Nature Communications | 中国2060年前甲烷减排潜力、成本及不确定性评估

原文信息：

Khanna, N., Lin, J., Liu, X., & Wang, W. (2024). An assessment of China’s methane mitigation potential and costs and uncertainties through 2060. Nature Communications, 15(1), 9694.‍‍‍

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-54038-y.

中国是世界上最大的甲烷排放国，逐步将甲烷减排纳入气候目标的核心议程，但在对关键甲烷源以及减排机会和相关不确定性的理解上存在差距。文章采用自下而上的建模方法，结合更新的甲烷排放预测和减排成本分析，考虑了中国能源和农业部门的额外排放源、不确定性和减排措施。在此，我们展示了到2030年中国减少甲烷排放具有显著的成本效益潜力，有可能减少6.6亿吨二氧化碳当量，平均减排成本为每吨二氧化碳当量-6.40美元, 表明具有净经济效益。这种潜力大部分存在于能源部门，特别是针对煤炭开采，但到2060年，更大的潜力将转向农业。水产养殖和水稻种植中的生物炭应用具有净经济效益，但在推广与实施层面尚需加强支持，而对于肠道发酵、水稻种植和废水的剩余排放则需要新的减排措施。

（1）中国当前甲烷排放及不确定性

中国2020年人为甲烷排放总量为6.38亿吨（MtCH₄），按照100年全球变暖潜能值（GWP100）换算，相当于19.13亿吨二氧化碳当量（MtCO₂e）。其排放源中农业占41%、能源占46%、废弃物和废水占13%，其中，农业中16%的排放来自水产养殖。通过图1与其他近期主要基于自下而上清单方法的估算对比发现，本研究估算值处于较高水平。这主要归因于纳入了废弃煤矿和水产养殖这两个额外排放源，并且在能源部门采用了区域加权中位数煤矿甲烷排放因子，这种方法有效降低了能源部门排放的不确定性。在各部门排放估算方面，农业排放估算值高于其他研究，而能源和废弃物部门的估算与其他研究具有可比性。进一步分析表明，农业和废弃物部门的源活动数据及排放因子存在较大不确定性。例如，农业中的肠道发酵和粪便管理活动数据，以及水稻种植排放因子；废弃物部门的工业废水相关变量等，均呈现出较高的不确定性。

图1：中国2020年各行业甲烷排放量估计

（2）中国未来甲烷排放及不确定性

中国2017年甲烷排放估算关键不确定性源自煤炭开采、水稻种植、废水和肠道发酵，图2a-c展示了煤矿开采与水稻种植在不同减排情景下的甲烷排放预测及不确定性。其中，图2a表明煤矿甲烷和水稻种植是主要的不确定性因素。煤矿甲烷排放因子的不确定性处于±80%左右，与全球大于±100%的同类估计较为接近；而水稻种植减排效率的不确定性为±10%，低于现有EDGAR排放清单中全球水稻种植甲烷排放因子的不确定性。随着经济转型，煤炭开采量逐渐减少，煤矿甲烷的总体不确定性水平也随之下降，预计到2060年将近乎被淘汰（如图2b所示）。对于水稻种植，在不同减排情景下其总体不确定性水平较低，但由于生物炭减排功效存在不确定性，导致其总体不确定性保持恒定，且生物炭措施在2030年已全面实施（如图2c所示）。尽管存在上述不确定性，但在深度减排情景下，到2060年总甲烷排放量相比参考情景仍有降低58%的可能性。

图2: 中国2020-2060年甲烷排放及其不确定性

a)总排放和不确定性；b)煤矿排放和不确定性；c)水稻种植排放和不确定性

图3显示，不同时期能源部门的减排潜力主要依赖煤炭开采（2020-2040年）和废弃煤矿（2025-2060年），农业部门在深度减排情景下减排潜力显著提升，尤其是通过水稻灌溉管理措施。2050年后煤炭开采潜力降低，深度减排情景在2040年前因通风瓦斯（VAM）措施有更大潜力；农业部门在深度减排情景下，水稻种植的灌溉等措施在2030年和2060年比成本效益情景有更多减排量，高成本措施也有一定减排潜力。

图3: 按来源划分的甲烷减排量

a)具有成本效益的缓解方案；b)深度减排方案

图4为深度减排情景下的2030年甲烷减排成本曲线，展示了不同部门甲烷减排措施的相关情况。水产养殖从粗放和半集约转为集约系统减排潜力达1.04亿吨CO₂e且平均减排成本为负（有净收益）；农业生物炭应用和能源利用高浓度煤矿甲烷发电平均减排成本也为负但潜力低于水产养殖；煤矿VAM减排潜力最大（2.23亿吨CO₂e）且成本低；而水稻种植水和肥料管理、现场利用低浓度煤矿甲烷、石油部门减排、肠道发酵等措施平均减排成本高于$25/tCO₂e，这些高成本措施在2030年共实现1.64亿吨CO₂e的甲烷减排量。

图4: 2030年深度减排方案的甲烷减排成本曲线

本文通过自下而上的建模方法分析得出，中国在2030年有显著的甲烷减排成本效益潜力，可达6.6亿吨CO₂e（若纳入更多措施为7.1亿吨CO₂e），平均成本-$6.40/tCO₂e，此时能源部门尤其是煤炭开采减排潜力大，不过到2060年潜力将转向农业部门。煤炭开采及废弃煤矿甲烷排放是关键问题，可通过制定法规标准和金融激励来促进减排。农业方面，水产养殖和生物炭应用有净效益应加强研发实施，且长期需政府资助和私人投资以应对其减排与排放问题，废水部门需探索新措施并开展国际合作。同时，研究虽解决了部分甲烷排放不确定性，但仍存在未考虑部分子部门不确定性、未涉及新兴技术和社会经济范式转变等不足。