減排新戰(zhàn)場：清華團隊揭示“地下迷宮”潛力
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2025年4月起，生態(tài)環(huán)境部要求新建煤礦在甲烷濃度達到或超過8%時必須進行甲烷捕集[1]，這一門檻之前是30%，并要求所有礦井在2027年4月前達標，相當于在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中捕捉更稀薄的氣體，顯示出中國在煤炭行業(yè)甲烷排放方面加快了行動。
這一新規(guī)是于此前2024年11月，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十九次締約方大會（COP29）期間發(fā)布的。在COP29上，甲烷減排是焦點話題之一，中國、美國及主辦國阿塞拜疆還專門就甲烷和非二氧化碳溫室氣體問題召開峰會。
在應(yīng)對氣候變化的全球挑戰(zhàn)之中，人們普遍認為二氧化碳是溫室氣體中的“頭號罪魁禍首”，甲烷的身影常被忽略。然而，甲烷作為一種強效溫室氣體，對全球變暖的貢獻占到了約三分之一[2]，其溫室效應(yīng)在百年尺度上是二氧化碳的28-36倍，但其大氣壽命僅約12年[3]。這一“短期強效”意味著，大幅削減甲烷排放可在短期內(nèi)迅速抑制升溫曲線，為能源轉(zhuǎn)型爭取喘息空間。
根據(jù)中美研究團隊的合作研究[4]，煤礦甲烷排放存在巨大的減排潛力，尤其是在中國的煤礦關(guān)閉進程中，通過優(yōu)先關(guān)閉高瓦斯煤礦，可以顯著加速甲烷減排進程。
01
當全球氣候談判代表們還在爭論油氣田甲烷泄漏的監(jiān)測標準[5]時，科學(xué)家將目光投向了另一個被遺忘的戰(zhàn)場——那些已關(guān)閉煤礦的地下迷宮。它們已經(jīng)停止生產(chǎn)，但由于礦井的通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯的存留，依舊會持續(xù)釋放甲烷。
這項發(fā)表于《自然》子刊《自然·氣候變化》（Nature Climate Change）的研究顯示，2011-2019年間中國關(guān)閉的1.2萬個煤礦，其甲烷排放量是既往估計的2到10倍。這些“隱形排放源”因濃度低、分布散而難以回收，未來可能隨能源轉(zhuǎn)型進一步增加。
圖源：
https://www.nature.com/articles/s41558-024-02004-3
中國的甲烷排放與煤炭行業(yè)息息相關(guān)。近年來，隨著國家致力于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，并承諾到2060年實現(xiàn)碳中和，煤炭行業(yè)正在經(jīng)歷一場深刻的轉(zhuǎn)型。大規(guī)模煤礦淘汰的過程中，中國原本高排放的小煤礦被逐步關(guān)閉，煤炭產(chǎn)量逐漸集中到少數(shù)大規(guī)模礦井。然而，這一過程中廢棄煤礦的甲烷排放悄然增加。
研究作者、清華大學(xué)核研院能源環(huán)境經(jīng)濟研究所教授滕飛在COP29期間接受《知識分子》專訪說，我們的研究揭示了一個被忽視的排放源，中國煤炭行業(yè)的甲烷排放水平此前被嚴重低估，尤其是這些廢棄礦井，在政策和排放清單中長期未受到足夠重視。事實上，過去的排放清單認為，廢棄礦井的甲烷排放僅占煤礦排放的不到1%，但與美國和澳大利亞等煤炭產(chǎn)國相比，這一比例明顯偏低。在這些國家，廢棄礦井排放通常占煤礦排放的10%以上。
02
盡管廢棄煤礦排放亟待重估，但研究還發(fā)現(xiàn)了一個積極的趨勢——中國近年來煤炭生產(chǎn)的甲烷排放因子（即每生產(chǎn)一噸煤炭所排放的甲烷量）已經(jīng)大幅下降。研究表明，這主要得益于兩個因素：一是淘汰的小煤礦排放通常較高，而大規(guī)模礦井的瓦斯含量較低；二是露天煤礦的產(chǎn)量大幅增加，露天礦井的甲烷排放因子遠低于井工煤礦。通過這些調(diào)整，中國單位煤炭生產(chǎn)的甲烷排放因子在過去幾年已下降超過23%。
“煤炭產(chǎn)量持續(xù)增長，但中國煤礦甲烷的排放并沒有隨之增加，而是已經(jīng)達峰并且穩(wěn)定下降。由于能源甲烷占比40%，這意味著中國的人為甲烷排放很可能已經(jīng)達峰”，滕飛說。
圖1.2011~2019年中國煤炭甲烷排放的時間與空間變化
如何在未來進一步減少甲烷排放，尤其是在逐步淘汰煤炭的過程中有效減排？研究給出了一個切實可行的答案——優(yōu)先關(guān)閉高瓦斯煤礦。研究發(fā)現(xiàn)，這一策略不僅能減少煤礦甲烷排放，還能降低未來的煤炭生產(chǎn)成本，為中國的能源轉(zhuǎn)型提供了新的思路。
在過去，煤礦關(guān)停的策略往往優(yōu)先選擇關(guān)閉小規(guī)模礦井，但隨著大規(guī)模低排放礦井逐漸取代小煤礦，這一策略的減排效果正在減弱。相較之下，高瓦斯礦井的關(guān)閉，能夠在短期內(nèi)大幅度減少甲烷排放。研究表明，如果中國能優(yōu)先關(guān)閉這些高瓦斯礦井，戰(zhàn)略性地關(guān)停西南高瓦斯礦井，可在2020-2050年間減少26%累計排放。這種“精確外科手術(shù)”式的減排策略，可能降低未來的煤炭生產(chǎn)成本，或?qū)⒏膶憘鹘y(tǒng)“規(guī)模優(yōu)先”的煤礦退出邏輯。
圖2.優(yōu)先關(guān)閉高瓦斯煤礦以增強煤炭甲烷減排
此外，中國的煤炭生產(chǎn)也正逐漸向西北、北部地區(qū)集中，這些地區(qū)的礦井通常瓦斯排放因子較低，煤炭生產(chǎn)成本較低，且許多大規(guī)模煤礦采用露天開采方式，排放因子相對較低。因此，將新疆準東、內(nèi)蒙古鄂爾多斯等低排放超級礦井作為產(chǎn)能主力，逐步退出西南高成本高排放礦井，空間再配置策略不僅可實現(xiàn)減排，更能降低煤炭生產(chǎn)成本。這種將氣候效益與經(jīng)濟理性捆綁的設(shè)計，或許正是破解“不可能三角”的關(guān)鍵密鑰。
03
甲烷減排不僅是中國的問題，全球范圍內(nèi)都面臨著類似的挑戰(zhàn)。中美兩國作為世界上最大的甲烷排放國，減排路徑有所不同。在美國，油氣領(lǐng)域的甲烷排放占比高，而中國則以煤炭行業(yè)為主。這兩者的根本差異在于，煤礦甲烷的回收利用成本較高，尤其是一些老舊煤礦，甲烷濃度較低，回收困難。
滕飛指出，美國的甲烷減排相對容易，因為其油氣資源豐富，低成本的甲烷回收技術(shù)在許多油氣開采區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。而中國的煤礦甲烷減排難度則較大，尤其是那些瓦斯含量高的小煤礦，回收技術(shù)的投入較高，經(jīng)濟可行性較差。因此，如何通過政策支持和技術(shù)創(chuàng)新降低甲烷回收的成本，成為中國亟待解決的問題。
此外，中國的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也是甲烷排放的一個重點區(qū)域。盡管中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式相對分散，但在畜牧業(yè)和水稻種植中，甲烷的排放量仍然可觀。相較于美國等大規(guī)模商業(yè)化農(nóng)業(yè)國家，中國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的甲烷減排工作面臨更大的難度。農(nóng)戶規(guī)模小、技術(shù)普及難度大，這使得甲烷減排的進程受到制約。
04
在COP29的不同場合，甲烷減排經(jīng)常被描述為“低垂果實”[6]，仿佛減排成果唾手可得，但滕飛反詰，“如果是低垂果實，為什么它還留在樹上，沒有被摘掉？”
滕飛解釋說，甲烷減排可能比我們想象的要復(fù)雜。一些看似簡單、有經(jīng)濟競爭力的減排機會（如回收煤礦甲烷）已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并逐步應(yīng)用，但實際操作中的障礙也不少。
例如，一些小規(guī)模的煤礦由于地理位置偏遠、技術(shù)設(shè)施不足，無法連接到電網(wǎng)或熱網(wǎng)上，難以實施高效的甲烷回收；甚至煤炭產(chǎn)量未來可能會逐漸下降，礦井面臨關(guān)停命運，在這種情況下，礦井首先考慮的是如何繼續(xù)生產(chǎn)，而不是把錢花在回收甲烷上。即使這個項目很有投資吸引力，他們也會優(yōu)先把資金用于維持礦井的正常運營，而不是減排。“這些實際的約束因素，都會導(dǎo)致我們理論上認為的‘低垂果實’難以實現(xiàn)”，滕飛說。
政策制定并非一蹴而就。在能源轉(zhuǎn)型的過程中，煤礦關(guān)閉涉及到復(fù)雜的多重因素，包括能源安全、地方經(jīng)濟、就業(yè)保障等。作為決策者，他們需要在這些多重約束下做出平衡。雖然優(yōu)先關(guān)閉高瓦斯礦井可以帶來顯著的減排效益，但如何協(xié)調(diào)各方利益、平衡經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)保目標，仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
在政策設(shè)計中，滕飛建議，除了技術(shù)上的突破，還需要提供足夠的經(jīng)濟激勵。例如，可以通過碳市場機制，將煤礦甲烷的減排納入碳交易系統(tǒng)，讓減排項目獲得更多的資金支持。同時，政府可以鼓勵煤礦企業(yè)投資甲烷回收技術(shù)，為高瓦斯礦井提供技術(shù)指導(dǎo)和資金補貼，從而降低回收成本，提升減排效果。
參考文獻：（上下滑動可瀏覽）
