中国甲烷论坛背景报告甲烷不容忽视的温室气体甲烷作为全球第二大温室气体，排放量占全球温室气体排放总量的 16 [1]。在过去的二个多世纪，大气中甲烷的浓度增加了 2 倍多[2]。甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体。其在大气中寿命为12年，但在20年尺度下的全球增温潜势（GWP20）约为二氧化碳的84倍，在100年尺度下则为二氧化碳的28倍[3]。甲烷排放在目前人为感知的温室气体导致全球变暖中的贡献率达到了 25[4]。在政府间气候变化专门委员会 IPCC 发布的特别报告中明确指出，甲烷等非二氧化碳温室气体的深度减排是将全球升温控制在 1.5℃以下的必要条件[5]。一、甲烷与气候变化1750 1850 19501800 1900 2000 2050200018001600120010008006004002000甲烷浓度（十亿分比）图 1 甲烷在大气中的浓度变化（1750 年 2017 年）Data Source Advanced Global Atmospheric Gases Experiment AGAGE在全球范围内，甲烷排放总量的50-65％来自煤矿开采、石油天然气系统、垃圾填埋、牲畜、稻田、生物质燃烧等人类活动[6]。其中，油气行业的甲烷排放量每年达到8000多万吨。2018年美国环保协会（EDF）在科学（Science）上发表题为美国油气行业供应链甲烷泄漏评估的论文[7]指出，2015 年美国油气行业的甲烷实际泄漏量要比美国联邦环保局（EPA）公布的数据高 60，美国油气行业的甲烷泄漏和排放量在 20 年时间尺度内对气候产生的影响逼近美国燃煤电厂二氧化碳排放造成的影响。国际能源署（IEA）发布的世界能源展望2019显示，2018年全球煤矿甲烷泄漏量达4000 万吨，与当前国际航空和航运业的年度总碳排放量水平大致相当。该报告还指出，如果按20 年时间尺度对全球气候变化的影响来衡量，全球甲烷泄漏最严重的 10 的煤矿，其开采过程中排放的甲烷，与采出的煤炭全部直接燃烧带来的温室效应几乎相当[8]。表 1 温室气体全球增温潜势值（GWP）a注a. 全球增温潜势值来自 2014 年 IPCC 第五次评估报告（IPCC AR5）b. 二氧化碳无特定生命周期，排放出的二氧化碳约有 6580 会在 20200 年间溶解在海洋里。其余的二氧化碳则经过缓慢的化学风化或岩石形成过程被吸收。温室气体 生命周期（年） GWP20GWP100CO2-b 1 1CH412.4 84 28N2O 121 264 265CF450000 4880 6630HFC-152a 1.5 506 1380 40 8020 60 1006.05.04.03.02.01.00天然气泄露百分比年限/年燃煤电厂汽油车柴油车图 2 能源转换中天然气泄漏与气候效益年限相对于分散的农业排放源，能源行业的甲烷排放更易治理且具有较高的减排效益，减排潜力巨大。因此，控制甲烷排放已经成为能源行业应对气候变化挑战的重要手段之一，制定能源行业中长期甲烷减排目标、开展甲烷排放控制及利用技术、投融资机制的交流与研究等对于实现全球气候目标具有重要意义。从全球与中国各部门的甲烷排放情况来看，除农业外，中国固体燃料（即煤炭系统）的甲烷逃逸排放量在各部门中占比最高（38，约 2102 万吨）[10]；而从全球范围来看，油气系统的甲烷逃逸排放量仅次于农业活动，占 24。此外，控制甲烷排放有利于提早收获天然气作为替代燃料带来的气候效益。EDF 科学家在一项针对美国的甲烷泄漏研究[9]中描述了天然气作为燃料替代煤炭、汽油以及柴油的情景中，天然气泄漏率与燃料替代产生气候效益所需时间之间的关系。在天然气替代煤炭作为火力发电厂的燃料时，如将天然气泄漏率控制在 2.7 以下，则可立刻收获气候效益，但若天然气的泄漏率高达6 时，则需在 80 年后方能收获气候效益；在用天然气替代汽油和柴油的情景中，天然气的泄漏率需分别控制在 1.4 和 0.8 以下，才可立即收获气候效益。1. 因子计算法目前，国际上尚未建立起标准统一的甲烷气体监测体系，现有的甲烷排放量化方法主要分为两种，一种是因子计算法，另一种是监测法，后者主要分为“自下而上”法和“自上而下”法。因子计算法主要指各国（或地区）在参考IPCC 国家温室气体清单指南（专门为各国编制和报告温室气体清单而设计，以下简称指南）所提供的计算方法和基本参数的基础上，结合本国（或本地区）的现实情况对计算方法和排放因子进行修正或确认，编制本国或本地区的温室气体排放清单，基于清单查询排放因子数据，从而对不同部门、不同来源的甲烷排放量进行计算的方法。指南列出了估算生产过程中甲烷排放量三个层级的方法 , 其中第一、二层为因子计算法，第三层为实际测量法。选择哪层方法取决于可获数据的质量。通常层次越高，需要的数据越详细，结果越科学精确，清单质量越高；另外，国家（或地区）排放量的大小也是决定层次选取的因素之一。①第一层全球平均法。要求各国（或地区）选择全球平均范围的排放因子，利用特定国家（或地区）煤炭及油气系统的活动数据，来计算排放总量。②第二层国家（或地区）平均法。利用特定国家（或地区）的平均甲烷排放因子和相应产量来估算该区域内的甲烷排放量，且平均甲烷排放系数必须考虑煤矿中的甲烷含量及其排放特征。只要适当，各个国家（或地区）通常会制定自己的特征值。二、甲烷排放核算方法2. “自下而上”测量方法“自下而上”的测量方法指能够提供微观尺度采样数据的元件级直接测量方法。IPCC 国家温室气体清单指南中第三层级的核算方法，即为“自下而上”的测量方法。其中煤炭行业主要按各特定煤矿设备对甲烷排放量采用直接的现场测量，以求和计算甲烷总排放量。油气行业主要对各个设备根据可能的排放源（如泄放、放散燃烧、溢散设施泄漏、蒸发损失和意外释放等）进行甲烷排放监测和计算。同时若能得到合理的操作数据和基础设施数据，通常还会适当计算临时和次要场所或井场装置的甲烷排放。3. “自上而下”测量方法“自上而下”法主要通过地面、飞机、塔台或卫星观测收集到的甲烷浓度数据与大气传输模型相结合，来估计场地或区域的排放。这些技术发展迅速，可以有效地量化整体排放，并可以区分排放是热成因形成的还是生物成因形成的甲烷（牲畜、垃圾填埋、湿地等等）。利用车载监测器、飞机、卫星、无人机和高塔网络等手段，可以更方便地获得大空间尺度、全排放源的总量数据，并为微观数据的校准提供便利。欧洲航天局的 Sentinel-5P 卫星的观测范围大、探测限度高但空间分辨率较低，它可以用作了解全球范围内较大排放源的甲烷排放； 加拿大 GHGSat 公司的 GHGSat 卫星以及加州与 PlanetLab 的合作计划于 2022 年发射的卫星观测范围较窄，主要关注范围在 10km-20km 内已知排放源的排放，它可以用作帮助监管机构监测特定设施的甲烷排放； 美国环保协会（EDF）的全资子公司MethaneSAT，计划于2022年发射的同名卫星MethaneSAT具有较大的观测范围、较高的观测频率和较高的分辨率，它能够绘制和量化200km 范围内的浓度为 2ppb 的甲烷排放。越来越多的卫星监测数据将为全球气候变化提供更加丰富、精准的温室气体排放数据。这些数据将精准识别温室气体排放源，帮助监管者更有效地管控温室气体排放。然而，由于煤矿开采速率和气体排除速率的变化，煤矿生产的甲烷排放具有很大的天然可变性，而对其除气系统和通风系统进行测量的位置和频率的选择也会导致测量的不确定性，油气系统中的组件级运行数据（例如储罐的吞吐量、各种类型的气动控制器数量、往复式发动机数量等）也具有一定不确定性，并且油气系统的基础设施包括数百万个不同的排放源，几乎不可能“自下而上”地完整测量每个排放源和各个组件的排放数据，因此，这种直接“自下而上”测量的方法往往会低估甲烷排放量，若想得到全面、完整的排放数据，通常需与“自上而下”法结合应用。控制甲烷的排放，不仅有利于减缓短期气候升温速度、协同控制空气污染、提早收获天然气作为替代燃料带来的气候效益，还能够带来可观的经济效益。甲烷不仅仅是温室气体，更是宝贵的燃料资源。国际能源署（IEA）的研究表明，全球油气行业 75 的甲烷泄露可以通过现有技术得到控制，而 40-50 的减排没有额外成本[11]。近几年，控制甲烷排放逐步提上一些国家的议事日程，同时，一些国际组织也在积极推动甲烷减排。三、甲烷的控制措施1. 制度层面一方面，以甲烷为主的非 CO2温室气体减排纳入国家自主减排承诺成为新动向。2015 年巴黎协定后，美国、加拿大、墨西哥、澳大利亚、新西兰、日本均对甲烷减排做出了承诺，其中，美国主要几个油气生产州（包括科罗拉多、加利福尼亚、俄亥俄、宾夕法尼亚等）相继出台了法律法规对油气行业中的甲烷泄漏进行相应规范。加拿大和墨西哥政府相继于2018年4月和11月颁布了减少油气行业甲烷排放的国家法规，以期实现自己的甲烷减排承诺。另一方面，国际组织也在积极推进甲烷的减排行动。气候和清洁空气联盟（CCAC）作为一个汇集了各国政府、政府间组织、私营企业以及民间社会组织的自愿合作的全球合作伙伴联盟，在2014年发起了一项自愿倡议（OGMP），旨在帮助生产企业减少石油和天然气方面的甲烷排放。此外，CCAC 于 2019 年建立了全球甲烷联盟（Global Methane Alliance），该联盟汇集了全球主要油气企业、非政府组织、国际组织及国际经融机构，旨在推动各国将甲烷减排纳入国家自主贡献承诺。作为联盟成员的油气企业已同意通过提供技术援助帮助国有石油企业（通常是其合资伙伴）进行甲烷减排管理。2014年，7家跨国石油公司共同成立了“油气行业气候倡议组织”（OGCI）。截至2018年 9 月，OGCI 已有 13 名成员（包括中国石油天然气集团有限公司），其油气生产量占全球油气生产量的 30。OGCI 承诺，在未来 10 年内投资至少 10 亿美元鼓励甲烷减排创新技术的开发和商业化，实现甲烷近零排放。与 OGCI 相呼应，2017 年荷兰皇家壳牌和埃克森美孚等 8 家公司联合发布了天然气行业全价值链甲烷减排指导原则（Guiding Principles on Reducing Methane Emissions across the Natural Gas Value Chain）。俄罗斯天然气工业股份公司、卡塔尔石油、雪佛龙和北京燃气集团等企业也陆续签署该原则，承诺减排。世界银行联合多个国际油气企业和政府发起全球天然气火炬熄灭伙伴关系和 2030 常规火炬熄灭计划 [12-13]。2019 年 12 月 11 日，新一届欧盟委员会发布了欧洲绿色协议European Green Deal，提出欧洲要在2050年前建成全球首个“碳中和”的大洲，并承诺在100天内出台首部欧洲气候法。欧洲绿色协议明确提到，要减少能源相关的甲烷排放。美国环保协会（EDF）是最早展开甲烷研究的国际机构之一，并开启油气研究项目，旨在减少甲烷泄漏和伴生的大气污染，同时解决水和废物处理问题以及推动天然气市场改革。自 2012年，EDF 陆续组织开展了 16 个独立研究甲烷泄漏的项目，共汇集了来自 40 个机构、50 家公司的 140 多位研究人员和行业专家，在 2012 年至 2016 年间进行的大量实地测量，极大提高了人们对天然气行业的甲烷排放源及规模的了解。2. 技术层面甲烷排放控制的技术基础和重要前提是科学准确的甲烷监测技术。除现有的监测方法外，无人机和飞机监测、固定连续监测、卫星高精度监测等先进手段的使用将提高监测速度，使更多的甲烷泄漏能够被发现并及时修复。开发稳健的数据分析模型及建立独立、可靠的实地监测方法学成为甲烷监测的技术发展重点。在油气系统中，设立涵盖现有和新建设施的严格的甲烷排放目标，减少气动装置和压缩机的甲烷逃逸，减少油气储罐和油气井的甲烷逃逸及火炬燃烧，定期（如每季度）进行泄漏检测和维修 LDAR，设立严格的记录及年度合规报告和核查体系。数字革命正全面深入油气行业，机器学习、人工智能和虚拟现实等技术可以将甲烷管理嵌入到能源行业的数字转型中。2019 年，美国环保协会与 BP 集团共同宣布了一项为期三年的战略合作承诺，以共同推动技术手段的发展，其中包括筹备中的数字化甲烷项目，通过利用创新科技手段提高企业的运营效率并控制甲烷排放，从而实现全球油气行业的甲烷减排，不断提升甲烷管理水平。对于煤炭行业，根据瓦斯排放特征及利用影响因素，瓦斯浓度是影响甲烷减排及瓦斯利用的关键因素。目前，浓度在30以上的煤矿瓦斯利用技术成熟，主要集中在发电、民用、工业燃料等方面。低浓度瓦斯利用以 9-30 浓度区间为主，利用技术主要有低浓度瓦斯发电、低浓度瓦斯提纯浓缩，随着项目的推广逐渐成熟，初始投资、运行成本等将会逐渐降低，低浓度瓦斯利用将呈现以直接发电、一级提浓利用为主、多级提浓利用为辅的局面。1-5和5-9浓度区间的低浓度瓦斯利用技术目前主要有稀薄燃烧技术、柴油引燃技术、提纯浓缩、掺混利用等技术。风排瓦斯浓度通常在 1 以下，目前较为成熟的风排瓦斯利用技术有逆流式热氧化技术及逆流式催化氧化技术，其他技术尚处于试验研究阶段 [14]。3. 经济层面甲烷问题日益受到投资界的重视。“联合国负责人投资原则”项目（PRI）出版了油气行业投资风险规避指南，为管理着 70 万亿美元资产的 2000 多家投资机构提供参考。EDF、PRI以及环境责任经济联盟（CERES）联合发表了关于实施石油天然气行业气候相关财务披露意见的报告，为具体开展油气行业甲烷减排的金融披露提供建议[15]。欧洲开发银行宣布在 2021 年底对不采取减排措施的天然气项目停止贷款[16]。全球部分国家政府逐渐开始重视通过经济手段控制甲烷排放。中国的“十三五”规划中明确指出，严格落实煤层气市场定价、财政补贴、制定低浓度瓦斯和风排瓦斯利用鼓励政策，同时完善税收政策，保障煤层气企业从结构性减税中获益，并进一步拓宽企业融资渠道，安排专项建设基金支持煤层气开发利用项目，鼓励金融机构提供授信支持和金融服务，支持符合条件的煤层气企业发行债券、上市融资，从而刺激煤炭行业不断探索甲烷等温室气体减排的技术措施。美国能源部于2013年提出了80亿美元天然气输配系统甲烷减排创新性技术商业化贷款担保招标，同时资助油气生产和传输过程中低成本、高灵敏度甲烷监测和测量系统的突破性技术探索。2008 年中国原国家质量监督检验检疫总局同原环境保护部共同发布并实施的煤层气（煤矿瓦斯）排放标准，2012 年中国发布了石油天然气开采业污染防治技术政策，分别针对油气行业和煤层气行业提出部分有关于甲烷排放的参考性指导和浓度标准。2019 年生态环境部发布“关于进一步加强石油天然气行业环境影响评价管理的通知”，提出加强油气行业甲烷及挥发性有机物的泄漏检测。2019 年无疑应被视为中国甲烷管控元年。2019 年 4 月，在生态环境部应对气候变化司的支持下，清华大学气候变化与可持续发展研究院和美国环保协会联合发起成立了甲烷减排合作平台。随后，又在 6 月的全国低碳日活动中专门设立了甲烷控排专题研讨会。生态环境部应对气候变化司表示，非二氧化碳温室气体控制将成为应对气候变化工作的一项重要内容，未来两三年是推动非二氧化碳控制的关键时期。9 月，生态环境部应对气候变化司司长李高指出，中国将以实现满足巴黎协定高水平履约为契机，推动建立覆盖各领域的、各类温室气体的排放监测和统计制度，挖掘煤矿和油气领域甲烷减排潜力，在煤炭资源和行业较为集中的省份推动建立煤层气煤矿瓦斯抽采利用示范项目，实现减少甲烷排放、能源资源化利用、污染物协同控制等多重效应。11 月，在生态环境部应对气候变化司指导下，山西省煤炭甲烷控制机制、目标与技术路径研究项目启动，旨在探索甲烷减排的部省合作机制，寻找经济可行的甲烷控排方案，以更好实现能源革命与生态文明建设目标。 12 月 13 日，在第二十五届联合国气候变化大会上，中国政府在中国角举办“非二氧化碳温室气体排放控制国际经验与中国实践”边会。甲烷控制与利用成为此次会议的主角。生态环境部副部长赵英民在会议上指出，非二氧化碳温室气体具有减排成本低、响应速度快、协同效益明显的特点，因此减少甲烷排放是短期控制气候变化的有效手段。这是中国气候变化负责人首次在国际场合阐述控制包括甲烷在内的非二氧化碳温室气体的重要意义。四、中国甲烷控制政策进展D.G. Victor, D. Zhou, E.H.M. Ahmed, et al. IPCC Climate change 2014 Mitigation of Climate Change[C]. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2014, 01111-150.Global Methane Initiative [R/OL].https//www.globalmethane.org.IPCC AR5 [R/OL].EDF calculation based on IPCC AR5 WG1 Chapter 8 [R/OL].IPCC Special Report Global Warming of 1.5C. Centre for Science and Environment, 2018, 08.Overview of Greenhouse Gases[R/OL]. https//www.epa.gov/ghgemissions/ overview-greenhouse-gases.R. A. Alvarez, D. Zavala-Araiza, D.R. Lyon, et al. Assessment of methane emissions from the U.S. oil and gas supply chain[J]. Science 10, 2018, 13186-188.Coal mine methane leaks are worse for climate change than shippingaviation combined[R/OL]. https//sandbag.org.uk/project/methane-leaks-from-coal-mines-are-worse-for-climate-change-than-all-shipping-and-aviation-combined-says-ieas-new-research-in-weo2019/.Alvarez R A , Pacala S W , Winebrake J J , et al. Greater focus needed on methane leakage from natural gas infrastructure[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2012, 109176435-6440.中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告 , 2018.Methane Tracker[R/OL].https//www.iea.org/reports/methane-tracker.Global Gas Flaring Reduction PartnershipGGFR[R/OL]. https//www.worldbank.org/en/programs/gasflaringreduction.Zero Routine Flaring by 2030[R/OL]. https//www.worldbank.org/en/programs/zero-routine-flaring-by-2030.煤矿瓦斯利用技术路径清单EDF,UNPRI, Setting the Bar. https//www.edf.org/sites/default/files/documents/ setting-the -bar. Pdf.European Investment Bank to cease fuding fossile fuel projects by end -2021 https//