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0.5℃可以归因于甲烷排放
甲烷作为气候超级污染物之一，其增温潜势高于二氧化碳数十倍。在20年和100年的尺度上，甲烷对全球变暖的影响分别是同样质量的二氧化碳的86倍和28倍[1]。从体量上来看，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，全球范围内的甲烷排放正在以几十年内最快的速度增长[2]，并在2023年创历史排放新高[3]（下图中间）。
图 1 2023年3种主要温室气体排放创历史新高
图片来源：NOAA 美国国家海洋和大气管理局
根据IPCC第六次评估报告的第一工作组报告，2010-2019年间由人类活动造成全球地表温度比工业化前上升了约1.07℃，其中0.5℃可以归因于甲烷排放[4]。若不采取新的行动和措施，在2020年代里甲烷的排放仍将进一步增加，危及1.5℃或2℃目标的实现。
在人类活动之外，占地表面积6%的湿地是最大的甲烷天然来源之一。随着全球温度上升，湿地生态系统中的“产甲烷古菌”活动增加，释放出更多的甲烷。
《自然-气候变化》的一项研究显示，基于观测的数据和基于再分析数据（通过模型工具对历史气象观测资料进行重新处理和分析来生成长时间序列的气象数据，用于弥补观测数据中由于测量点、所用仪器不同带来的偏差），都表明热带湿地在全球湿地甲烷的排放中贡献巨大[5]。这些湿地在贡献气候变化的同时也在遭受气候变化的打击。
去年夏季，在厄尔尼诺和气候变化的共同作用下，亚马逊水系的水位达到了有记录的一个多世纪的最低值，当地水文学家艾恩·弗莱施曼（Ayan Fleischmann）描述了从未有人见过的心碎景象，70余只淡水豚因水温过高和水位过浅死亡。他同时提到许多沿河居住的原住民也在遭受苦难：由于水位太低无法乘船，原住民无法及时前往医院，或者获取食物和水[6]。
除了加剧气候变化，对生态环境造成破坏，甲烷作为同为气候超级污染物的地面臭氧的关键前体，对空气污染、公共健康和粮食安全等都会产生负面影响。地面臭氧是主要空气污染物之一，在全球范围内每年导致100万人因呼吸系统疾病过早死亡。地面臭氧也会通过气孔进入植物叶片，对农作物生产带来负面影响。一项发表在《自然-食物》期刊的研究指出臭氧的增加引起我国的小麦、水稻和玉米等主粮作物8.6%~32.6%的减产，其中小麦受影响最大[7]。
我们对于甲烷所带来的上述问题并非束手无策。事实上，减少甲烷等超级气候污染物能迅速减缓气候变暖。甲烷同时是一种短寿命气候污染物（SLCP），其在大气中的寿命约为12年，这意味着针对甲烷的减排策略能在较短期内带来多重效益。
治理与可持续发展研究所（IGSD）首席科学家Gabrielle Dreyfus的分析指出，若将短寿命气候污染物和氧化亚氮的减排措施与减碳措施协同起来，2030~2050年的升温速度降低约50%，其中约一半的贡献来自甲烷减排；到2050年，这些措施可避免的升温净值为0.26 °C，几乎是仅关注二氧化碳的减碳效益（0.07 °C）的四倍[8]。
图 2 人为甲烷排放量及2030 年各部门减排潜力（左）以及各部门甲烷减排带来的效益（右）
图片来源：气候与清洁空气联盟（CCAC）与联合国环境署（UNEP），《全球甲烷评估》
除了减缓气候变暖的效应之外，甲烷减排还能改善环境、减少疾病和粮食减产。根据气候与清洁空气联盟（CCAC）与联合国环境署（UNEP）联合发布的《全球甲烷评估》报告， 每减排一百万吨的甲烷相当于每年可减少1430例过早死亡、4000例与哮喘有关的就医，14.5万吨由臭氧导致的粮食减产，以及由于极端高温导致的400万小时的工作时长损失[9]。
需要注意的是，近期有研究揭示甲烷减排与大气污染物减排之间除了协同效应外也存在着拮抗作用，即氮氧化物等污染物的减排会显著延长甲烷在大气中的寿命，意味着相对于中等情景，清洁情景下20%的甲烷减排量被抵消。因此，为了实现甲烷减排，可能需要更强力、更多的政策努力[10]。
图 3 污染物减排对甲烷控制难度的影响
图片来源：北京大学城市与环境学院
排放结构存在显著差异
最新的全球甲烷预算（Global Methane Budge）[11]中，按照自上而下的方法，全球甲烷排放中自然源排放约占36%，人为排放源约占60%，其余4%是自然源与人为源混合（生物质与生物燃料燃烧）。其中湿地约占全球甲烷排放的29%，是最大的自然排放源。
根据《全球甲烷评估》[10]，人为排放源中，农业是最大的排放源（水稻种植占比8%，畜禽养殖占比32%），紧随其后的是能源部门，占比37%（煤炭开采和油气开采、运输分别占比12%和23%），废弃物管理是第三大来源，占比18%。建筑、交通和工业部门也有少量甲烷排放，共占比5%左右。
图 4 全球人为甲烷排放来源和结构
图片来源：作者根据《全球甲烷评估》信息制作
我国的甲烷排放结构与欧洲、美国等地存在显著差异。基于欧盟的全球大气研究排放数据库（EDGAR）的统计数据，在能源部门，我国的甲烷主要由煤矿产生，而美国和欧洲OECD国家则主要来自石油和天然气，这与我国以煤炭为主的能源结构相符合。在农业部门，我国水稻种植所产生的甲烷占主导地位，在美国和欧洲OECD国家则是由畜禽养殖主导，这也与我国居民的饮食结构与习惯相符合。
图 5 中、美、欧甲烷排放结构对比（2018年）
图表来源：北京绿色金融与可持续发展研究院，高瓴产业与创新研究院，绿色创新发展研究院. (2022). 《甲烷减排：碳中和新焦点》
注：*欧洲选取的是欧洲OECD国家
如下图所示，根据中国2023年12月提交的《气候变化第三次两年更新报告》，2018年中国共排放甲烷6411.3万吨（包含土地利用、土地利用变化和林业LULUCF），其中自然源排放占比6.2%。在人为排放源中，能源活动是最大的排放源，占比45%；在能源活动的甲烷排放中，煤矿甲烷占比达到87%。农业活动是第二大甲烷排放源，占比37%；而在农业甲烷排放中，水稻种植的甲烷排放占比超过39%，是农业甲烷的第二大排放源。
图 6 2018年中国甲烷排放来源和结构
图片来源：作者根据《气候变化第三次两年更新报告》信息制作
可见，我国实现甲烷减排需要重点关注煤矿甲烷和稻田甲烷两个领域。日前，生态环境部先后组织编制了《温室气体自愿减排项目方法学 煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用》和《煤层气（煤矿瓦斯）排放标准（修订征求意见稿）》，并公开征求意见，标志着我国从政策和标准层面已紧跟技术发展的步伐[12]，加强对低浓度煤矿瓦斯和风排瓦斯的排放控制。
后者将煤矿瓦斯的排放限制从现行的“甲烷体积分数≥30%不允许排放”，调整为8%≤甲烷体积分数<30%且抽采纯量≥10立方米每分钟的禁止排放。前者则提出利用甲烷体积浓度不超过8%的煤矿瓦斯和风排瓦斯通过无焰氧化分解销毁，或分解产生后的热能用于发电的项目，其减排量可以参与全国自愿碳市场的交易，以期通过温室气体自愿减排交易机制支持低浓度煤矿瓦斯项目由产业发展初期向规模化发展的顺利过渡。
与此同时，煤矿甲烷中有一部分来自废弃矿井的甲烷排放（AMM），仍未受到足够关注。清华大学能源环境经济研究所滕飞教授课题组和团队在《自然-气候变化》发表的研究指出，AMM预计随着“双碳”目标的推进和煤炭的逐渐退出而增加，到2035年将成为煤矿甲烷的主要排放源，而这在已有研究中甚至在我国的国家温室气体排放清单中很大程度上被低估了。
此前，中国官方清单中AMM的排放量大约仅占整个煤炭行业甲烷排放的1%，但滕飞团队的研究认为，这一排放量占比在2011年约为8%，并在2019年大幅增加到至26%左右。不过，这部分被低估的数值目前大致可以被高估的在役煤矿甲烷排放所抵消[13]。
中国工程院院士袁亮在接受《中国能源报》的采访时提出，到2030年我国废弃矿井数量将达到1.5万处[14]。随着我国未来废弃煤矿的数量增加，对AMM的研究和有针对性的政策制定提出了新的挑战。
中国是水稻生产和消费量最大的国家，稻米是全国60%以上的居民的重要口粮[15]。对保障粮食安全、人民生活、小农生计来说意义重大。在气候变化日益加剧的背景下，水稻生产的波动性增大，受到越来越多的极端天气事件如高温、干旱和洪水的影响。
水稻种植过程中，淹水土壤条件下有机物被产甲烷菌分解产生的甲烷排放是我国农业领域甲烷排放的主要来源之一。水稻种植既是气候危机的促成者，同时也是气候危机的受害者。因此，水稻种植如何适应和减缓气候变化，我国各主要水稻种植区也在持续进行探索。
减排前景
近年来我国的甲烷减排从政策出台、国际合作和减排效果来看均取得了一定的成效，然而要实现深度减排和碳中和目标，在包括上述AMM和稻田种植的甲烷排放重点领域仍存在技术、政策、资金等多方面的挑战。
虽然AMM被认为是未来煤炭行业甲烷排放的主要来源之一，但AMM的实际减排还面临重重困难。其中，最首要也是最基础的挑战在于，对AMM甲烷排放情况和减排重要性的认识严重不足。尽管已有学者指出了传统甲烷排放估算方法会严重低估AMM的危害，但业内的研究与讨论依旧缺乏。尤其是在煤矿的废弃时间、状态、残余气体含量以及地址条件等都可能产生影响的情况下[16]，AMM的排放特征和排放量都还需要更加丰富、更加精准的测算。
其次，在技术和管理层面，AMM减排也面临许多障碍。从技术层面来说，可能的治理手段包括抽采利用、矿井封堵、注水淹没等，但此类技术在我国的开发还处于探索阶段，商业化应用不足[17]，且低浓度甲烷抽采运输时的安全性和经济利用、矿井淹水时的污染问题都需要进一步研究试验。
而从管理层面看，目前国内缺乏针对废弃矿井管理和减排方面的政策，加之根据《中华人民共和国矿产资源法实施细则》（国务院令第152号）第31条规定，采矿人的所有权会在矿井废弃后被收回，这些情况使得煤矿关闭后土地、财产和资源的所有权和责任监管不明确，也阻碍着AMM治理的发展[18],[19]。
尽管面临诸多挑战，但随着甲烷减排工作的推进，出台废弃矿井管理政策势在必行。中国工程院院士袁亮指出：“政府应尽快制定废弃矿井资源开发利用中长期规划，健全废弃矿井能源资源开发利用及生态环境治理机制。”[20]未来，通过对废弃矿井进行系统摸底、完善清单数据；制定废弃矿井甲烷治理规划和政策法规、明确权属关系；以及为参与治理企业提供减排激励，AMM减排前景将十分广阔。
在我国水稻的产区四川、云南等地，近年来由于季节性干旱和旱涝急转日益严重，当地农户有适应气候变化、抵御气候风险的需求，农技站和社会组织也通过试验、推广精准水分管理（如起垄沟灌）或水稻旱作的方式，在更好适宜气候变化的同时来减少土壤淹水时间，从而减少甲烷排放。
这类“气候友好型”水稻种植实践除了带来甲烷减排，还能起到节水、省人工、减少化学品投入的作用[21]。在四川简阳和云南石林两地的实地调研中，农户介绍说这两种耕作方式在极端气候条件下甚至能带来比传统耕作模式更多的产量。
我国通过粮食最低收购价政策、农业补贴和农业保险“三位一体”的农业政策体系来保障农户种粮收益，但考虑到对粮食安全的影响，最低收购价上调幅度一直不大[22]。以中晚籼稻为例，2021年其最低收购价格为1.28元/斤，2022-2024年，价格保持在1.29元/斤[23]。
对于农户尤其是小农户而言，种植水稻这样的粮食作物本身不具备什么经济激励，因此农户对于推广气候友好稻作所能带来的增产增收积极性并不高[24]。另一方面，虽然更加健康、生态、气候友好，消费者对生态农产品的价值认可程度仍有待提高，导致“气候友好”水稻在销售时并不具有优势。
在笔者的调研中，简阳踏水镇寨子村的村支书蒋荣富表示，希望寨子村能打造自己的品牌，做农产品加工和附加值提升。政策层面，若能通过产品碳足迹和绿色、有机等认证体系，充分体现“气候友好”稻米的生态和环境效益，或针对农户种植“气候友好”稻米的绿色生产行为给予生产端的补贴，能够很大程度上提供经济激励。
额外资金支持
根据《全球甲烷评估》，针对甲烷的减排措施中，约60%的减排成本较低（成本较低指每吨甲烷的减排成本低于600美元，即每吨二氧化碳当量的甲烷减排成本在150元人民币左右，相当于我国目前碳价的1.5倍），其中 50%的措施成本为负值，即这些措施通过节约资金很快就能收回成本。
负成本和低成本减排潜力最大的是以石油、天然气和煤炭为代表的化石能源行业，因为捕获的甲烷能够带来收益[10]。但农业领域的情况则更加复杂，虽然可以通过水分管理在不减少产量的情况下实现减排，但畜牧业排放更多依靠行为改变，因此减排前景存在更大的不确定性[25]。
在去年的COP28（联合国气候变化大会低28届缔约国会议），关于甲烷减排议题的讨论一直在持续进行中，其中对甲烷减排的资金支持也颇受关注，这背后是长期以来对甲烷减排的气候融资不足[26]。
《甲烷融资的障碍和解决方案》[27]显示，甲烷的减排潜力相当可观，到2030年几乎与可再生能源相当；但全球甲烷减排资金远低于可再生能源（相当于4%）和交通低碳转型资金（相当于7%）。甲烷减排的资金支持与其减排潜力存在错配。
图 7 甲烷减排资金流与净减排潜力的比较
图片来源：清洁空气工作组（Clean Air Task Force）《甲烷融资的障碍和解决方案》（Barriers and Solutions to Scaling-up Methane Finance）
全球甲烷减排资金在各领域的分布似乎也没能反映出地区间甲烷排放结构的差异性。根据气候政策倡议（Climate Policy Initiative）统计，2019-2020全球甲烷减排的资金投入有62%用于废弃物领域的甲烷减排；37%的资金用于畜禽养殖和农业废弃物焚烧的甲烷减排项目。只有不到1%的资金是用于能源领域的甲烷减排项目，而用于支持水稻减排的资金比更是微不足道[26]。
国际能源署（IEA）在《减少化石燃料中的甲烷势在必行》[]报告中指出，能源领域的甲烷减排潜力最大，其次是废弃物领域，农业领域略少于废弃物领域。可见，全球甲烷减排资金在各领域的分布也与各领域的减排潜力存在错配。
图 8 主要甲烷排放源和减排潜力
图片来源：《减少化石燃料中的甲烷势在必行》（The Imperative of Cutting Methane from Fossil Fuels）
未来，任重道远但见效较快的甲烷减排仍旧需要运用资金、技术和政策等手段的持续支持。
参考文献：（上下滑动可浏览）
本文9月29日首发于《知识分子》（ID：The-Intellectual），经授权转载。知识分子由非营利公益组织北京市海淀区智识前沿科技促进中心主办，以传播科学知识、弘扬科学精神、促进科学文化为使命，致力于关注科学、人文、思想。
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文字/朱彤昕 马越
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