中国甲烷控排面临的形势、问题与对策

张 博，李蕙竹，仲 冰，高俊莲

(1.中国矿业大学(北京)管理学院，北京 100083；2.中国地质大学(北京)自然资源战略发展研究院碳中和研究中心，北京 100083)

0 引 言

甲烷(CH4)是全球第二大温室气体。作为全球大气中的痕量成分，甲烷在大气中理论寿命为12.4 a，远短于二氧化碳[1]，但其在大气中比二氧化碳更为活跃。甲烷的全球增温潜势(Global Warming Potential，GWP)在100年的时间框架内是二氧化碳的28～36倍，在20年的时间框架内，GWP数值则上升为84～87倍[2-3]，是一种具有快速增温效应的“超级温室气体”。

甲烷对气候变化的影响十分显著，减少甲烷排放是重大的全球性挑战。 大气中的甲烷浓度已经从工业化前的约720 ppb上升到2020年的1 879.2 ppb±0.6 ppb，且主要由人类活动引起[4]。根据世界气象组织(WMO)发布的数据，2020年新冠肺炎疫情期间，全球二氧化碳排放量有所下降，但大气甲烷的浓度增长幅度仍然高于过去10年的平均年增长速度。联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次评估报告指出，在温室气体的总增温效应中，甲烷贡献约占四分之一，仅次于二氧化碳；2021年发布的第六次评估报告中，第一次用一整章的篇幅专门讨论甲烷等“短期气候因素”与空气质量、温升的作用关系。

大气中甲烷排放的来源众多，可以简单划分为自然源和人为源。主要的自然源包括自然湿地、白蚁、植被、海洋和甲烷水合物；主要的人为源涉及能源活动(煤炭开采、石油和天然气系统泄漏、燃料燃烧)、农业活动(水稻种植、动物肠道发酵、动物粪便管理、农业废弃物田间焚烧等)、废弃物处理(垃圾填埋、污水处理)、工业生产过程(主要是金属冶炼)等。基于自上而下估算法的研究表明[5]，全球甲烷排放量总计为596 [572～614] Tg，其中，人为源贡献占比61%。由于减少人为源甲烷排放是一种能够快速、有效且经济地减缓气候变化的方式，甲烷等非二氧化碳温室气体的深度减排被认为是全球实现《巴黎协定》目标，于21世纪末将全球升温控制在1.5 ℃以下的必要条件[6]。甲烷还是对流层臭氧的前体物，会引发严重的健康问题，因此，甲烷减排除了具有气候效益，还能获得环境效益[7]。此外，与二氧化碳不同的是，甲烷是优质气体燃料，被回收后可以作为清洁能源利用，同时也是制造合成气和诸多化工产品的重要原料。因此，重视甲烷排放控制问题，具有气候效益、经济效益以及环境和健康等多重效益。

2021年11月10日，中国和美国在联合国气候变化格拉斯哥大会期间发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》(以下简称“《中美联合宣言》”)。《中美联合宣言》强调了未来10年中美两国要在甲烷排放的测量、管理和研究方面加强合作，以减少甲烷排放。同时指出，在《联合国气候变化框架公约》第27次缔约方大会(the 27th meeting of the Conference of Parties)之前，两国需要在国家和次国家层面制定强化甲烷排放控制的额外措施。此外，除了国家自主贡献目标(Nationally Determined Contributions，NDC)之外，我国还承诺制定一份全面、有力度的甲烷国家行动计划，争取在21世纪20年代取得控制和减少甲烷排放的显著效果。

本文从我国甲烷控排面临的国际形势和国内现状入手，探讨甲烷控排的紧迫性与必要性，并立足于我国甲烷排放的总量差异、部门差异以及甲烷减排的科技基础，分析我国甲烷控排亟待解决的问题，在此基础上提出新时期我国甲烷控排的对策建议。研究结果将为科学制定我国甲烷控排行动计划，夯实甲烷控排的科学基础，明确甲烷减排技术研发与工程实践方向，进而实现人为源甲烷排放的有效控制，提供参考依据。

1 国际甲烷控排新形势

1992年达成的《联合国气候变化框架公约》是第一个倡议以全面控制温室气体排放来应对气候变化的国际公约。2015年，《巴黎协定》(The Paris Agreement)倡议的全球温室气体减排长期目标是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2 ℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5 ℃以内[8]。随着全球气候治理与温室气体减排进程的加速，越来越多的国家已经承诺将温室气体减排目标扩展至包括甲烷在内的所有温室气体。一些国家已经提出甲烷减排的具体行动方案以及相应的减排目标(表1)。

表1 近期国际甲烷减排行动概况Table 1 Summary of recent international methane emission reduction actions

从国际层面来看，美国和欧盟联合提出《全球甲烷承诺》倡议，计划到2030年，将全球甲烷排放量在2020年的基础上至少减少30%。2021年11月2日，在《联合国气候变化框架公约》第26次缔约方大会(the 26th Conference of the Parties)上，105个签约国共同宣布《全球甲烷承诺》正式启动。截至2022年1月20日，该承诺的缔约方已经达到111个，经济总量占全球经济总量的三分之二以上，甲烷排放量约占全球人为源甲烷排放总量的一半。该倡议也获得了一些国际组织和机构的积极响应。

美国作为全球主要的甲烷排放国之一[9]，动物肠道发酵和油气系统是其主要的人为排放源[10]。2021年11月2日，美国政府公布的《美国甲烷减排行动计划》是该国甲烷减排的指导性文件，也是美国第一份全面覆盖油气、废弃煤矿、垃圾填埋、农业以及工业和建筑等多部门的甲烷减排战略，并详细阐述了推进甲烷减排计划的效益。2021年11月19日，甲烷费作为一种政策工具，首次出现在美国的立法议案中。

欧盟自1996年以来制定了一系列的甲烷减排战略及政策。2020年10月，欧盟出台了《欧盟甲烷减排战略》，分别对甲烷排放主要部门、跨部门和国际合作三个方面给出了引导性的减排战略和行动方案[11]。2021年12月15日，欧盟委员会发布了关于在能源部门减少甲烷排放的提案，提出将建立“甲烷供应指数(methane supply index)”“透明度数据库(transparency database)”和“全球甲烷排放者监测工具(global methane emitter monitoring tool)”。类似甲烷控排措施与工具将对国际油气贸易格局产生巨大的影响[12]。

加拿大的人为源甲烷排放中，石油天然气部门的贡献占比将近一半[13]。《巴黎协定》后，加拿大于2016年启动了《全加拿大清洁增长与气候变化框架》，针对甲烷减排提出了三方面行动方向，其中包括制定减少甲烷排放的条例。2020年，加拿大环境和气候变化部发布了《增强版气候计划》，以期到2030年将排放量降到2005年水平的32%～40%，并在2050年实现净零排放；并明确提出将设立7.5亿美元减排基金，帮助加速甲烷减排。

全球气候治理问题极具复杂性，甲烷排放控制已从科学研究上升至政治共识以及国际气候谈判的博弈焦点[12]。持续增长的人为源甲烷排放给发展中国家应对气候变化带来更大的国际压力。面对欧美国家将甲烷控排行动与碳减排政策工具相结合，可能重塑全球贸易及能源竞争格局，我国应高度重视外部环境变化。

2 我国甲烷排放现状与控排行动

2.1 我国甲烷排放来源与构成

我国是人为源甲烷排放量最大的国家，EDGAR数据库数据显示，2018年我国排放总量为6 594万t，占全球18%左右[9]。

根据《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》中提供的最新官方国家清单，2014年中国甲烷排放量为5 529.2万t(包括土地利用变化和林业)[14]，即使按照甲烷较低的全球增温潜势(GWP值为21)计算，该年份的甲烷排放总量相当于12亿t二氧化碳，占当年全部温室气体排放量的10.7%，这一数值高于一些发达国家一年的温室气体排放总量。与全球不同的是，我国甲烷排放的构成中人为源排放占比高达95%以上(图1)。 能源活动是最大的排放来源，占比44.8%；农业活动次之，占比40.2%；废弃物处理的排放占11.9%。其中，能源活动的甲烷排放主要归因于煤炭开采的逃逸排放(占38.1%)；农业活动的排放主要源自于动物肠道发酵(占17.9%)、水稻种植(占16.1%)和动物粪便管理(占5.7%)；固体废弃物处理和废水处理是废弃物管理相关的主要排放源。

图1 2014年我国甲烷排放构成情况Fig.1 Structure of China’s methane emissions in 2014

2.2 甲烷控排的现有政策基础

我国历来重视甲烷排放的控制工作(表2)。最初主要以提高资源回收利用和保障煤矿安全为目的，强化瓦斯抽采利用和煤层气资源开发，近期已经提升为应对气候变化层面，重视甲烷等非二氧化碳温室气体排放的控制。2014年《国家应对气候变化规划(2014—2020年)》明确了控制非二氧化碳温室气体排放的具体政策措施。2016年《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中提到“控制非二氧化碳温室气体排放”，同时甲烷减排被列入《“十三五”控制温室气体排放工作方案》，但是尚未设定具体的行动目标。2020年11月，生态环境部、国家发展和改革委员会、国家能源局三部门联合发布了《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》，提出对温室气体排放进行管控，明确鼓励抽采瓦斯综合利用。

表2 我国甲烷控排相关政策概况Table 2 Summary of methane emission control policies in China

2021年以来，国家层面出台的政策和规划多次强调了控制甲烷排放的重要性。2021年1月11日，生态环境部发布的《关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》提出，在石油天然气、煤炭开采等重点行业试点开展甲烷排放监测。2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》进一步提出，要“加大甲烷、氢氟碳化物、全氟化碳等其他温室气体的控制力度”。2021年9月12日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于深化生态保护补偿制度改革的意见》中提到，甲烷利用项目作为自愿减排项目的主要形式将纳入到全国碳排放权交易市场。2021年10月28日，中国正式提交的《中国落实国家自主贡献成效和新目标新举措》中指出，有效控制包括甲烷在内的非二氧化碳温室气体排放是统筹有序推进碳达峰碳中和的重要措施。具体措施包括完善非二氧化碳温室气体监测、报告和评估技术体系，逐步建立健全非二氧化碳温室气体排放统计核算体系、政策体系和管理体系，形成一批可推广的非二氧化碳温室气体排放控制技术，建成一批具有良好减排效果的重大工程，推广一批可复制的试点示范项目。2021年10月和11月国务院分别发布的《中国应对气候变化的政策与行动》和《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》均提出，加强甲烷等非二氧化碳温室气体排放管控。

在地方层面，一些省份也明确提出要开展甲烷排放控制。2021年2月5日，《江西省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，要推动甲烷等温室气体排放持续下降。2021年4月2日，《河南省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，推进大气污染物与温室气体协同减排，加大甲烷等其他温室气体控制力度。

2.3 代表性企业甲烷减排行动

我国煤炭和油气企业以往从安全、能源等角度出发，开展了大量甲烷控排相关的行动，推进产业链生产过程节能增效和全过程控制温室气体排放。《煤层气(煤矿瓦斯)排放标准》明确规定，“甲烷体积浓度大于等于30%的煤层气(煤矿瓦斯)不得直排”，因而煤炭企业的行动主要以保障安全生产和煤层气综合利用为目的。北京市燃气集团有限责任公司2018年签署了《天然气行业全价值链甲烷减排指导原则(MGP)》，是首家参与该组织的亚洲油气企业。2018年4月，中国石油化工集团有限公司提出“绿色企业行动计划”；2019年6月，中国海洋石油集团有限公司提出“绿色发展行动计划”，均提及甲烷减排相关行动。

“十四五”是我国控制温室气体排放的关键期，企业行动将是主体。2021年5月，包括中国石油天然气集团有限公司、中国石油化工集团有限公司在内的7家中国油气企业联合成立甲烷控排联盟，力争实现2025年天然气生产过程甲烷平均排放强度降到0.25%以下，旨在推进全产业链甲烷控排行动。2021年6月，中国燃气控股有限公司加入了联合国环境规划署领导的油气甲烷伙伴关系(OGMP)，成为该倡议首家中国成员。2021年10月，国内十家城市燃气企业共同签署了《中国城市燃气企业甲烷控排倡议书》。结合相关规划和政策的制定和落实，更多国内企业将加入到甲烷控排行动中来。

3 我国甲烷控排存在的问题

3.1 数据基础薄弱，总量结构不清

我国人为源甲烷排放总量大，对甲烷排放历史和现状的研究是制定经济有效的甲烷控排方案和行动计划的基础[15]。其中，对人为源甲烷排放清单的系统认知是制定相关减排策略的前提，也是明确减排责任归属与减排份额分配的依据。准确地评估甲烷排放清单特征，有助于发展针对性的减排策略，同时合理开发和有效利用甲烷资源[16]。目前，我国官方的甲烷清单只有1994年、2005年、2010年、2012年和2014年，分别来自三次国家信息通报及两次两年更新报告，具体见表3。

表3 中国国家清单甲烷排放情况Table 3 Summary of methane emissions from China’s national inventories 单位：万t

由于基础数据缺乏，我国的甲烷排放清单缺少连续性且久未更新，现有的官方甲烷排放清单在完整性、一致性和准确性方面都存在较大的不足[17-18]。对比美国、加拿大等发达国家的常态化温室气体清单编制机制，我国的甲烷排放清单编制方法学有待完善，现场检测数据缺乏，使本土化清单编制在完整性和准确性上亟待改进[19]。采用IPCC较低层级的编制方法往往导致国家清单的不确定性较大[20]。

3.2 行业间差异大，全面减排不易

3.2.1 能源活动

我国在“十二五”和“十三五”期间均制定了煤层气利用及瓦斯抽采量目标，但是由于技术和市场环境等方面的原因，实施效果并未达到预期[21-22]。我国煤矿瓦斯抽采的首要目的是保障生产安全，减少与煤矿瓦斯等相关的事故发生，对甲烷减排与应对气候变化问题的关联性认识还需要提升。《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》提出，甲烷体积浓度大于等于8%的抽采瓦斯，在确保安全的前提下，应进行综合利用。鼓励对甲烷体积浓度在2%(含)至8%的抽采瓦斯以及乏风瓦斯，探索开展综合利用。但实际上，浓度低于1%的、利用难度极大的瓦斯却占到了排放总量的绝大部分。此外，我国对废弃矿井瓦斯利用尚处于摸索阶段。伴随废弃煤矿的数量持续增加，若不加以控制，甲烷排放将随之增加[20,23]。 在油气行业，气田钻井、开采，天然气运输、储存、分配、终端使用和天然气火炬不完全燃烧过程中均存在甲烷排放[16]。 近年来，我国油气行业甲烷控制主要出于两方面考虑：一方面是作为资源利用，企业主动回收；另一方面是在污染防治要求下，协同控制甲烷。对比欧美在油气领域甲烷减排的行动，我国能源行业甲烷排放监测、报告及核查体系尚未完全建立，甲烷减排行动还缺乏规模化的实践[12]。

3.2.2 农业活动

水稻种植和畜牧业是我国农业部门甲烷排放的主要来源。稻田甲烷的排放是由水稻植株-土壤-微生物相互作用的结果，其中水稻品种和土壤微生物是最主要的影响因素，品种间甲烷排放量呈显著或极显著差异，其差异性甚至可超过5倍，也是甲烷控排的主要考虑因素[24]。牲畜饮食习惯对肠道发酵产生的甲烷排放量有显著影响；反刍家畜胃肠道甲烷排放主要来自瘤胃和后肠道，其中瘤胃甲烷占胃肠道甲烷生成总量的80%以上[25]。优化日粮组成、改善饲料品质、提高瘤胃流通速率、添加氢池和甲烷抑制剂等措施可以减少反刍动物的甲烷排放[25]。由于农业甲烷排放源较为分散，难以管理，目前我国专门针对农业部门甲烷排放的措施比较缺乏，主要集中在畜禽养殖废弃物资源化利用。由于缺乏实践验证，短期内针对水稻种植和动物反刍等排放源，实现规模化的甲烷减排并不可行。

3.2.3 废弃物处理

固体废弃物处置和废水处理是我国废弃物管理领域甲烷排放的主要来源。固体废弃物的主要处理方式是卫生填埋和焚烧[26]。生活垃圾卫生填埋场的甲烷回收利用是主要的减排方式，但受制于技术与资金投入的不足[27]。在厌氧环境下，废水中有机物经分解会产生大量的甲烷。目前，我国对于废水处理标准进行了规定，减少了露天氧化塘的甲烷排放，但是对于污水处理过程中产生的污泥目前还没有较好的减排措施[28]。我国在废弃物处理领域的减排措施主要以环保和资源再利用为出发点，例如推行垃圾分类、强化城镇污水处理沼气和垃圾填埋气回收利用、启动“无废城市”建设等[11]，目前仍难以抑制相关甲烷排放的快速增长。

3.3 技术短板突出，管控能力不强

甲烷排放控制的技术基础和重要前提是监测与检测。可靠的甲烷监测对于提高排放清单精度、支撑排放因子的本地化等工作具有重要意义，甲烷监测在排放清单编制过程中的地位在逐步提升。欧盟、美国及加拿大已经建立了空天地一体化的甲烷排放监测体系，使用卫星、飞机、无人机、固定监测、手持设备或者车载的方式，对国家、区域、场站、点源进行甲烷监测，提高了数据的准确性。我国虽然开展了不同层面的甲烷排放监测，但监测的质量控制体系不健全，还需与国际进行接轨，如仪器设备的适用性检测、标准器物的供应等[29]。

联合国环境规划署(UNEP)报告指出，充分利用目前已有的负成本或低成本技术进行甲烷减排，到2030年可以将人为甲烷排放量降低20%；若利用所有针对性的措施，到2030年可以减排三分之一[30]。美国、欧盟等发达国家或地区已经积累了丰富的甲烷排放控制技术和实践经验，尤其是在能源领域。美国环保署(EPA)推荐了油气行业72项成熟的甲烷减排技术或最佳减排实践。我国甲烷减排领域的技术积累与工程实践经验普遍不足，减排市场化手段缺乏。例如，煤矿瓦斯治理大多采用单一的井下抽采技术，综合治理与利用技术尚不成熟。煤矿瓦斯治理基本集中在技术装备研发、特殊煤层钻探改进或抽采方案优化等方面，煤矿低浓度瓦斯回收利用缺乏技术经济性。地下和地面结合抽采治理方式仅存在于示范区或部分煤矿的先导性试验阶段。二氧化碳驱替煤层气利用研究也处于试验研究阶段[31]。因此，在甲烷控排领域亟需建立适合国情的技术体系和能力支撑体系。

4 我国甲烷控排的对策建议

4.1 谋划国家层面甲烷控排的顶层设计

制定符合中国国情的甲烷减排行动计划，明确减排目标和减排方向，有计划、有步骤地做好战略部署。明确各地区各部门的工作重点和责任主体；加强重点领域甲烷排放的监测、核算、报告和核查体系建设，推动重点设施甲烷排放数据收集和分析；开展重点区域、重点企业甲烷减排动态与成效评估；完善国家级、省市级、企业级清单编制与信息报送制度，形成完整、准确的数据库和分析平台，提高数据透明度。建立国家发展和改革委员会、生态环境部、科技部、国家能源局、农业农村部、住房与城乡建设部、应急管理部、国有资产监督管理委员会、教育部等部门内和跨部门的甲烷控排协调机制。明确甲烷减排对全面温室气体减排贡献的计量方法，建立公平有效的政策激励机制。

4.2 推动出台分行业甲烷控排行动方案

研究制定分行业甲烷减排行动方案，减排潜力较大的能源和废弃物处理行业可作为早期减排对象与能力建设的关注重点。建立健全煤炭、油气、废弃物处理等领域甲烷控排政策、技术和标准体系，适时修订煤矿瓦斯排放标准，并强化标准的实施；加强石油天然气开采、废弃物管理等领域甲烷排放控制与回收利用。积极推动甲烷减排相关的气候投融资，引导更多资金流向重点行业和重点企业的甲烷控排。修订温室气体自愿减排机制管理办法，支持具备条件的甲烷减排项目参与温室气体自愿减排交易。探索在国家碳排放权交易体系中全面纳入甲烷以及重点甲烷排放企业的时机和方案。

4.3 加强甲烷控排基础研究与技术研发

强化甲烷控排领域科技投入与资源布局。加强关于甲烷对全球升温和气候变化影响的基础研究，为全球范围内的甲烷控排提供科学依据。厘清自然源和人为源甲烷排放之间的相互作用关系，研究甲烷与其他温室气体和空气污染物的协同减排机理。研究制定各领域甲烷减排技术发展路线图，提出最佳适用技术目录，推广新技术的试点示范和商业化应用。推进甲烷捕获及利用等前沿技术研究，包括甲烷直接空气捕获利用技术、甲烷转化利用技术、微生物甲烷去除技术、新型化肥技术及针对重点反刍动物的零甲烷排放养殖技术等。鼓励地方和行业企业以科技示范项目和重大工程为契机，推动甲烷回收利用相关技术、装备和产业发展。

4.4 深化甲烷控排领域国际交流与合作

利用双边和多边的国际交流与合作机制，在甲烷控制政策、技术、标准体系等各方面与各方加强合作和交流，充分借鉴国际先进甲烷检测与控制经验；与广大发展中国家共同开展甲烷减排技术装备研发与推广应用；协同“一带一路”沿线国家，积极参与甲烷减排行动；提升我国在甲烷控排领域的国际参与度、话语权和主动权。

4.5 加大甲烷控排宣传以及社会参与度

联合国环境规划署(UNEP)报告指出，除了甲烷减排技术外，消费者行为的改变也可以使2030年的甲烷排放量降低15%[30]。消费侧的甲烷减排具有巨大潜力，应加大宣传力度，凝聚社会共识，并动员全社会广泛参与。例如，倡导合理适量健康饮食，尽量避免浪费；倡导垃圾分类、适度消费生活原则，延长物品使用寿命、节约资源等；积极采用绿色出行方式，推广绿色低碳生活方式。通过生产侧和消费侧协同作用，共同推进甲烷减排政策的有效实施。

5 结 语

减少甲烷排放是全球应对气候变化最经济、最有效的措施之一。从排放总量、清单地位、减排独特性以及各行业减排机会来看，我国全面减排甲烷具备一定的可行性。同时，我国甲烷排放来源复杂多样，涉及行业的差异较大，不同部门减排难度各异。甲烷控排是一项复杂的系统工程，也是实现全面温室气体减排的长期难点和重点。甲烷控排工作要着眼长远，科学布局谋划，加大政策支持，加强能力建设，夯实科技支撑，通过跨部门协作甚至国际合作，来积极落实相关减排措施。

“十四五”时期将是我国管控人为源甲烷排放的关键期。开展甲烷控排，须从最具经济性、可行性的重点行业或细分领域开始探索，鼓励企业先行先试，实现减排工作的先易后难。长远来看，须遵从市场规律，择机结合支持性政策与绿色金融工具，进一步扩大甲烷减排的适宜范围，协同消费侧减排措施，积极推动各领域甲烷深度减排。通过制度创新、技术创新与管理创新相结合，加强甲烷排放控制与回收利用，并协同其他温室气体和污染物控制，将为我国落实《中美联合宣言》、助力“双碳”目标的实现，做出重要贡献。