甲烷排放的特点、控制及成本效益专栏

甲烷是典型的短寿命气候污染物,不仅具有明显的温室效应,还有助于形成地面臭氧,形成空气污染和破坏臭氧层。IPCC第六次气候变化评估报告(AR6)指出“持续减排甲烷,可减少全球地表臭氧形成,有助于改善空气质量,并长期降低地表温度”。减少人为甲烷排放是快速降低变暖速度的最具成本效益的战略之一。近年来,国际社会对全球甲烷减排的关注程度日益增强。第26次公约缔约方大会上,美国和欧盟等100多个国家/地区形成了“全球甲烷承诺”联盟,提出了到2030年将全球人为甲烷排放量在2020年水平上减少30%的雄心目标;甲烷减排的目标在COP27得到重申。目前国内外围绕甲烷排放的现状与趋势、甲烷减排与控制的政策措施、甲烷排放源的检测与方法学研究以及甲烷减排技术、经济成本效益研究等方面展开深入广泛的研究,其成果可为制定甲烷减排政策措施,参与应对气候变化国际谈判,维护国家利益,实现2060年碳中和目标提供科学支撑。

本专栏得到国内科学家的广泛关注与支持。阐述了我国稻田甲烷排放及低碳生产的战略路径,分析了科学健康的膳食对农业甲烷排放的影响;针对区域废弃物处理的甲烷排放与管理进行了分析,并对比研究了G7国家废弃物领域甲烷排放的驱动力,对我国开展相关的工作具有重要的借鉴意义。

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基于动态矿井数据库的中国煤炭甲烷排放清单改进及回算研究
刘强, 滕飞, 张林垚
气候变化研究进展    2023, 19 (6): 704-713.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.118
摘要300)   HTML26)    PDF (1622KB)(355)   

煤炭部门是我国最大的人为甲烷排放源,约占我国人为甲烷排放的38%。已有研究表明中国煤炭部门的甲烷排放清单存在较大不确定性,亟需改进清单的核算方法以提高准确性。文中通过基于公开数据建立的动态矿井数据库,结合政府间气候变化专门委员会(IPCC)清单指南的高层级方法,改进了中国煤矿甲烷的清单,并对2012和2014年的煤炭甲烷排放清单进行了回算。结果表明,我国2012年煤矿甲烷总排放为23.33 Tg,与国家清单报告的总量较为一致,但各环节的差异较大。而2014年回算的煤矿甲烷总排放为25.87 Tg,比国家清单高23%。本研究与国家温室气体清单的差异可能主要归因于废弃矿井甲烷排放。本研究估计的废弃矿井甲烷排放占我国煤矿甲烷总排放量的10%~20%,已经成为煤炭甲烷的第二大排放源,但其重要性被现有研究严重低估。同时,排放因子等关键参数的动态变化也极大影响了清单的准确性,说明了提高基础数据时效性的重要性。本研究成果为提升煤炭甲烷清单准确性、支持减排决策分析及实现高质量履约提供了参考。

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全球发达国家CH4排放现状及特征分析
高文康, 胡杰, 马占云, 高东, 刘舒乐, 李照濛, 严薇, 耿瑾泽, 高庆先
气候变化研究进展    2023, 19 (6): 693-703.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.119
摘要189)   HTML22)    PDF (6575KB)(379)   

基于《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)附件一国家提交的1990年至最新清单年份(2020年)温室气体排放数据,探讨了附件一国家排放现状、演变趋势和关键排放源。结果表明:(1)2020年UNFCCC附件一42个国家CH4总排放量为187223.10万t CO2当量,美国、俄罗斯联邦和澳大利亚CH4排放量总和已经占到总排放量的60%。(2)与1990年相比,2020年UNFCCC附件一国家/集团CH4排放整体呈下降趋势,美国、俄罗斯联邦、澳大利亚、欧盟(公约)和欧盟(京都议定书)分别下降14.79%、29.69%、24.01%、40.56%和40.34%,而土耳其、西班牙、新西兰和爱尔兰分别增加了50.62%、2.49%、3.97%和7.91%。(3)主要发达国家CH4排放主要来自农业和能源部门,其次是废弃物部门。其中,在农业部门主要来自肠道发酵,其次是粪便管理;能源部门的CH4排放主要来自燃料的逃逸排放;废弃物部门的主要排放源是固体废物填埋处理。

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全球甲烷控排政策措施评述及其对中国的启示和建议
惠婧璇, 朱松丽
气候变化研究进展    2023, 19 (6): 683-692.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.121
摘要413)   HTML52)    PDF (1448KB)(641)   

相比CO2,甲烷(CH4)寿命短、全球增温潜势高,同时也是地面臭氧污染的关键成分,对其排放进行管控对减缓气候变化和改善大气污染具有重要意义。目前全球人为CH4排放处在上升阶段,其中畜牧业和油气领域是关键排放源。人为源与自然源或已形成正向反馈。就国别排放而言,《联合国气候变化框架公约》附件一缔约方的CH4排放呈现下降趋势,非附件一国家面临挑战。各国主要采用规制类政策措施(例如标准)管控CH4排放,市场手段为辅,同时自愿协议、伙伴关系也是非常重要的成本有效措施。中国通过多措并举在CH4管控方面取得了一定成效,体现为总体排放增速较低,部分环节排放出现下降。未来中国CH4管控面临多重挑战,包括成本高、难以避免结构性排放上升、基础支持体系比较薄弱。基于以上现状和挑战,文中提出针对性政策建议。

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广东省废弃物处理领域甲烷排放特征与管理现状分析
李易熹, 王霄, 许鸿伟, 廖程浩, 张永波
气候变化研究进展    2023, 19 (5): 582-591.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.110
摘要342)   HTML16)    PDF (1710KB)(485)   

为系统了解广东省废弃物处理领域甲烷(CH4)排放特征和管理现状,对2010—2020年广东固体废弃物、废水处理的CH4排放量进行核算,并基于排放结果对广东CH4管理现状进行分析,结果表明:2010—2020年CH4排放占广东废弃物处理温室气体排放的七成以上,主要来自固体废弃物填埋处理CH4排放。废弃物处理领域CH4总排放增势在“十三五”期间实现扭转,其中2020年广东固体废弃物填埋处理CH4排放分别较2018和2010年减少排放约38.1万t和1.3万t,而废水处理CH4排放总体仍然呈现上升趋势,广东废弃物处理甲烷排放管理工作取得了一定成效。此外,建议政府管理部门通过出台甲烷减排行动方案、完善废弃物处理甲烷减排管理机制、持续提升废弃物处理设施运营管理水平等措施,助力我国和广东在“双碳”目标下不断深化甲烷减排工作。

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G7国家固体废弃物处理领域甲烷排放驱动力分析
杨儒浦, 冯相昭, 王敏, 李丽平
气候变化研究进展    2023, 19 (5): 573-581.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.090
摘要300)   HTML19)    PDF (1564KB)(435)   

甲烷控排是有效减缓全球温升效应的重要举措,已引起国内外广泛关注。文中基于EDGAR数据库,采用脱钩指数和对数平均迪氏指数(LMDI)分解法对G7国家固体废弃物(以下简称固废)处理领域甲烷排放与经济发展之间的关系进行量化分析。研究发现,G7国家固废甲烷排放均已出现峰值,美国、加拿大、法国、德国、英国和日本达峰时人均GDP集中在3万~4万美元,意大利人均GDP刚超过2万美元,各国排放均未与经济发展实现绝对脱钩。以人口、人均GDP、固废产生强度、甲烷排放系数为驱动力进行结构分解,结果表明,人口和人均GDP的增长持续驱动G7各国固废处理甲烷排放量攀升,但驱动力随发展速度下降而显著减弱。甲烷排放系数的降低是实现控排的最主要因素,固废产生强度下降在大部分时期同样能够抑制甲烷排放增加。通过不断强化垃圾分类回收、推动填埋场甲烷收集利用,甲烷排放系数有望持续降低。结合G7国家采取的主要控排政策与行动,为助力中国在固废领域甲烷控排,提出了制定减排战略、控制固废产生强度、减少进入填埋场的有机物、强力推进填埋气回收利用或是销毁等建议。

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健康膳食对农业甲烷排放的影响分析
华而实, 陈敏鹏, 崔焱绒
气候变化研究进展    2023, 19 (5): 559-572.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.071
摘要251)   HTML10)    PDF (6956KB)(268)   

基于清单法计算了1981—2060年中国农业源CH4排放量,基于情景设计分析了5种健康膳食结构的农业源CH4减排效应。研究表明:1981—2021年中国农业源CH4排放从18.46 Mt上升至22.23 Mt,其中肠道发酵、水稻种植和淡水养殖是CH4排放的主要来源。基准情景下,中国农业源CH4排放于2036年达到峰值24.91 Mt,2022—2060年累积排放940.40 Mt。5种健康膳食情景将促进全国CH4提前到2030年之前(2021—2027年)达峰,2022—2060年累积减排170.22~343.31 Mt(18%~37%)CH4,其中动物性食物消费相对较少的健康膳食情景CH4减排潜力更大。

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稻田甲烷排放现状、减排技术和低碳生产战略路径
秦晓波, 王金明, 王斌, 万运帆
气候变化研究进展    2023, 19 (5): 541-558.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2023.136
摘要969)   HTML67)    PDF (5774KB)(1621)   

作为第一大主粮作物,水稻在我国粮食和重要农产品稳定安全供给体系中占有举足轻重的地位,其低碳生产不仅关乎国家双碳战略的推进,更对国家粮食自给率提升、国民膳食营养改善和气候外交的实施意义重大。文中从我国稻田甲烷(CH4)排放现状、减排技术和低碳生产战略等方面,系统论述了低碳可持续稻谷生产系统的实现路径。近年来,我国水稻种植面积尽管有所波动,但水稻单产持续增加,2021年平均亩产高达474.2 kg,创历史新高。与此同时,稻田也是我国CH4主要排放源(1.87 亿t CO2e),占我国农业活动CH4排放总量的40.1%。因此,面对水稻可持续生产、未来气候变化不利影响及气候外交的多重挑战,稻田CH4减排要充分考虑水分、肥料、品种、耕作和菌剂产品等的综合运筹,以人为强化措施为主,辅以基于自然的解决方案,建立主产稻区适用“抑菌减排-增腐固碳-良种丰产-减投增效”的“抑增良减”技术体系。实施覆盖作物种植、免耕轮作、高产低排品种选育、覆膜保墒、菌剂增效产品、智能机具、合理密植、肥蘖脱钩、干湿交替和增氧耕作等十大技术模式,在确保稻米有效供给的同时减排增碳,实现水稻可持续绿色高质量发展。

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