 |
VOCs的转化利用分为化学转化和生物转化，主要包括如图3、表2所示的技术：
Figure 3. Conversion and utilization of VOCs
图3. VOCs的转化利用
Table 2. Conversion technology of VOCs
表2. VOCs的转化技术
转化技术 |
原理 |
影响因素 |
适用场合 |
优势 |
劣势 |
直接
燃烧法 |
在高温下与氧气发生反应，生成CO2和H2O |
温度、氧气浓度、VOCs浓度、燃烧设备设计 |
高浓度有机废气处理、焚烧厂等 |
处理效率高，适用于高浓度VOCs，能量回收可行 |
能耗大，有二次污染(如NOx、CO)，对设备材料要求高 |
催化
燃烧法 |
借助催化剂在较低温度下促进VOCs氧化反应，转化为无害物质 |
催化剂类型、温度、湿度、VOCs种类和浓度 |
工业废气治理、汽车尾气净化等 |
能耗相对较低，催化剂可以重复使用，减少二次污染 |
催化剂易中毒，需定期更换；对某些VOCs的处理效果有限 |
蓄热式
燃烧法 |
利用热蓄积装置存储
燃烧产生的热量，
在需要时释放，
以提高热效率[17] |
热交换效率、蓄热材料性能、操作温度、VOCs流量 |
有规律的排放工艺，气体流量变化不大的工业
环节 |
提高了能源利用率，降低了运作
成本 |
设备投资成本高，反应启动时间长，可能会有滞后性 |
催化
氧化法 |
使用催化剂在相对低温下将VOCs氧化为无害的物质，并进行去除 |
催化剂选择、温度、VOCs浓度、反应时间 |
VOCs浓度较低的情况下，如涂料、印刷行业等 |
运行温度低，能耗小，对环境友好 |
对高浓度VOCs的处理能力有限，催化剂使用寿命受限 |
生物
降解法 |
利用微生物代谢活动，将VOCs降解为简单的无害物质 |
微生物种类、环境条件(温度、pH、湿度)、VOCs种类 |
适合处理恶臭气体中的VOCs |
无二次污染，能耗低，不需要大量化学药品 |
处理效率慢，需长期运行；对特定VOCs的适应性较差 |
相比于回收技术，转化技术中多数技术将VOCs通过某种方式降解为CO2和水。所以使用转化方式CO2的排放量也会增加，这与CO2排放峰值和碳中和的目标背道而驰，相比之下回收技术是更可持续发展符合碳中和目标的VOCs治理措施且更经济有效，故应减少销毁技术的使用转化方式后的气体集中降碳处理后再排空。
VOCs的回收和转化统称为VOCs的资源化利用，它是指通过物理、化学或生物等手段将VOCs转变为可再利用的资源或能源的过程。回收强调保留原有化学结构并将其再利用，而转化则是通过化学反应创造新产品。二者结合能够有效降低VOCs对环境的影响，并实现资源的循环利用。
协同处理是将VOCs(挥发性有机化合物)的治理与其他污染物或废弃物的处理相结合，通过共同处理实现更高的效率和经济效益。这种方法不仅可以降低处理成本，还能提高资源回收率，最终实现环境保护和资源再利用的双重目标。
当然在VOCs的综合治理中政策支持和监管机制起着至关重要的作用。它们不仅为企业提供了法律框架和激励措施，还确保了环境保护和碳中和目标的实现。政策支持和监管机制是推动VOCs综合利用的基础。通过制定有效的政策法规、提供财务激励、强化监管、推广技术和鼓励公众参与，可以有效地促进企业在VOCs治理方面的努力，从而实现可持续发展的目标。我国一些政策如下表3所示。随着相关政策的不断完善与实施，VOCs的综合利用将会更加顺利，为改善环境质量和保护生态系统作出积极贡献。
当然除表3以外国家对VOCs的治理政策还有很多行业标准，为我国实现对VOCs的治理保驾护航。
Table 3. Summary of my country’s policies on VOCs control
表3. 我国在VOCs治理方面的政策汇总
名称 |
内容 |
发布机构 |
颁发
时间 |
《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》 |
国家层面首次提出“开展挥发性有机物污染防治”较早的政策要求。 |
国务院办公厅 |
2010年5月 |
《重点区域大气污染防治“十二五”
规划》 |
目的于2015年全面开展VOCs污染防治的工作，建立区域大气污染联防联控机制，并显著提高区域大气环境管理能力。 |
环境保护部 国家发展和改革委员会 财政部 |
2012年9月 |
《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》 |
是我国第一个专门针对VOCs治理发布的政策。此政策提出了VOCs治理的总则和源头及过程的控制。 |
中华人民共和过生态环境部 |
2013年5月 |
《大气污染防治
行动计划》 |
旨在推进VOCs污染治理。在典型行业实施综合整治。 |
国务院 |
2013年9月 |
《石化行业挥发性有机物综合整治
方案》 |
面向以原油的生产性企业进行VOCs污染源进行排查；严格建设项目的环境准入；健全VOCs监督管理体系；对VOCs进行全过程污染控制；构建VOCs管理体系。 |
环境保护部 |
2014年12月 |
《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》 |
改善环境空气质量为核心，以重点地区为主要着力点，以重点行业和重点污染物为主要控制对象，推进VOCs与NOx协同减排。 |
环境保护部 国家发展和改革委员会 财政部 交通运输部 国家质量监督检验检疫总局 国家能源局 |
2017年9月 |
《重点行业挥发性有机物综合治理
方案》 |
此方案明确表示，VOCs已经成为我国大气管理中的薄弱环节。以石化，化工，工业涂装，包装印刷，油品储运等为对象，重点改造；对我国VOCs治理存在的问题进行分析总结，目标于2020年，完成“十三五”规划的VOCs排放量下降10%的目标任务。 |
生态环境部 |
2019年6月 |
《减污降碳协同增效实施方案》 |
指出要推进大气污染防治协同控制，优化治理技术路线，加大氮氧化物、挥发性有机物(VOCs)以及温室气体协同减排力度。 |
生态环境部、发展改革委、
工业和信息化部、住房城乡
建设部、交通运输部、
农业农村部、能源局 |
2022年6月 |
《空气质量持续改善行动计划》 |
改善空气质量以降低细颗粒物(PM2.5)浓度为主线，大力推动氮氧化物和挥发性有机物(VOCs)减排。目标到2025年，氮氧化物和VOCs排放总量比2020年分别下降10%以上。 |
国务院 |
2023年11月 |
《关于进一步优化重污染天气应对机制的指导意见》 |
指出加强对挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)排放源的日常监管。 |
生态环境部 |
2024年1月 |
3.2. VOCs排放控制和综合利用的实践路径
在碳中和背景下，VOCs的排放和综合利用的实践路径可以通过下图4方式进行。
Figure 4. Practices and strategies for VOCs emissions and comprehensive utilization
图4. VOCs的排放和综合利用的实践和策略
多方的协同治理需要政府、企业和公众的共同参与，政府需要政策支持、资金投入、和信息平台共享；企业需要企业的责任与创新自主减排措施、跨行业合作、参与政策制定；公众需要培养环保意识多参与社区活动并对负面影响进行反馈。
为实现有效的VOCs处理与利用，必须加大对相关技术的研发投入，具体建议如下：
确定VOCs管理中的关键技术领域，例如高效催化剂、吸附材料、生物处理技术等，加大科研经费投入，推动突破性进展；设立专门的研究实验室及示范项目，进行前沿技术的验证与应用，以便快速将科研成果转化为实际应用；积极参与国际科研合作，学习借鉴国外先进技术与经验，推动国内VOCs治理技术的创新与升级。
建立合理的市场机制，将VOCs纳入碳交易体系，允许企业通过购买减排额度来平衡自身排放，激励更多企业参与减排；对积极减排或采用VOCs资源化技术的企业，给予财政补贴或税收减免，降低其运营成本，进一步激励绿色转型；鼓励金融机构设立绿色信贷项目，为实施VOCs减排和资源化利用的项目提供低利率贷款，降低融资成本；通过建立生态产品认证制度，给予符合低VOCs标准的产品市场优势，促进消费者选择环保产品，推动市场消费结构转变。
在VOCs治理过程中，只有充分发挥政府、企业和公众的协同作用，形成合力，同时加大技术创新与市场机制建设，才能实现高效的控制与利用，助力可持续发展目标的实现。通过共同努力，我们能够打造一个更加清洁、健康的环境。
3.3. VOCs排放控制与综合利用的可行性分析
3.3.1. 经济可行性
从对VOCs进行排放控制和综合利用的市场潜力来看，一个是随着公众对VOCs治理和碳中和政策的了解和参与意识的提高，各界对环境保护的重视程度日益加深，会推动政府和企业在VOCs治理方面的投入；另一个是国家为了VOCs治理力度和碳中和的政策已推出一系列政策法规，鼓励企业进行VOCs排放控制和资源化利用。市场需求不断增长，尤其是在化工、涂料、汽车等行业；再一个是随着国际环保标准的提升，VOCs治理市场不仅限于国内，出口机会也在增加。
从成本效益角度来看，对VOCs进行排放控制和综合利用初期投资确实较高，但是是一个长期回报的举措。比如通过合理排放避免因超标排放而产生的罚款；对VOCs进行回收分离也可以降低能耗且回收资源。
3.3.2. 技术可行性
VOCs治理技术已发展成熟，各种技术方案在不同的行业中都有较高的适应性。选择合适的治理技术，需要考虑排放物的成分、浓度、行业特点及经济性。无论是源头控制还是末端治理，现有的技术方案均能满足大多数企业的需求，且技术的成熟度为实现VOCs的有效治理提供了坚实的基础。因此，从技术可行性角度来看，VOCs的排放控制与综合利用完全具备可操作性。
3.3.3. 社会可行性
从社会可行性的角度来看，VOCs治理的成功与否在很大程度上取决于公众的积极参与和各方利益相关者之间的紧密合作。通过提高公众环保意识，增强社会监督，并通过政府、企业、科研机构的协作，能够形成合力，推动VOCs治理措施的有效实施。这不仅有助于实现环境保护目标，也能推动绿色经济和可持续发展的实现。
4. VOCs排放控制和综合利用的持续发展与未来展望
4.1. 持续发展建议
1) 加强政策监管和激励
制定法规标准，建立VOCs排放标准和综合利用要求，确保企业遵循环保法规；提供财政激励、设立专项资金或税收减免政策，鼓励企业投资于VOCs回收和利用技术；推行绿色信贷，引导金融机构为VOCs综合利用项目提供低利率贷款。
2) 推动技术研发和创新
政府应增加对VOCs处理及综合利用技术研发的资金投入，优先支持新型材料和技术的开发，建议使用回收法对VOCs进行回收，若为无回收价值地使用销毁技术时VOCs转变成CO2和水，CO2会影响碳排放量，所以是否有技术可以对转化后的VOCs进行收集。
3) 建立技术攻关平台
搭建跨行业技术共享平台，汇聚行业内外的科研力量，集中攻克难题。
4) 支持示范项目
选择典型企业进行VOCs综合利用示范项目建设，推广成功经验。
4.2. VOCs治理的未来发展方向
挥发性有机化合物(VOCs)的治理技术正在快速发展，随着环境保护意识的提高和科技的不断进步，未来的VOCs治理将呈现出以下几个重要趋势：
1) 绿色技术的普及
未来的VOCs治理将更多地依赖于绿色技术，包括无溶剂工艺、低挥发性产品和生物基材料等。这些技术不仅可以有效降低VOCs的排放，还能减少对环境的损害，符合可持续发展的要求。
2) 智能化与数字化
随着物联网(IoT)、大数据和人工智能(AI)技术的发展，VOCs治理将逐渐实现智能化。通过实时监测和数据分析，可以精准识别VOCs来源、量化排放，及时调整治理措施，提高治理效率。此外，智能设备还能够自动优化生产流程，减少VOCs的生成。
3) 多元化治理技术
未来的VOCs治理将不再依赖单一技术，而是采用综合治理方案。例如，将吸附、催化氧化、生物降解等技术结合起来，形成协同效应，以更全面、高效地处理不同类型的VOCs。这种多元化的方法能够适应多变的市场需求和法律法规的变化。
4) 源头控制与过程优化
目前对VOCs的治理大部分集中在末端处理上，未来越来越多的研究将专注于源头控制和过程优化上，即在产品设计和生产过程中就考虑到VOCs的产生。通过优化工艺、选择低VOCs原料等手段，从源头上减少VOCs的生成，实现环保与经济效益的双赢。
5) 回收与循环利用
对于已经产生的VOCs，未来的治理技术将更加注重其回收与循环利用。例如，利用先进的分离技术和转化工艺将VOCs转化为其他有用的化学品，实现资源的闭环利用。这不仅能减少废弃物，还能创造新的经济价值。
5. 结论
挥发性有机化合物(VOCs)不仅是空气污染和温室气体排放的重要因素，还深刻影响着人类健康与生态环境的可持续发展。尽管已有研究探讨了VOCs的控制与利用，但我们提出了一种多维度综合治理的新框架，将环境保护与经济发展的关系重新审视。在碳中和的背景下，本研究强调通过资源化利用及政策监督一体化，推动VOCs排放控制的革命性进展。
特别关注政府、企业、科研机构及公众之间的协同作用，这与传统的单一主体治理模式截然不同。我们呼吁政府制定科学合理的政策，强化法规执行，并探索创新技术，为企业绿色改造提供必要支持。同时，科研机构需加大对VOCs治理技术的深入研究，促进科技成果的快速转化。
更重要的是，我们希望通过增强公众环保意识，让普通民众也参与到这一进程中，形成全民共治的良好局面。未来，我们将继续探索更多创新措施与合作机会，以实现持久的绿色发展和碳中和目标。让我们共同努力，为子孙后代创造一个更加清洁、美好的地球，开创低碳、绿色、可持续发展的新时代！
NOTES
*通讯作者。