美国油气行业甲烷控排技术绩效标准及对中国的启示

杨罕玲 赵一炜

(1.美国环保协会纽约办公室；2.石油石化污染物控制与处理国家重点实验室)

0 引 言

自1750年以来，人类活动已经导致大气中的甲烷浓度翻了两倍，并且近年来还在以前所未有的速度上升[1]。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第六次评估报告第一工作组报告指出人为甲烷排放已导致近30%的温升，大幅度降低甲烷排放是实现巴黎协定1.5℃温控目标的必要手段[1]。根据联合国环境规划署(UNEP)和气候与清洁空气联盟(Climate and Clean Air Coalition)共同发布的“全球甲烷评估报告”(Global Methane Assessment)，采取现有措施到2030年可以将人为甲烷排放减少45%，到2040年将避免0.3℃的温升[2]。与农业、煤炭和废弃物处理行业相比，油气行业的甲烷减排更加迅速、成本更低。根据国际能源署(International Energy Agency，IEA)的估算，70%以上的全球油气甲烷减排可以通过现有技术实现，并且超过40%的减排为净零成本[3]。

油气行业是美国最大的工业甲烷排放源，占美国人为甲烷排放总量的30%[4]。2021年11月格拉斯哥气候峰会期间，美国和欧盟牵头100多个国家发起“全球甲烷承诺”(Global Methane Pledge)，宣布到2030年集体实现30%的减排目标[5]。美国政府也在峰会期间公布“甲烷行动方案”[6]、联邦油气行业甲烷和VOCs新规提案，拟强化对新建(包括重建、改建)排放源的监管，并首次将现有源纳入甲烷管控，兑现了拜登总统就职第一天关于加强甲烷管控的气候承诺。新规如果得以实施，受控油气排放源预计到2030年将能在2005年的排放水平上取得近75%的甲烷减排[7]。峰会期间，中美两国发表气候联合宣言[8]，合作重心包括甲烷测量和减排技术以及管控政策双边交流，聚焦通过标准来减少化石能源和废弃物的甲烷排放。中国宣布将制定国家甲烷行动计划，争取在21世纪20年代取得甲烷减排的显著效果。美国对甲烷排放环境治理的经验可以为中国出台相关法规和政策提供借鉴。

1 美国环境空气质量标准、排放源控制技术绩效标准、大气排污许可证

美国《清洁空气法》(Clean Air Act)是世界领先的全面大气污染治理的法律，也是美国“合作联邦制”(Cooperative Federalism)的典范。在此管理模式下，联邦政府设立标准和基线，州和地方政府按自身情况设立等效或更严格的标准，并负责实施和执行。2007年联邦最高法院判决温室气体(包括甲烷)符合《清洁空气法》对大气污染物的宽泛定义，因此，美国环境保护署(U.S.EPA)有权且有义务对温室气体实施监管[9]。2009年，U.S.EPA发表温室气体危害鉴定说明[10]，并于2010年启动大型设施温室气体报送计划(Greenhouse Gas Reporting Program)，正式将温室气体排放纳入管理范畴[11]。

《清洁空气法》制定了一系列固定和移动污染源的管控标准和措施，其中涉及固定污染源(如油气排放源)控排管理的主要有以下几点。

1.1 国家环境空气质量标准

《清洁空气法》要求U.S.EPA制定国家空气质量标准(National Ambient Air Quality Standards，NAAQS)，设立6种常规污染物的大气浓度限值[12]。按各污染物排放情况，U.S.EPA将各州所辖区域划分为“达标地区”“未达标地区”或“不可分类地区”(如数据不足无法分类，一般按“达标”处理)[13]。州政府必须制定实施计划(State Implementation Plan，SIP)控制污染排放以确保空气质量达标。SIP获得U.S.EPA批准后方能生效[14]。对于没有提交SIP或者SIP不合格的州，U.S.EPA将代替州政府制定并执行联邦计划(Federal Implementation Plan，FIP)[15]。

1.2 新源大气控排技术绩效标准和现有源控排技术指南

为优先防控重点污染源，《清洁空气法》要求U.S.EPA制定大型固定排放源目录(包括油气排放源)，并针对污染源类别设立相关控制技术绩效标准，每8年复审和更新[16-17]。设立全国统一的技术绩效标准基线有利于防止州之间的恶性竞争，同时也为企业提供灵活的减排选择。

“有毒有害大气污染物技术控制标准”(National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants，NESHAP)适用于新建和现有源的有毒有害大气污染物(Hazardous Air Pollutants，HAPs)排放管理[18]。NESHAP的制定参考的是当时能实现HAPs减排最大化的控制技术水平(Maximum Achievable Control Technology，简称MACT基线)。HAPs新源标准直接采用MACT基线，而现有源则一般取行业中前12%的排放源所能达到的平均减排水平[19]。鉴于HAPs的危害性，MACT基线的设定无需考虑减排成本。

“新源排放绩效标准”(New Source Performance Standards，NSPS)适用于新建排放源的非HAPs(如常规大气污染物、温室气体)的排放管控。《清洁空气法》规定，如果U.S.EPA认为制定排放源的排放限值不可行，那么U.S.EPA可以针对排放源的设计、设备、操作和运营方法提出相关要求[20]。NSPS参考的是最佳减排体系(Best System of Emission Reduction，BSER)或最佳示范技术(Best Demonstrated Technology)，允许考虑合理成本。在NSPS标准制定伊始，U.S.EPA首先对现有技术进行评估和筛选，然后对技术的相关成本、排放可能造成的超出空气污染之外的(如固废排放污染)对健康、环境和能源系统的影响，最后在此基础上制定排放源的排放限值或控制标准[20]。NSPS要求受控排放源在启动阶段必须先证明达标排放。

《清洁空气法》规定，如果某大气污染物(如甲烷)不属于常规污染物或者HAPs的范畴，并且U.S.EPA针对该污染物设立了新源NSPS，那么U.S.EPA有义务制定相应的现有源排放指南(Existing Source Guidelines，EG)[20]。州政府必须在其SIP实施计划中参考该指南标准以设置等效(或更严格)的技术标准。州的现有源标准可以考虑相关设施的剩余寿命等因素，经U.S.EPA批准后方能实施。另外，针对联邦尚未管控的污染物，州政府有权制定自己的标准。

1.3 大气排污许可

为确保新建排放源不会恶化所在地区的空气质量，《清洁空气法》规定新源必须申请预建和运营大气许可证。许可证制度是各州SIP空气达标计划的重要组成部分，也是实施控排技术绩效标准的手段。在U.S.EPA的授权下，州和地方政府通常负责许可证的颁发和执行。许可证一般分为预建和运营两大类。

1)预建新源排放审查许可证(New Source Review，NSR)[21]

防止空气质量显著恶化许可证(Prevention of Significant Deterioration，PSD)：适用于空气质量达标地区的主要新建排放源，允许各排放源根据自身情况选择最佳可用控制技术(Best Available Control Technology，BACT)，但必须能达到NSPS的绩效标准。《清洁空气法》对“主要排放源”的门槛设置为：任意一种大气污染物(例如VOCs)的潜在排放量(potential to emit，PTE)超过100公吨/a(“公吨”以下简称“t”)，或任意一种HAP的PTE超过10 t/a或多种HAPs的PTE合计超过25 t/a。在空气质量未达标区，主要排放源的纳入门槛更低。

空气质量未达标区的主要新源审查许可证(Non-attainment NSR)：要求使用最严格的减排技术。但考虑到经济发展需求，允许购买本地区减排信用，以实现最低可达排放限值。

次要新源审查许可证(Minor NSR)：适用于小型排放源，不分达标和未达标区。

2)Title V固定源排放运营许可证[22]

排放源运营许可证必须涵盖预建许可证的要求，同时满足(或严于)相关NSPS和NESHAP的控制标准。即使U.S.EPA后来削弱或撤销标准，州政府有权继续实施相关要求。

3)温室气体(甲烷)排放许可证管理

出现以下任一情况，温室气体排放必须被纳入大气许可证管理。

当排放源因其他大气污染物(例如SO2、VOCs)或者HAPs的潜在排放量(PTE)而被纳入许可证管理，并且其温室气体PTE超过75 000 t二氧化碳当量/a，那么该排放源必须满足温室气体管控要求，即采用BACT技术进行减排[23]。需要说明的是，根据2014年联邦最高法院的判决，仅凭温室气体排放本身不能要求排放源申请许可证[24]；或针对某种温室气体和排放源设有专门的NSPS控制技术绩效标准(如针对油气排放源已制定了甲烷管控标准2016 NSPS OOOOa、NSPS OOOOb和EG OOOOc(如提案通过))，那么无论排放源的年温室气体PTE是否超过75 000 t，州政府在颁发预建和运营许可证的时候都必须要求该排放源满足相关NSPS和州现有源的控制标准，这也意味着受控油气排放源必须申请甲烷排放许可证[25]。

2 美国油气排放源甲烷等大气污染物控排技术标准的制定历程

早在1979年 U.S.EPA就将石油和天然气生产(包含生产、加工、储运和输配)列为大型排放源类别[26]。迄今为止，除了输配环节外，U.S.EPA已针对油气生产各环节的二氧化硫(SO2)、VOCs和甲烷排放源制定了相应的NSPS技术标准(具体参见表1)[27]。其中，甲烷法规几经反复，最初在奥巴马总统任期内通过，后遭到特朗普政府撤销，现又被拜登政府纳入应对气候变化的首要日程。U.S.EPA颁布的油气生产排放源相关NSPS控制技术标准及时间节点概括如下：

1985年出台陆上天然气加工厂SO2排放源控制标准(NSPS LLL)[28]和加工厂设备VOCs泄漏控制标准(NSPS KKK)[29]。

2012年更新了天然气加工厂SO2和VOCs排放源控制标准，要求对加工厂设备进行泄漏检测和修复(LDAR)；并规定了天然气井(包括水力压裂井)绿色完井、离心式和往复式压缩机、天然气气动阀门和储罐等排放控制要求。新标准被称为NSPS OOOO[30]。

2016年修订了NSPS OOOO标准并新增甲烷控制技术标准(简称NSPS OOOOa)，增加了对水力压裂油井和气动泵的VOCs管控，并要求对井场和设备开展VOCs和甲烷LDAR[31]。

2020年9月，特朗普政府通过了两个修正法规(政策法规[32]和技术法规[33])，严重削弱了NSPS OOOOa的效力。bp、壳牌和埃克森美孚等油气公司均声明反对修订[34]，加利福尼亚等州政府和美国环保协会(Environmental Defense Fund，EDF)等环保机构对这种开倒车的行为提起了法律诉讼[35]。2020法规修订的主要内容以及诉讼理由总结如下。

1)政策法规修订

以VOCs管理对甲烷减排具有同等效应为由，撤销了对新源的甲烷管控，由此也免除了U.S.EPA制定现有源甲烷控排指南的义务，导致6万多个新油气井和超过80万的现有油气井不受甲烷排放管控[36]。由于天然气储运和输配环节涉及的主要气体是甲烷而非VOCs，仅按VOCs的排放量来设置管控门槛实际意味着免除对些环节的管控。另外，相较VOCs，甲烷更是整个油气供应链的主要排放气体，但U.S.EPA并没有充分说明管理甲烷所增加的负担以及选择VOCs(而非甲烷)作为监管对象的理由[37]。

声称VOCs作为常规污染物(地面臭氧和PM)的前体物已经被国家空气质量标准NAAQS所覆盖，且在没有提供数据说明的情况下以现有排放源未来会被改建/替换而被纳入NSPS管辖为由，否认U.S.EPA有义务出台现有源VOCs控排指南。然而《清洁空气法》规定的是当污染物属于NAAQS覆盖的常规污染物或NESHAP覆盖的有毒有害污染物范畴时，U.S.EPA才无需制定该污染物的现有源控制指南，法律条文并未提及该规定是否适用于常规污染物的前体物[38]。撤销对现有源的VOCs管控意味着放任近2.3×106t VOCs排放，与上述提到的以VOCs管控代替甲烷管控的说法相矛盾[36]。退一步说，即便法律适用于常规污染物的前体物，鉴于甲烷的污染性质和排放量，也有必要对甲烷实施直接管控。

将天然气储运环节从油气生产污染源类别中剔除，导致储运排放源(压缩机、设备泄漏、气动阀门、气动泵和储罐)不受任何排污控制。此举不但违反了《清洁空气法》保护环境和公共健康的初衷，也不符合U.S.EPA过去几十年一贯采用的油气生产污染源定义，属于滥用裁量权行为[36]。

2)技术法规修订

技术修订放松了对VOCs的检测要求，比如允许按储罐群的平均排放来决定单个储罐是否属于受控设施，将集输加压站的泄漏检测频率从每季度降低到每半年[33]。放松检测维修要求将导致排放增加。

2021年1月拜登总统上台后要求法院暂停对甲烷法规的诉讼审理，并发表行政命令[39]要求U.S.EPA于2021年出台更严格的油气新源排放绩效标准，并制定现有源甲烷控排指南(EG OOOOc)。

2021年4月和6月，基于“国会审查法”(Congressional Review Act)授予的权力(国会有权撤销其换届前60日内联邦政府颁布的法规)，美国参众两院相继通过决议撤销了特朗普政府与《清洁空气法》背道而驰的甲烷政策法规[40]。拜登总统签字后，2016 NSPS OOOOa关于甲烷管理和储运作为“生产”排放源的一部分应受大气排污管控的法规重新生效，但特朗普政府的技术法规仍继续实施。

2021年11月15日，现任U.S.EPA出台了油气新排放源NSPS OOOOb和现有源甲烷减排指南OOOOc的提案，覆盖近86%的油气甲烷逃逸排放量[41]。提案要点和进度如下。

1)提案旨在完全恢复并强化2016年法规，并首次提出对现有源进行甲烷管控[41]：保留了2016天然气加工厂脱酸设备的SO2排放标准以及完井、离心压缩机的VOCs和甲烷排放标准；强化2016标准中对井场、加压站、储罐、气动泵、离心压缩机以及天然气加工厂设备的VOCs和甲烷泄漏管控，将检测频率提高到每季度甚至每两个月；用零排放控制器替代天然气气动控制器；增设对井口排液以及油井伴生气的VOCs和甲烷排放管控。提案的具体技术标准参见表2。

表2 2021甲烷和VOCs 新源技术控制标准以及现有源标准指南(提案)覆盖的排放源和绩效标准

2)根据U.S.EPA对新规开展的“法规影响评估”(Regulatory Impact Analysis)分析[43]，新规一旦实施，预计在2023—2035年期间，美国油气行业将累计减排3.7×107t甲烷、1.1×107t VOCs和4.4×105t HAPs。新规每年将产生45亿美元的减排净收益(折现成2019年货币金额)。收益计算纳入了回收天然气的经济收益、甲烷减排带来的气候收益(按甲烷碳社会成本[44]和3%折现率计算)，但因数据不足未计入法规产生的其他污染物(如地面臭氧、PM2.5等)协同减排的气候和健康收益。新规具体成本收益数据见表3。U.S.EPA计划在未来其他法规评估中考虑纳入本法规可能产生的协同收益[43]。

表3 2021甲烷和VOCs 新源技术控制标准以及现有源标准指南(提案)法规影响评估2023—2035年预计减排收益、合规成本(亿美元，折现成2019年货币金额)

3)新规影响评估采用的主要依据[43]

设施数据：来源于美国温室气体清单、Enverus公司的能源分析数据、美国能源信息署的年度展望报告。

不同时期代表BSER技术典型设施的合规成本和减排成效。

4)新规意见征集已于2022年1月31日截止。目前U.S.EPA正在收集意见和信息，考虑是否设立弃井和未封堵井、管道、管道清管器收发球筒、卡车液体装载的控制标准，以及是否允许超级排放源采用替代OGI的检测方法及公众监测，并计划在2022年下半年出台增补法规。如果一切顺利，NSPS OOOOb将于2023年初通过；现有源EG OOOOc则需要州先在其SIP计划中设立控制标准，然后征得U.S.EPA同意，期间还要开展广泛的公众参与，预计于2026年生效[41]。

3 美国油气甲烷排放管控对中国的借鉴意义

中国目前围绕落实“3060”双碳目标，正在统筹推进气候变化与环境保护相关工作。中国承诺出台国家甲烷行动计划，提高检测水平和制定甲烷减排政策及标准。结合美国甲烷管控经验，本文对中国油气行业甲烷排放管理提出以下建议。

一是尽快修订环境影响评价和许可证等法律法规，强化甲烷等温室气体的法律保障。美国将甲烷等温室气体纳入《清洁空气法》覆盖的大气污染物，授权环境管理部门运用空气质量标准、控排技术绩效标准和大气排污许可证等一系列法律手段实施温室气体管控。目前《中华人民共和国大气污染防治法》规定协同控制常规大气污染物和温室气体排放[45]，并未将温室气体划为污染物，因此将甲烷纳入现行环评和排污许可机制的法律基础还存在一定的模糊性。为了推进排污降碳协同控制工作，2021年生态环境部先后出台了5份文件提出将温室气体纳入环评和排污许可证试点研究，加快全国排污许可证管理信息平台功能改造升级，鼓励有条件的地区除了开展CO2排放环评试点，还可进行非CO2温室气体(如甲烷)环评和减污降碳协同性分析[46-50]。因为缺乏明确的法律授权，目前这些文件还停留在环保部通知和意见的层面上，对其他部门和机构的约束还相对较弱，因此有必要尽快修改环评法和相关技术导则体系，将温室气体排放纳入环境影响评价，建立健全以排污许可制度为核心的污染物和温室气体监管体系。

二是制定全国统一的油气排放源甲烷和VOCs联合控排技术绩效标准。根据美国2021新规的成本效益研究，针对甲烷排放量超过3 t/a的油气场站，如果仅控制单一污染物，那么管理甲烷比管理VOCs更有经济效益。但是相比联合管控，单一管控的效益远远落后于前者；就联合管控检测频率来说，开展季度检测维修能实现最大的成本和减排效益[41]。中国目前尚未制定直接针对油气行业甲烷排放的环境标准，主要通过VOCs管控实现协同减排。生态环境部2019年出台的GB 37822—2019《挥发性有机物无组织排放控制标准》将VOCs定义为“VOCs质量占比大于等于10%的物料，以及有机聚合物材料”[51]，GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》针对重点地区的油气集中处理站、天然气处理厂和储油库，要求当VOCs占比大于10%且设备与管线组件的密封点超过2 000个时，应开展泄漏检测与修复工作[52]。鉴于甲烷为油气生产主要排放气体及且有些设备密封点数低于规定值，该VOCs标准对甲烷管理适用范围有限。考虑到现阶段中国油气行业甲烷排放总量基数不明，建议在更新排放清单和制定绝对减排目标的同时，可以借鉴美国经验对排放源和操作工艺提出甲烷技术控排绩效标准，如开展季度LDAR、严格规定维修完成期限。这样一方面确保源头减排，另一方面允许企业灵活选择达标措施，甚至可以考虑允许企业将超额减排的部分在市场上进行销售，提高企业的减排积极性。

三是采用先进的泄漏检测方法和技术，制定严格的油气甲烷排放检测、报告和核查(MRV)法规。根据科学实测研究，美国天然气供应链的甲烷排放高出国家清单数据的60%[53]。U.S.EPA正在考虑制定附加管控条例增加其监管的透明度和公信力，如允许第三方(州政府、民间团体、油气设施周边社区)采用先进的检测技术(如移动检测、卫星遥感等)识别超级排放源，促进企业减排[54]。

四是积极参与油气甲烷减排国际经验分享，推动绿色“一带一路”建设。举例说明，油气行业的燃除排放是气候污染的主要源头之一，2020年全球天然气产量的4%被燃除[55]。美国2021年新规提案首次将油田伴生气排放纳入管控，要求优先回收利用甲烷禁止放空。如果只能燃除，甲烷和VOCs销毁率必须达到95%。相比联邦标准，几个主要的油气生产州的燃除法规更加严格。阿拉斯加州将放空和燃除视为资源浪费，如果未经许可放空、燃除超过1 h则视为违法[56]。科罗纳多州针对紧急情况颁发限时单次豁免，且须事先批准[57]。新墨西哥州则禁止常规燃除[58]。2021年EDF依据伍德·麦肯兹(Wood Mackenzie)和天然气燃除监测组织(Flaring Monitor)的数据，对20家大型石油公司(包括中国石油天然气股份有限公司和中国海洋石油有限公司)的燃除表现进行了评估[59]。其中，中国石油天然气股份有限公司在抽选的国家石油公司中燃除绩效排名靠前。

2022年1月生态环境部和商务部联合出台《对外投资合作建设项目生态环境保护指南》，规定当东道国没有相关标准或标准要求偏低的，鼓励企业采用国际通行规则标准或中国更严格标准；企业实施石油化工项目时，要加强污染治理设施建设和运维，减少污染物和温室气体排放[60]。鉴于2021年中国在“一带一路”国家的能源投资一半用于油气开发[61]，中国油气企业可以将燃除管理的有效措施与东道国的合作企业分享，积极推动带路国家的甲烷减排和低碳转型。

4 结 论

中国目前天然气对外依存度超过40%，已经超过日本成为世界最大的液化天然气进口国。在全球能源供应紧张和价格上涨的情况下，开展甲烷减排和回收利用不仅具有积极的气候、环境和健康效益，同时也可以节约宝贵的资源，提高能效和增加供应。近期，中国石油天然气集团公司参与的“国际油气行业气候倡议”组织(Oil and Gas Climate Initiatvie，“OGCI”)设立了“甲烷零排放”目标，承诺将甲烷问题视为安全问题对待，争取在2030年前其成员公司实现油气运营资产甲烷近零排放，并鼓励合作伙伴也尽力达到这一目标。正如OGCI所说的，几乎所有的油气甲烷排放都可以而且应当避免。中国尽早制定强制性的油气甲烷减排目标和控制标准将有助于明确政策方向，为企业创造公平的竞争环境，促进甲烷检测和减排技术的投资和开发，为即将出台的国家甲烷行动方案的顺利实施提供坚实保障。