滕飞：未来我国甲烷排放的情景及减排潜力的研究
2023年08月21日
绿色创新发展研究院iGDP
应对气候变化及甲烷减排的研究背景
甲烷作为强效温室气体，对全球温升的贡献很大。IPCC第六次评估报告表明，目前全球温升相比工业化前增加了1.1度，甲烷对温升的贡献约是0.5度。从这个角度出发，如果要应对气候变化，仅仅减排二氧化碳是不够的，必须要减排全口径的温室气体，其中就包括甲烷。以甲烷为代表的非二氧化碳温室气体是双碳目标的重要部分，特别是碳中和的重要部分。
最新的国际研究表明甲烷具有较大的近期减排潜力，如IEA的研究认为化石能源甲烷可在2030年大幅减排75%，UNEP认为全球甲烷可以减排45%-50%。在当前二氧化碳达峰艰难的背景下，这些研究促使全球将甲烷作为近期减排的重要领域。欧美也基于研究成果倡导成立了“全球甲烷减排倡议”。同时有研究认为利用技术可行和经济可行的甲烷减排措施，可以避免超过0.25度的全球温升。
对我国而言，大家对碳达峰目标仅覆盖二氧化碳是有共识的，但对于碳中和的范围是只包含二氧化碳，还是全口径温室气体，目前仍有争议。我们开展的一些研究认为如果只实现二氧化碳的净零排放，而不管控非二氧化碳温室气体，则到本世纪末我国累积的非二氧化碳排放量将达到近1000亿吨（二氧化碳当量），这将额外导致全球温升约0.1度。因此从科学的角度来讲，中国碳中和的“碳”应不仅指二氧化碳，也包括全温室气体，因此中国加强甲烷和非二气体的减排行动非常必要。
其他国家也在积极进行甲烷控排的行动，美国采取了不同领域内甲烷的自愿减排行动，并将法规标准和自愿减排行动相结合，近期推出了相关领域不同排放的标准；欧盟在近期发布了甲烷行动控制目标，其中特别强调要在MRV（测量、报告、核查），能源、农业、废弃物等领域进一步增加数据质量，强化领域的自愿减排行动，从源头和末端双管齐下严控各个领域的甲烷排放。
在《中美关于21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》中，甲烷作为中美气候变化合作的重点领域，中方需要制定全面有力度的甲烷国家行动计划。目前这份计划已经初步制定完成，希望能尽早得到批准向社会公布。
未来中国甲烷排放的情景及减排潜力研究
情景设定及主要发现
研究考虑了不同部门的甲烷排放，如能源活动的煤炭、油气；农业部门的水稻种植、肠道发酵以废弃物等，以及未来经济社会发展驱动导致的活动水平变化和技术减排潜力。
通过设计三种不同的情景预测甲烷不同的排放趋势及潜力：一是基于现有行动的现有政策情景，虽然目前没有提出甲烷减排的量化目标，但各个领域已经实施了很多甲烷减排的政策，或很多政策具有甲烷减排的协同效果；二是2060年实现二氧化碳净零排放的碳中和情景；三是2060年实现全温室气体净零排放的温室气体中和情景。
根据现有政策情景的研究表明，中国人为甲烷排放约在5500万吨左右。按现已发布的政策，我国人为甲烷排放在未来10年将稳定在5000万吨左右，然后逐步下降，到2060年约降至4000万吨，相比2020年的水平约下降1/4。从部门角度来看，能源部门是2030年甲烷排放下降的主要来源。能源部门甲烷排放在2020年达峰，农业部门和废弃物部门的甲烷排放保持稳定，甚至农业部门还有所上升，这也是全国全口径甲烷排放在2030年前保持稳定后开始下降的主要原因。
碳中和情景下，有非常显著的甲烷协同减排效应，主要源于减少煤炭消费和生产产生的甲烷减排的协同效应。在此情景下，我国的甲烷排放在2020年后逐渐降低，到2030年和2060年大约减至4800万吨和3200万吨，相比2020年分别下降3%和64%，协同减排的效果很大。从部门角度来看，减排的主要来源是能源甲烷，其在甲烷排放中的占比进一步下降，从现在的50%左右下降到2060年的20%。但农业甲烷较难减排，单纯依靠减排二氧化碳的措施基本不可能协同减排农业甲烷，所以农业甲烷排放及占比会进一步增加，从现在的40%增加到2060年的53%。
在温室气体中和情景下，需要进行额外的努力减排甲烷，并且近期就必须实现甲烷的快速减排。能源部门的甲烷需要进行大幅度减排，到2030年减排30%甚至40%，到2050年要减排70%。农业部门虽然很难，但也要进行一定的减排，在2030年间减排10%，在2050-2060年减排20%。废弃物从填埋转为焚烧，可以大幅减排一半以上，到2030年可以减排超过80%。从部门角度来讲，2030年的全部门甲烷排放比2020年下降30%，比2060年下降60%。从最小成本的排放情景出发，近期必须实现甲烷的大幅减排，否则，未来的减排成本会更高。
通过估算2030年不同情景下主要减排领域和重点部门的减排成本发现，虽然废弃物的减排率最大，但最主要的减排量来自能源部门，特别是煤炭甲烷的减排。
此外，甲烷减排的成本曲线呈现明显的倒“L”型，即在减排初期成本较低，超过一定阈值后，成本快速上升，因为甲烷领域没有负排放技术，很难实现深度减排。但总体而言，仍可在100元-200元/吨的碳价下实现30%-40%左右的甲烷减排。这个结果与国际研究结果有一定差异，但我们研究认为，我国的甲烷构成与国际上有较大区别，煤矿甲烷、农业、种植业的甲烷减排难度都较大，因此减排成本高于国际研究。
主要结论
我国人为甲烷排放已经大概率稳定，但达峰年份和达峰排放有不确定性
一是情景分析法显示，在现有政策力度下，未来的甲烷排放基本稳定在5000万吨到5500万吨的平台期，不会大幅增加。二是对全球甲烷排放进行大气反演的研究表明，中国的甲烷排放已进入平台期，人为排放在7000万吨-7400万吨，显著高于自下而上的5000万吨-5500万吨的估计，达峰大概率能实现，但峰值排放仍有相当不确定性。三是利用卫星数据对中国区域进行反演的结果没有显示出达峰趋势，因此甲烷达峰仍有不确定性。
影响我国甲烷排放趋势的主要是煤矿甲烷排放
从清单角度来看，煤炭甲烷占中国甲烷排放的近50%，是最大的排放源，所以煤矿甲烷排放趋势直接决定中国未来甲烷排放趋势。反演的结果中，煤矿甲烷排放是不确定性最大的排放源，清单和反演结果的不确定性均很大。大气反演的结果表明，甲烷浓度上升的80%贡献来自于煤炭和能源的甲烷排放，因此能源特别是煤矿的甲烷排放决定了中国甲烷排放的趋势。
国家温室气体清单中煤矿甲烷排放的不确定性较高，废弃矿井甲烷排放可能被低估
国家温室气体清单中的主要不确定性来自于甲烷清单中的废弃矿井的排放，按现有清单估计中国废弃矿井的甲烷排放仅占到煤矿甲烷排放的1%，但是通过对比同样的煤炭大国美国、澳大利亚、欧盟的废弃矿井甲烷排放发现，这部分排放占到这些国家甲烷排放的18%-20%，甚至更高。因此我们对我国废弃矿井的甲烷排放进行重新核算，发现废弃矿井的甲烷排放存在较大的低估，可能占中国煤矿甲烷排放的比例在15%以上。对于甲烷这种不确定性较大的温室气体而言，提高清单的准确性，对未来更加准确的政策制定非常重要。
从减排成本曲线来看，我国甲烷有减排潜力，但需要在政策、财政层面进行相当的激励，例如尽快开展CCER，使甲烷减排项目通过碳市场获得一定的正激励，而能够尽快实施。
加强甲烷监测研究提升数据质量，特别是利用卫星技术对重点石油天然气煤矿开采等行业的排放进行实时监控，提高甲烷泄露热点的探测技术。
开展重点领域减排技术的开发与推广，例如煤炭领域，现在关键的难点在于低浓度瓦斯和风排瓦斯的甲烷减排，以及废弃煤矿瓦斯的抽采利用示范。在农业领域，即使是在温室气体中和情况下，由于减排技术有限，仍有大量顽固剩余的甲烷排放难以完全减排掉。若要实现全温室气体的减排，农业需要进行一定程度的甲烷减排，这将对未来农业的粮食生产和后端的食品加工行业产生一定的影响，下一步需要从经济、粮食安全的角度进一步研究更为有效的甲烷减排措施。
滕飞，清华大学能源环境经济研究所副所长