约翰·霍普金斯大学（美国马里兰州巴尔的摩）的医学教授兼肺部与重症监护专家William Checkley曾见过带有钟乳石的厨房。这里的钟乳石并非洞穴中的那种。“你一走进去，到处都是烟。”Checkley说，“呼吸变得困难——你会咳嗽，眼睛会感到灼热。”炊火留下的层层烟灰覆盖了墙壁。在某些极端情况下，还会形成从天花板上垂下的钟乳石状物。
在过去的15年里，Checkley走访了世界各地使用传统炉灶烹饪的家庭厨房，这些炉灶以生物质（通常是木材、粪便、农作物废弃物以及煤炭和木炭）为燃料（
图1）。全球约有三分之一的人以这种方式烹饪食物，这会导致家庭空气污染（HAP）[
1]，而其引发的健康问题正是Checkley的专业研究领域。
然而，令许多人惊讶的是，由Checkley共同领导的具有里程碑意义的随机对照试验——家庭空气污染干预网络（HAPIN）试验——并未能证明这项被广泛采用的干预措施[即将家庭生物质炉灶替换为更清洁的液化石油气（LPG）炉灶]能带来预期的健康益处[
2]。该试验的主要结果于2022—2024年间在《新英格兰医学杂志》的多篇报道中发表，但结果显然尚无定论[
2‒
5]。尽管使用LPG烹饪的家庭将居民平均每日细颗粒物暴露量从约100 μg∙m
-3降低到35 μg∙m
-3 [
4]，即世界卫生组织（WHO）提出的中等空气质量目标[
6]，但并未观察到健康状况的显著改善。Checkley说：“那些我们认为能够有所改善的健康指标，结果均未达成预期。”
专家表示，无论如何，那些无法获得清洁烹饪方式或总体上无法获得可靠能源的中低收入社区的农村居民，仍需要燃气灶、电力微电网和独立式太阳能电器等替代品，其原因包括但远不止是健康问题。燃烧有机物会释放烟雾、颗粒物、一氧化碳和二氧化氮，这些物质在封闭空间内可积聚至危险水平[
7]。Checkley表示，在燃烧生物质的厨房中，24 h细颗粒物平均浓度可高达1000 μg∙m
-3，这一数字“甚至比环境空气污染非常严重的日子还要高出几倍”。暴露（尤其是长期暴露）于此类空气污染物会增加患肺炎、结核病、肺部疾病、肺癌、心血管疾病的风险以及导致新生儿出生体重过低，所有这些因素每年导致数百万人过早死亡[
2‒
3]。在贫穷和中等收入国家的农村地区，健康影响最为显著，特别是在非洲，那里五分之四的人使用生物质进行烹饪[
1]。妇女（通常是家庭烹饪的主要承担者）和儿童受影响最大[
1]；研究表明，大约一半的儿童肺炎死亡病例与空气污染有关，其中大部分由室内空气污染所致[
8]。
从表面上看，改用比生物质燃烧更清洁的LPG作为炉灶燃料，显然更有益于健康[
1]。LPG的便携性也适合电力缺乏或不足的农村地区。“它装在一个20 kg重的钢瓶里，便于移动。无论你是手提、把它放在自行车或摩托车上，还是请别人送货上门，都十分方便。”Checkley说。包括印度和印度尼西亚在内的许多国家已经采取措施扩大LPG的供应范围[
9]。从2010年到2023年，全球70%的新增清洁烹饪方式是通过改用LPG实现的[
1]。
HAPIN试验旨在量化这一转变对健康的影响。该试验由美国国立卫生研究院和比尔及梅琳达·盖茨基金会（Bill & Melinda Gates Foundation）资助，于2017年开始，在危地马拉、印度、秘鲁和卢旺达招募了3200户贫困家庭参与。这些家庭被随机分组，一半家庭获得LPG炉灶，另一半家庭则继续使用生物质燃料做饭。研究人员记录了长达18个月内的随访结果，重点关注女性的血压和新生儿出生体重（研究期间有800名婴儿出生）、肺炎发病率以及儿童发育迟缓情况[
2]。
波士顿学院社会工作学院（美国马萨诸塞州栗树山）副教授Praveen Kumar表示，这些负面结果“确实对目前关于家庭空气污染影响的观念提出了挑战，不过由于家庭中存在多种相互竞争的因素且难以对其进行控制，因此这一结果仍有待进一步系统研究”。Kumar并未参与该试验，但曾与Checkley和其他HAPIN研究者就相关的HAP研究进行过合作。
这些意外结果的原因何在？Checkley表示，或许是因为家庭必须在妇女怀孕前而非怀孕期间放弃使用生物质燃料，才能有效改善新生儿和幼儿的健康状况。此外，也许还有太多其他因素影响着贫困家庭中成员的健康，以至于仅靠清洁烹饪无法产生显著效果。
也可能是LPG的清洁程度不够——使用它烹饪仍然会排放二氧化氮和颗粒物[
4,
7,
10]。关于这一点，华中科技大学同济医学院院长兼环境卫生学教授邬堂春指出，需要确保通风充足：“即使改用液化石油气确实有效，也仍然需要改善通风条件，以获得最佳的健康效益。”邬堂春及其同事的研究表明，在使用燃气进行烹饪时使用抽油烟机可以将厨房中细颗粒物的平均浓度降低80%以上，而使用电炉烹饪则更为清洁[
10]。邬堂春进一步指出，尤其是对于使用生物质燃料烹饪，改善通风条件“是一种经济且有效的干预措施，只需要最小的行为改变和较低的成本”。
无论如何，HAPIN试验并非最终定论。尽管它是为数不多的比较使用天然气与固体燃料烹饪对健康影响的随机对照试验之一，且尽管其他研究也报道了类似的负面结果[
11‒
12]，但数十项观察性研究共同表明，与使用生物质燃料烹饪相比，使用天然气烹饪可降低肺部疾病风险和不良出生结局的发生率[
13]。邬堂春及其同事进行的两项研究也显示，改用清洁燃料能降低死亡风险[
14‒
15]——在将固体燃料替代为天然气或电力五年后，死亡率降幅高达60% [
14]。
“针对较贫困家庭，确实应该分配更多资源来推动液化石油气的普及使用。”Kumar表示，尤其是考虑到许多本可受益的家庭如今正面临障碍。与自由收集的生物质燃料相比，LPG价格昂贵，且价格波动大，进口成本高[
1,
9]，而政府补贴往往不足，Checkley表示。例如，在秘鲁，当地家庭每月可申请获得半罐LPG的补贴，但大多数家庭每月需要两罐才能满足需求[
16]；在印度，由于物流困难、配送成本高以及需求量低，LPG供应商难以向农村地区提供服务[
17]。“由于便利性和液化石油气价格高昂，多数家庭仍选择使用生物质燃料，这其中经济因素是主要考量。”清华大学能源与动力工程系教授张海表示。张海教授的研究重点是燃烧科学，他对过于字面地解读HAPIN结果表示担忧。他表示，25年前他的家乡（位于中国南部）从使用生物质能源转向使用LPG，这一转变给家乡带来了更清洁的烹饪方式，居民生活质量也得到了提高。
在某些地区，其他能源可能比LPG更适合作为生物质的清洁替代方案。“对于不同家庭、不同社区和不同国家，没有一种通用的解决方案。”Kumar说。他举例说，印度南部可能比撒哈拉以南非洲地区更容易承受反复波动的LPG成本；而撒哈拉以南非洲地区日照充足，太阳能很可能是其最佳选择。
光伏板主要由中国生产，其价格在过去十年中下降了90% [
18]，这使得太阳能对于全球6.8亿无法获得电力供应的人口（尤其是撒哈拉以南非洲地区的人口）而言成为了一种更为可行的选择[
19‒
20]。与其他能源相比，太阳能的部署速度快且可高度定制化。“它的模块化程度很高——每年都可以轻松新建一点。”瑞士苏黎世联邦理工学院能源与技术政策教授Tobias Schmidt说，“这种模式极具优势，因为没人愿意对闲置的基础设施进行过度投资。”
将太阳能引入无电地区时两个常被提及的方案是太阳能微电网（通常由私营公司所有，如
图2 [
18]所示）和独立式太阳能供电设备；Schmidt从政策和经济角度对这两项技术进行了研究。这些技术绕过了中央电网，而在许多低收入国家，中央电网无法覆盖农村地区，无法承担大量新增用电需求，且经常会出现长时间、频繁的停电情况[
1,
9,
18]。
撒哈拉以南非洲地区的微电网数量已从2010年的约500个增加到2023年的3000多个[
20]。到2030年，该技术预计（这一预测或许过于乐观）将为超过60%的非洲人提供比公共电力企业更便宜的能源，价格低至20美元∙(kW∙h)
-1（约合每户每月10美元）[
20]。部分微电网公司根据用户用电量推出不同价位的支付方案，为用户提供了更多经济实惠的选择[
18]。Schmidt表示，微电网在治理完善且有稳定、大量电力需求的地方运行良好。这些地方（如大型集市或中央电网覆盖不足的人口密集城市）既能确保微电网得到妥善维护以及电力分配公平合理，又能有效降低用户的用电成本，同时减少供应商的运营风险。
微电网存在一些缺点。Schmidt表示，在人们通常在同一时间段用电的地方（如许多农村地区），任何电网（无论是中央电网还是微电网）的效率都会降低。此外，私营微电网公司可能会与政府发生冲突。Husk Power Systems公司（美国科罗拉多州科林斯堡）就是一个例子。在政府要求它以与国家补贴的电力公司相同的价格出售电力后，该公司出售了其在坦桑尼亚的资产，致使当地数千人陷入断电困境[
18]。“我很少看到微电网能运行到其技术寿命终结。”Schmidt说，这通常是由于治理问题，“微电网有其作用，但它是一个小众领域。”
Schmidt表示，他更看好独立式系统，这种系统通过通常由家庭或企业专有的太阳能电池板为炉灶、冰箱、制冰机和泵等电器供电（
图3）。Schmidt说，结合提高可负担性的机制（例如，用户在使用过程中逐步偿还系统成本），此类系统不仅能够提供电力，还能为农民、渔民和小商店店主用于维持生计的电器设备。“能源本身不是目的，而是一种手段。”他说。
但说服人们放弃使用生物质烹饪可能并不容易。Kumar表示，在许多情况下，在获得更清洁的炉灶后，“低收入家庭仍会使用传统炉灶进行日常烹饪，而高档、更清洁的炉灶则只在特殊场合使用”。此外，即便LPG价格合理且易于获取，男性户主也往往认为清洁烹饪并非优先支出[
1]。出于这一及其他文化原因，教育在推动生物质烹饪向清洁烹饪转变方面可能至关重要。在心肺结局与家庭空气污染（CHAP）[
21]和HAPIN试验中，“我们要说服大家相信用液化石油气烹饪是明智之举”，Checkley说。一些研究对象担心改用LPG意味着要放弃生物质烹饪的某些特色，如其烟熏风味。“但人们尝过之后，这种顾虑就会打消了。”Checkley说。
即便消除生物质燃烧对健康的益处尚无法确定，但它对促进可持续环境和气候目标起着显著的作用。生物质燃烧对木柴和木炭的需求每年导致面积相当于爱尔兰的大片森林被砍伐，且这一现象主要集中在非洲[
1]。虽然太阳能可能是最环保的选择，但将所有生物质替换为LPG也能大幅减少由生物质燃料燃烧和森林砍伐所产生的温室气体排放，净减排量约为15亿吨二氧化碳，大致相当于2022年全球所有飞机和船舶的温室气体排放量[
1,
22]。
此外，还须考虑社会影响。收集生物质燃料每天可能会耗费1.5 h或更长时间，而这些时间原本可以用于接受教育或赚取收入[
1]。Kumar说：“这些活动占用大量时间，会对经济产生影响”，对于通常承担这些任务的妇女而言，影响尤为显著。“能源贫困与收入贫困是相互关联的。如果能让家庭摆脱能源贫困，收入贫困问题也将随之缓解。”
HAPIN研究人员将继续监测参与试验的儿童，在秘鲁将监测至9岁[
23]，在危地马拉、印度和卢旺达将监测至5岁，以观察他们在更长时期内是否会出现健康差异[
2]。尽管他警告说，至少根据目前的HAPIN试验结果，不宜宣称改用LPG会对健康带来益处，但Checkley表示，直到美国颁布《清洁空气法》后，污染才有所减少，健康状况才有所改善。“这说明，若能改善空气质量，长远来看，人们的健康状况也会得到改善。”
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