《Nature》文章解读：一把大火与环境违规事件

1

一场大火催生建筑防火

2009年2月9日，元宵节，入夜后万家灯火，北京上空烟花璀璨，节日的祥和气氛弥漫在整个京城。8点左右，突然消防车的警笛声响彻北京上空，北京东三环红光映天，高达159米的CCTV新建配楼起火，消防指挥中心调派了16个中队，共有54辆消防车参与救援。赶赴现场的还有北京市委书记刘淇、北京市市长郭金龙、中宣部部长刘云山、中央电视台台长赵化勇。由于大楼过高扑救困难，大火燃烧近6个小时后才于翌日凌晨2时熄灭，大火造成1名消防队员牺牲、6名消防员和2名施工人员受伤，建筑物过火过烟面积2.1万平方米，造成直接经济损失1.64亿元。

2009年2月9日元宵节，北京CCTV新建配楼发生火灾，造成1名消防队员牺牲、6名消防员和2名施工人员受伤，建筑物过火过烟面积2.1万平方米，造成直接经济损失1.64亿元，加速了我国对建筑防火的标准升级。

事故原因是非法燃放烟花造成堆积在楼顶的可燃物燃烧，其中的可燃物为大楼的隔热保温材料，所用的保温材料为约75毫米的挤塑聚苯板（XPS）。XPS材料的燃烧等级比较低，为B2级（可燃性材料），即使加入阻燃剂等进行特殊处理，其燃烧等级仅能达到B1级（难燃性材料）。从事后分析来看，火灾发生速度快，保温材料并未添加阻燃剂，XPS应该是B2和B3级别的，这些可燃材料燃烧起来之后，火势沿着保温层蔓延，在楼面外层隔层之间形成贯穿火道，保温层烧融外幕墙的钛锌板，高温熔渣向下滑落，一路引燃，导致火势迅速从上自下蔓延，造成难以施救的局面。

针对建筑中的保温材料的防火性问题，2009年9月25日，公安部、住房和城乡建设部发布46号文《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》，要求民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B2级。

这个规定比较厉害！

然并卵！

火灾继续袭来，2010年11月15日发生上海静安胶州路教师公寓火灾，死亡58人，2011年2月3日沈阳皇朝万鑫国际大厦火灾，200多米大楼被毁......

这一系列火灾促使公安部消防局下达多套政策文件，要求加强消防工作。

2011年3月14日，公安部颁布《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(65号红头文件)2011年6月28日，公安部和住房和城乡建设部发布《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火规定》2012年7月17日，国务院新颁布的《建设工程消防监督管理规定》2012年12月3日，公安部消防局下发《关于民用建筑外保温材料消防监督管理有关事项的通知》(350号文)。

至此，建筑外保温材料的燃烧性能评估与建设工程消防设计审核与消防验收挂钩，保温材料不达标，消防验收不通过，大楼的“准生证”就办不下来了。

2

建筑材料的防火标准

我国将建筑保温材料按照可燃性级别，分为A、B1、B2和B3四个等级，其中A为不燃性材料，B1为难燃性材料，B2为可燃性材料，B3为易燃性材料。

保温材料主要分无机和有机两种，A级的主要是无机材料，包括：岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、泡沫陶瓷、无机保温砂浆等。这类材料虽然可燃性级别高，但是也大多缺点明显：成本和施工工艺都比较复杂，重量比较大，固定安装难度大，保温效果稍弱，并且有一些防水防潮的问题。

比较而言，各种有机物，比如挤塑聚苯板（XPS）、聚氨酯（PU）、模塑聚苯板（EPS）、聚乙烯（PE）等材料，在保温效果、防潮性、轻便、稳定性、防腐性等都性能优越，唯一的问题是可燃性等级不高。其中EPS、XPS、PU、PE大多是B2等级（可燃烧），经过特殊处理添加阻燃剂等之后的XPS和PU、酚醛等材料燃烧等级也只能达到B1等级（难燃烧）。

既要保证成本和工艺简单，又要满足保温要求，又要达到防火等级，这似乎难以满足公安部和住建部的各项要求。在这一过程中，聚氨酯（PU）硬泡复合材料的需求逐渐旺盛起来，这是一种有机材料，具有有机材料保温效果、防潮性、轻便、稳定性、防腐性、成本低的优点，增加阻燃剂之后，防火等级可以达到国家等级A级，耐火耐热，高温下不融化、无滴落物、低烟雾，尺寸稳定性好，并且具有良好的保温节能效果。

聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合发泡而成的高分子聚合物, 硬质聚氨酯泡沫塑料主要应用在建筑物外墙保温，屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等

3

发泡剂与保护臭氧层

聚氨酯硬泡是一种高分子聚合物，其生产一般是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用混合反应而生成。因此原料一般由两部分组成，分别为A组分料（俗称白料）和B组分料（黑料），其中白料是指由组合多元醇(组合聚醚或聚酯)及发泡剂等添加剂组成的组合料，B组分料是指主要成分为异氰酸酯的原材料。

生产PU泡沫的白料里需要添加发泡剂，发泡剂以前使用三氯氟甲烷（或者叫做一氟三氯甲烷，CFC-11），这是一种氟利昂类物质，释放进入大气之后，在平流层经过紫外线照射，释放出自由的Cl粒子，可以作为催化剂破坏臭氧层，据估计，一个Cl离子可以破坏10万个臭氧分子。

在1987年蒙特利尔议定书里，CFC-11成为首批被禁的臭氧损耗性物质。我国于1991年6月14日加入议定书，并且承诺到2010年前停止生产和使用这一类物质，2007年7月1日，我国宣布已经全面停止了氟利昂和哈龙两类物质的生产和进口，提前两年半实现协议书规定的目标。

臭氧损耗物质CFC-11、哈龙等物质进入平流层，在紫外线作用下，释放出游离的氯离子，作为催化剂，引起臭氧分解，从而形成臭氧损耗。1974年，保罗·克鲁兹、马里奥·莫利纳、夏洛特·罗兰德发现了臭氧损耗的化学过程，他们分享了1995年的诺贝尔化学奖。1985年英国南极考察队剑桥大学乔·法曼等发现了南极臭氧洞，引起全球关注，推动产生了《保护臭氧层维也纳公约》（1985）和《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（1987）

作为发泡剂，基本上有5代产品可以选择：

第一代，即为明令停止生产和销售的氟利昂类物质（CFC），典型物质即为CFC-11，这类物质都可引起强臭氧损耗，并且都是强温室气体；第二代，含氢氯氟烃（HCFC）物质，典型物质为HCFC-141b，这类物质对臭氧损害较弱，但是属于强温室气体；第三代，氟代烃类物质（HFCs），典型物质为HFC-245fa和HFC-365mfc，这类物质对臭氧无损害，但是也属于强温室气体；第四代，H(C)FOs，即（氯）氟代烯烃类物质，典型物质为HCFO-1233zd和HFO-1336mzz，这类物质对臭氧无损害，也不属于强温室气体；第五代，烃类、水或者二氧化碳，典型物质为环戊烷、水和CO2，这类物质对臭氧无损害，也不属于强温室气体。

2010年以后，PU材料需要的发泡剂CFC-11停止生产，其替代品HCFC-141b是被蒙特利尔议定书允许的一种过渡性替代方案，所谓“过渡性”，是因为HCFC类的物质大多数虽然对臭氧危害小，但是都是很强的温室气体，其GWP（Global Warming Potential，全球暖化潜势）数值一般是二氧化碳的数百到数千倍，例如HCFC-141b的20年GWP数值达到2250，即是CO2的2250倍，因此HCFC类物质也在后来对蒙特利尔议定书进行修订的时候，进入了限制名单。

按照2007年修订后蒙特利尔议定书的规定，发达国家需要在2030年之前完全停止HCFC类物质，发展中国家到2040年前停止生产和使用HCFC类物质。根据我国的时间表，2013年会将HCFC的生产和消费冻结在基线水平上，2015年削减基线水平的10%，2020年削减基线水平的35%，2025年削减基线水平的67.5%，2030年削减基线水平的97.5%，2040年全部淘汰HCFC。

现在发达国家的技术主要处于第三代与第五代之间，主要用环戊烷、水、CO2，以及部分有温室效应的HFCs类物质（氟代烃），而我国主要是HCFC-141b、HFCs、水和甲酸甲酯。由于我国的HCFC-141b生产和消费开始冻结，总量上有限制，因此未来成为市场主力，并且具有发展前景的将会是第三代以后的产品和技术。

4

经济利益驱动的技术倒退

过去10年，我国房地产市场旺盛，对PU绝热泡沫的巨大需求，每年有至少8%以上的增长。在风风火火的房地产市场的推动下，HCFC-141b价格上涨，然而，令人大跌眼镜事情发生了，很多企业没有往前推动第三代以后的技术和产品，而是退回到了已经在2010年之后被禁止生产和销售原来的CFC类物质，即CFC-11。违规生产和销售CFC-11，原因无它：CFC原材料便宜并且工艺简单，CFC-11比HCFC-141b每吨至少便宜1000元。

按照我国法律规定，损耗臭氧的CFC-11在2010年之后是禁止生产、销售和使用的，所以，这些生产和销售都是以非法的形式进行的，非法生产，非法销售，非法使用。CFC-11无毒，甚至无色无味，加入聚氨酯硬泡里根本无从寻找。

然而，还是有人发现了这些物质，2018年5月17日，著名的《Nature》杂志发表了国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室全球监测部门著名化学家Stephen A. Montzka等的文章“An unexpected and persistent increase in global emissions of ozone-depleting CFC-11”。从2013年起，在分析全球12个NOAA监测点的空气样品时，Montzka团队发现，由于全球停止生产和使用CFC-11物质，大气中CFC-11的浓度稳定的降低，但是降低的速度出现了异常。CFC-11在2002-2012年降低速度为约每年2.1ppt（ppt为万亿分之一）的速率稳步降低，但是在2015-2017年，下降速度放缓为每年1.0ppt，比2002-2012年期间减少约50%。

2018年5月17日，著名的《Nature》杂志发表文章，揭示CFC-11的异常变化，CFC-11在2002-2012年降低速度为约每年2.1ppt（ppt为万亿分之一），但是从2015-2017年，下降速度放缓为每年1.0ppt，大幅度低于预期。

有一些因子确实可以影响到CFC-11的浓度，比如天气过程可能会把对流层CFC带入平流层，但是天气过程比较快，天气变化对气体浓度的部分影响会在短时间内迅速消除；老建筑里会有早期使用CFC-11作为发泡剂的隔热材料和设备，翻修老建筑会导致这些物质的泄露，海冰的迅速消融也可以将大量原来冻结在冰雪中的氟氯烃释放至大气中，但是CFCs种类较多，并没有观察到其他种类例如CFC-12等的异常变化，只有CFC-11出现了大幅异常。

一般而言，北半球的CFC-11的浓度会比南半球高一点，因为北半球陆地多，地球的人口和工业主要集中在北半球，因此其源排放比南半球高一点，这本来属于正常，但是最新的数据表明，南北半球的差值不断增大，但是其他的CFCs物质并没有出现这种差值增大的现象，这表明CFC-11可能有新的排放。

利用后向轨迹计算，Montzka团队发现CFC-11的排放来源来自于东亚，大概每年新增8000~18000吨CFC-11排放。根据《蒙特利尔协定书》，全球各国需要向国际社会汇报本国内氟氯烃的生产情况，并向监督《蒙特利尔协定书》执行情况的联合国小组报告准确的排放量数字，而这些生产很明显是并未报备的产量。Montzka团队谨慎地提出了问题，并指出由于测量网络还不够完善，无法指明特定的国家，但是他们也提到了，看来主要是东亚的国家，当然东亚的国家数量也不多。

5

谁在生产CFC-11？

到底是谁在生产引起臭氧损耗的CFC-11？

2018年7月8日一个叫做“环境调查机构”（EIA）的国际组织给出了调查报告，经过EIA的实地调查，他们发现《自然》杂志论文所揭示的CFC-11排放增加，绝大部分来自中国硬质聚氨酯发泡保温材料产业，尤其是其中的建筑保温材料生产，该产业普遍使用三氯氟甲烷发泡。

他们的调查很简单，通过调查阿里巴巴网络销售平台，EIA联系到了21 家生产发泡料的企业，EIA人员走访了企业和企业人员，参观了部分储存仓库，其中位于10 个省的18 家企业均表示“它们绝大多数的产品（70%～100%）在生产过程中都使用了三氯氟甲烷”，可谓人赃俱获。

涉事的企业分布

根据这些企业管理人员反馈，使用CFC-11在整个聚氨酯发泡材料行业十分普遍，因为三氯氟甲烷比别的发泡剂更便宜，发泡效果更好。

违规企业生产发泡剂的原料

EIA据此估算了中国目前的CFC-11产量，基于以下几个数据：

根据已有的市场报告硬质聚氨酯泡沫生产量；发泡剂在硬质聚氨酯泡沫重量中占约10%左右；其中70%的发泡剂来自于CFC-11（70%～100%的生产过程中都使用了CFC-11，基于整个行业都集体作假的假设）；在生产泡沫过程中CFC-11的挥发（排放）量占比约为15%；其他硬质聚氨酯泡沫生产中挥发（排放）5%；中国发泡剂行业年增长率约为8.2%

据此估计，CFC-11的大气排放量约为每年10307~12165吨，这非常接近《Nature》论文中涉及的排放增加量，因此结论是CFC-11的主要排放源为中国硬质聚氨酯材料生产中非法使用CFC-11。至此，硬质聚氨酯的行业乱象彻底曝光。

所以总结起来之所以在2010年之后还有很多企业继续CFC-11的生产、销售和使用，来自于以下几个原因：

房地产旺盛，每年有至少8%以上的增长，对PU绝热泡沫有巨大市场需求。消防和建筑节能环保双要求，需要即满足节能环保又要满足消防要求的产品。替代原料HCFC-141b的限制供应和价格上涨，并且企业不愿意投资下一代发泡剂材料的生产。CFC-11原材料便宜并且工艺简单，CFC-11比HCFC-141b每吨成本至少便宜1000元。缺乏严格执法，行业乱象并未得到有效治理。

一场针对CFC-11违规生产、销售和使用的执法风暴即将到来。