美国特定燃煤电厂MATS标准延迟两年执行导致的PM2.5排放增加与超额死亡率研究

《Environmental Epidemiology》：Increased mortality from a two-year delay in Mercury and Air Toxics Standards (MATS) emission-reductions of filterable PM2.5 at specific coal-fired power plants in the United States

　　本文量化分析了2025年美国总统公告对47家燃煤电厂豁免《汞和空气有毒物质标准》（MATS）更新要求（将可过滤颗粒物（fPM）排放限值收紧至0.010磅/百万英热单位）两年（2027-2029年）的健康影响。研究采用标准风险评估四步法（排放计算、浓度变化模拟（使用InMAP模型）、健康影响评估（基于Orellano等人2024年的浓度反应函数CRF）和结果汇总），估计豁免期间额外的~2500吨fPM2.5排放将导致32例（95% CI: 22-43）超额死亡，其中圣路易斯地区受影响最重（14例）。研究揭示了州内与跨州排放的健康负担差异，并指出当前分析未涵盖重金属有毒空气污染物（HAPs）暴露及非吸入途径的健康风险。

　　

背景

2024年，美国环境保护署（EPA）修订了针对燃煤电厂的《汞和空气有毒物质标准》（MATS），将可过滤颗粒物（fPM）的排放限值收紧至0.010磅/百万英热单位（lb/MMBtu），并以fPM作为铅、砷、铬、镍和镉等危险空气污染物（HAPs）的替代指标。新规还要求通过连续排放监测系统（CEMS）而非季度烟囱测试来证明合规性。

2025年4月，一项名为“促进美国能源的特定固定源监管救济”的总统公告，授予47家电力公司的159个燃煤机组为期两年（2027年7月至2029年7月）的MATS新标准豁免权。公告声称所需技术“不存在商业上可行的形式”，且强制执行可能导致威胁国家安全的电厂关闭。然而，该公告未提供任何支持性的技术或健康影响分析。

方法

本研究采用常规的风险评估计算框架，对比“有豁免”与“无豁免”两种情景下因吸入可过滤细颗粒物（fPM_2.5）排放导致的死亡率差异，共分四个步骤：

1. 1.
   排放量计算：基于政府数据库（如EPA档案、eGRID、国家排放清单）计算单位级别的fPM_2.5年排放量。对于fPM排放率高于0.010 lb/MMBtu的设施，“无MATS”情景使用其实际排放率，“有MATS”情景则将其排放率替换为限值。分析仅关注MATS规管的fPM_2.5，不包括可凝结颗粒物或由气体前体物形成的二次PM_2.5。
2. 2.
   环境浓度变化模拟：使用空气污染干预模型（InMAP）的源-受体矩阵（ISRM）来估算排放变化导致的年均环境PM_2.5浓度变化。该模型覆盖美国本土48州，网格分辨率从人口密集区的1公里到偏远地区的48公里可变。需注意，InMAP存在对PM_2.5浓度低估的倾向。
3. 3.
   死亡率影响计算：采用Orellano等人2024年系统性综述中的浓度反应函数（CRF）核心估计值（相对风险RR per 10 μg/m³：1.095，95% CI = 1.064, 1.127）来计算PM_2.5归因死亡率。同时，使用其他四种CRF（包括EPA在MATS监管影响分析RIA中使用的Pope等人和Wu等人的函数）进行敏感性分析。
4. 4.
   结果空间汇总：按州等单位汇总结果，并区分州内排放与州外排放导致的死亡。

结果

在分析的67座电厂（157个机组）中，83%（131个机组）已运行于新MATS限值之下。健康影响分析主要针对剩余17%（26个机组，16座电厂）的排放差异。

在两年豁免期内，与执行MATS相比，豁免将使这67座电厂的总fPM_2.5排放量从约10,900吨增加至约13,400吨，净增约2,500吨。这额外的排放预计将导致32例（95% CI = 22, 43）超额死亡。死亡率影响空间分布不均，密苏里州圣路易斯市（人口约220万）受影响最严重，估计有14例（95% CI = 10, 19）死亡。排放与死亡率的州际分布模式各异：例如，密苏里州和宾夕法尼亚州的死亡主要由本州排放导致；而伊利诺伊州、马里兰州、新泽西州和弗吉尼亚州等地的死亡则主要由外州排放造成。

核心结果对应的排放致死率为0.013例死亡/吨PM_2.5排放，与文献中电力行业PM_2.5排放损害估算值（约0.015例/吨）基本一致，增强了结果的可信度。

敏感性分析显示，使用不同的CRF，死亡率估计值范围从比核心结果低47%（使用Wu等人的整体CRF：17例死亡）到高出169%（使用Wu等人的低暴露亚组CRF：86例死亡）。使用EPA RIA中的两种CRF（Pope等人和Wu等人整体）得出的结果分别比核心结果高31%和低47%，表明本研究核心结果介于EPA使用的两个估值之间。

与未获豁免的设施相比，获豁免设施的fPM_2.5排放因子和热耗率（产热效率指标）往往更高。

讨论

本研究量化了MATS标准两年延迟执行期间，因fPM_2.5排放增加导致的预期健康影响。预计的32例超额死亡将主要发生在豁免设施附近及下风方向的人口密集区。尽管相对于总死亡率而言绝对值较小，但在空气质量健康影响分析框架内具有意义，且影响可能集中于电厂附近的脆弱人群。

本研究存在若干局限性。健康影响估计仅基于fPM_2.5排放变化，未涵盖MATS规则主要目标——危险空气污染物（HAPs，如汞）暴露带来的健康风险，也未量化非吸入途径（如食物链暴露）的影响以及发病（如哮喘发作、住院）等非死亡健康结局。暴露模型（InMAP）存在的低估倾向可能导致浓度和健康影响被低估。敏感性分析仅反映了CRF的不确定性，未完全捕捉排放清单、大气传输和人口加权等环节的不确定性。

对于少数排放超标的豁免设施，可能需要投资安装行业内已广泛应用的污染控制技术，这正符合《清洁空气法案》第112条确保主要HAP排放源跟上行业最佳实践的要求。另有一些设施已安装必要控制设备但平均排放超标，表明其需要改进运营和维护而非新增设备。豁免可能削弱向CEMS转换带来的持续合规监督效益。此外，EPA成本估算表明，豁免带来的成本节省对于这些公司而言并不显著。

结论

研究估计，对特定燃煤电厂MATS标准中fPM_2.5减排要求延迟两年执行，将导致约32例额外的死亡。这些发现为评估监管延迟的公共健康后果提供了及时且重要的量化证据。