中美甲烷减排合作路线图：甲烷排放、减排潜力与政策-能源基金会.pdf

中美甲烷减排合作路线图 甲烷排放、减排潜力 与政策 决策者摘要 2022 年 11 月背景和致谢 2022 年 1-6 月 ，来自 20 家中方 、美方及国际科研机构的多名研究人员共同召开了两次以上的研讨会 ，探讨推进中美 甲烷相关研究工作的潜在机遇 。特此感谢研讨会全体参与人员所做出的贡献 。在研讨会的基础上 ，一支由多机构研 究人员参与的核心研究团队开展了深入的相关研究分析 ，并将研究结果完善成了此报告 。上述研讨会及报告均由美 国马里兰大学全球可持续发展中心在能源基金会（中国）的支持下组织和编写。 作者团队向为报告提供中肯意见的中国和国际研究机构审稿人致以诚挚的谢意 。在此特别感谢美国马里兰大学的超 级计算资源 （http//hpcc.umd.edu ） 对本报告研究的支持。 同时感谢报告中涉及的所有温室气体排放清单的建立团队， 包 括全球大气研究排放数据库 （EDGAR） 、美国国家环境保护局 （EPA ） 、社区排放数据系统 （CEDS） 、温室气体 - 大气 污染相互作用和协同模型 （GAINS）的团队 ，以及报告引用的其他研究的团队 。本报告中表达的观点和意见均为作者 个人观点及意见，并不反映作者所代表的任何实体的意见或立场。 免责声明 除特别说明的情况外， 本报告中表达观点均为作者个人观点， 并不代表能源基金会 （中国） 的意见。 能源基金会 （中国） 不保证本报告所包含信息和数据的准确性， 并且不对任何第三方因使用本报告所产生的、 或与之相关的任何责任负责。 本报告对具体公司 、产品和服务的提及 ，不代表能源基金会 （中国）对这些公司 、产品和服务相较于未提及的类似 性质公司、产品和服务更加推荐或为其背书。Sha Yu 1,2* , Jenna Behrendt 1 , Mengye Zhu 1 , Xinzhao Cheng 1 , Wenli Li 1 , Baobao Liu 1 , Jared Williams 1 , Haiwen Zhang 1 , Ryna Cui 1 , Meredydd Evans 1,2 , Nathan Hultman 1 , Haewon McJeon 1,2 , Steve J. Smith 1,2 , Qimin Chai 3 , Minpeng Chen 4 , Fei Guo 5 , Lena Hglund Isaksson 5 , Nina Khanna 6 , Jiang Lin 6 , Yazhen Wu 7 1 美国大学公园市，马里兰大学公共政策学院全球可持续发展中心 2 美国大学公园市，西北太平洋国家实验室全球变化联合研究所 3 中国北京，清华大学 4 中国北京，中国人民大学 5 奥地利拉克森堡，国际应用系统分析研究所（IIASA） 6 美国伯克利市，劳伦斯伯克利国家实验室 7 中国北京，北京大学 * 通讯作者shaumd.edu 引用建议 Yu, S., J. Behrendt, M. Zhu, X. Cheng, W. Li, B. Liu, J. Williams, H. Zhang, R. Cui, M. Evans, N. Hultman, H. McJeon, S. J. Smith, Q. Chai, M. Chen, F. Guo, L. Hglund Isaksson, N. Khanna, J. Lin, and Y. Wu. 2022. “Roadmap for U.S.-China Methane Collaboration Methane Emissions, Mitigation Potential, and Policies Summary for Policymakers. ” Center for Global Sustainability, University of Maryland Deng et al., 2022; Lu et al., 2021; Miller et al., 2019; Qu et al., 2021; Sheng et al., 2021; Stavert et al., 2022; Wang et al., 2021; Worden et al., 2022; Zhang et al., 2021 1 译者注例如 2001-2005 年期间的年均甲烷排放，在图上体现为 2005 年的甲烷排放。 Lu et al. 2021 Zhang et al. 2021 Worden et al. 2022 Chen et al. 2022 Qu et al. 2021 Wang et al. 2021 Sheng et al. 2021 Deng et al. 2022 GMBv2020 Miller et al. 2019 Stavert et al. 2021 GMBv2020 Lu et al. 2021 Worden et al. 2022 中国 美国 1990 2000 2010 2020 1990 2000 2010 2020 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 排放 TgCH 4 Bottom-Up Emissions China NCCC US GHGI CEDSv2021_04_21 EDGARv6 EPAv2019_10_31 GAINSv4 GMBv2020 Lu et al. 2021 Deng et al. 2022 Zhang et al. 2021 Sheng et al. 2021 Chen et al. 2022 Qu et al. 2021 Worden et al. 2022 Stavert et al. 2021 Wang et al. 2021 Miller et al. 2019中美甲烷减排合作路线图甲烷排放、减排潜力与政策 09 决策者摘要 图 3. 清单估算的 2017 年中美各部门 / 行业甲烷排放及不确定性。 由于综合各个清单 2017 年数据最全，柱状图形表示图 2 包括的所有清单中各部门 / 行业 2017 年估算排放量的中位数；误差线表示各 部门 / 行业排放量在中位数 /- 1 个标准差的范围。 美国 中国 总量 石油和天然气 煤炭开采 水稻种植 粪便管理 牲畜肠道发酵 固体废弃物 污水处理 0 20 40 60 0 20 40 60 排放（TgCH 4 ） 总量 煤炭开采 石油和天然气 水稻种植 牲畜肠道发酵 粪便管理 固体废弃物 污水处理 能源部门 能源部门对中美两国而言都是主要的甲烷排放源 ； 根据两国国家通报的排放数据， 煤炭生产和油气生产是 造成能源部门排放最重要的原因。 废弃煤矿瓦斯 （AMM ） 在中国是一类重要的排放源 ，并且随着中国关闭煤矿 数量增加而愈加重要 ，但目前废弃煤矿瓦斯的甲烷排 放规模仍然存在很大的不确定性 （Gao et al., 2021; Peng et al., 2016; Zhang et al., 2014 ）。此外，煤 矿甲烷排放还会随煤炭质量和矿井深度而变化 （Gao et al., 2020; Zhu et al., 2017 ）。而这些高度本土化 的煤矿条件可能无法在综合性或全球性的排放因子中 得到体现 。美国的情况则是 ，自上而下清单中油气生 产相关的甲烷排放量高于国家通报和其他自下而上清 单中的对应数据 ；这意味着自下而上的估算方法可能 无法充分反映意外事件排放与 / 或短时排放 （Alvarez et al., 2018; Vaughn et al., 2018; Zavala-Araiza et al., 2017 ）。 农业部门 中美农业部门甲烷排放主要来自水稻种植 、粪便 管理和牲畜肠道发酵 。不同清单对水稻种植相关甲烷 排放的估算差异在一定程度上可能源于对水稻种植生 态系统中持续性浸没的不同假设 （Cheewaphongphan et al., 2019） 。一些清单包括了淡水养殖业的甲烷排10 中美甲烷减排合作路线图 甲烷排放、减排潜力与政策 决策者摘要 放 ；淡水养殖通常与稻田共生 2 ，或者由稻田转化而来 （Sheng et al., 2021 ）。不同清单采用的粪便成分及 其变化量度 、粪便储存时长 ，以及气温 、风力等环境 因子也存在差异 （Hristov et al., 2018） 。此外 ，相 对于不同气候条件下粪便管理系统的多样化而言 ，排 放清单采用的农场实地数据有限 ，并且对不同农场之 间粪便的特性差异缺乏了解（National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2018 ）。 各 个清单在计算牲畜肠道发酵排放时 ，对饲料干物质摄 入量和牲畜日常饮食结构的假设也有所不同 （Hristov et al., 2018; National Academies of Sciences, En- gineering, and Medicine, 2018 ）。 废弃物部门 中美废弃物相关甲烷排放主要来自固体废弃物和 污水处理 ；其中固体废弃物部门涵盖了有管理和无管 理的固体废物处置场 ，包括垃圾填埋场 。固体废弃物 方面 ，不同填埋场甲烷排放存在较大的空间和时间差 异 ； 相关文献对于政府间气候变化专门委员会 （IPCC ） 2006 年国家温室气体清单指南垃圾填埋排放估算 方法中相关假设的理解也存在争议 例如假设填埋垃圾 总质量和甲烷年排放量之间存在稳定的相关性 ，以及 假设固定质量的废弃物在处置当年甲烷排放最高并在 随后呈指数下降 （National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, 2018; Spokas et al., 2015） 。污水方面 ，缺乏污水处理相关数据 ，以及大 多数清单采用不考虑地区差异和具体情况差异的默认 排放因子， 都是造成中国污水相关排放不确定性的原因 （Du et al., 2018）。默 认 的 IPCC 排放因子长期以来 发生了显著的变化 ，从而也会影响清单对排放量的估 算（Wang et al., 2022） 。另外 ，某些特定的假设会 影响对污水相关甲烷排放的估算， 包括下水道的影响、 季节引起的污水温度变化 ，以及污水中的亚硝酸盐浓 度 等（ Zhao et al., 2019 ） 。 污水甲烷排放还受 pH 值、 停留时间和磷含量的影响 （Wang et al., 2022）。此 外 ， 污水相关排放的估算可能存在口径差异 ，这主要取决 于估算时是否同时涵盖了工业和生活 / 市政污水处理 厂（Wang et al., 2022 ）。 2 译者注如常见的蟹稻共生和稻花鱼养殖。 甲烷排放的空间分布 甲烷排放随时间空间而变化 ，因此理解甲烷排放 的分布规律对于准确地估算历史排放和更好地指导未 来政策制定而言都非常重要 。不同清单间的差异很大 程度上来自所采用排放因子的差异 ，以及背后不同的 地理空间信息 。中美各自甲烷排放最高的 10 个省和州 大多分布在主要的农业地区 、能源生产地区 ，与 / 或 人口稠密的城市地区 （图 4） 。美国各州的甲烷排放 规模差异巨大 。全国排放第一和第二高的德克萨斯州 和北达科他州 ，其甲烷排放较排名第三的加利福尼亚 州高出 40-80，而前十名的其余各州排放均在 1.1 TgCH 4 左右或以下 。中国各个排放清单中 ，甲烷排放 最高的省份都是山西， 但排名第二和第三的省份有所不 同 。其中两个清单将山东和河南分别计为甲烷排放第 二和第三高的省份， 而另一个清单则将河南排在第二、 内蒙古第三 、山东第五 。高排放省份在不同清单中的 排名差异在一定程度上可能源于排名前十的后 9 个省 份排放水平较为接近 ，都在 1.9-4.1 TgCH 4 之间 。而 如前所述 ，山西省在各个清单中的甲烷排放都毫无争 议地显著高于其他省份 ，比排名第二的省份高出 62- 152。 这些高排放州或省能够对全国排放总量产生重 大影响 。德克萨斯州和北达科他州排放分别为 3.7- 7.3 TgCH 4 和 2.1-3.5 TgCH 4 ，占美国甲烷排放总量 的 18 和 9。在全部三个排放清单中 ，中国排放 最高的 10 个省份合占全国甲烷排放总量的比重都超 过了56。排名第一的山西省排放总量为5.9-9.2 TgCH 4 ，占全国甲烷排放总量的 10 以上 。上述三个 高排放地区 德克萨斯州 、北达科他州 、山西省都 是其所在国家的能源生产中心， 能源部门分别占当地甲 烷排放总量的 60-74，90-95，89-93。 这些高排放州或省有机会通过针对性的能源部门的减 排政策实现甲烷减排。中美甲烷减排合作路线图甲烷排放、减排潜力与政策 11 决策者摘要 图 4. 美国 （左） 和中国 （右） 各排放清单中甲烷排放前十名的州 / 省农业、 能源和废弃物部门甲烷排放。 注图上展示的排放前十名州 / 省基于各清单中的甲烷年排放总量确定。由于具体分支部门数据无法获取，图上仅包括了能源、 农业和废弃物部门的排放。GAINS 模型数据为 2020 年数据，CEDS 和 EDGAR 数据为 2018 年数据；GAINS 模型 2020 年数据为预测数据而非 历史数据。图上 Tg a -1 为 Tg/ 年；Gg a -1 为吉克（Gg）/ 年。 0 2 4 6 8 俄 亥 俄 宾 夕 法 尼 亚 排放（TgCH 4 ） GAINS 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 山 西 四 川 山 东 黑 龙 江 湖 南 陕 西 江 苏 河 北 0 2 4 6 8 北 达 科 他 德 克 萨 斯 加 利 福 尼 亚 新 墨 西 哥 俄 克 拉 荷 马 俄 亥 俄 伊 利 诺 伊 佛 罗 里 达 纽 约 排放（TgCH 4 ） CDES 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 0 2 4 6 8 排放（TgCH 4 ） EDGAR 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 部门/行业 农业 能源 废弃物 河 南 内 蒙 古 山 西 安 徽 湖 南 四 川 广 东 江 苏 江 西 山 东 河 南 湖 北 山 西 安 徽 山 东 河 南 黑 龙 江 湖 南 四 川 河 北 湖 北 江 苏 宾 夕 法 尼 亚 北 达 科 他 德 克 萨 斯 加 利 福 尼 亚 俄 克 拉 荷 马 新 墨 西 哥 伊 利 诺 伊 佛 罗 里 达 纽 约 北 达 科 他 德 克 萨 斯 加 利 福 尼 亚 新 墨 西 哥 俄 克 拉 荷 马 宾 夕 法 尼 亚 怀 俄 明 爱 荷 华 堪 萨 斯 内 布 拉 斯 加12 中美甲烷减排合作路线图 甲烷排放、减排潜力与政策 决策者摘要 测量、报告和核查 采用根据当地具体情况优化的排放因子 、技术和 操作数据 ，同时提高排放因子的颗粒度 ，有助于减少 不确定性。 对活动水平数据和排放因子数据进行公开， 也有利于在背后的假设和差异性方面对数据的不同清 单来源进行比较 。加强对活跃矿井和废弃矿井甲烷排 放数据的收集 ，从而更好地理解煤矿排放和废弃煤矿 排放 ，这对中国而言至关重要 。而油气行业 ，尤其是 美国的油气行业 ，应该通过更加频繁的排放监测和排 放因子更新 ，在自下而上的计算中更好地纳入意外和 短期事件相关排放 。在设施或农场层面 ，则应该收集 更多关于稻田 （即用于水稻种植的土地 ）灌水率和收 获面积的数据 ，以及更详细的畜牧生产 、固体废弃物 和污水处理数据。 中美甲烷减排政府治理和政策现状 由于甲烷不仅是一种温室气体 ，同时还是易爆危 险品和能源 / 工业资源， 并对大气化学产生重要影响， 其减排在政府治理和政策维度也不单纯只是一个气候 变化议题 ，而是政府所面临的一项需要能源 、废弃物 和农业部门进行分散式合作治理的多中心挑战。 在中美两国 ，国家层面的甲烷减排责任都由各个 不同的政府机构共同承担。 甲烷减排相关的关键行政管 理要素包括制定国家战略 ，减少和回收能源 、农业及 废弃物部门甲烷排放， 基于安全理由对甲烷进行监管， 预防运输和管道输送中的甲烷泄漏 ，以及出于矿产节 约和利用目的最大限度地减少煤炭和油气开采中的天 然气浪费等 。中国生态环境部 （MEE）和美国国家环 境保护局 （EPA ） 分别是两国甲烷减排的核心监管机构。 然而 ，由于美国采用更加分散的政府治理体系和土地 所有权制度 ，该国甲烷减排在联邦机构以外的政府治 理结构较为复杂 ；州级及以下的地方主管部门也大量 参与到了美国甲烷减排的政府治理当中。 目前中美两国已有许多政策直接或间接地治理甲 烷排放问题 ，为未来行动奠定了坚实的基础 。表 1 对 两国甲烷相关的主要法律和联邦 / 国家层面最新政策 进行了重点梳理。 Photo from Pixabay中美甲烷减排合作路线图甲烷排放、减排潜力与政策 13 决策者摘要 表 1. 中美甲烷相关的关键法律和政策 美国 中国 国家战略 ► 气候行动方案甲烷减排战 略（2014） ► 美国甲烷减排行动方案 （2021） ► 中国应对气候变化国家方案（2007） ► 中华人民共和国国民经济和社会发展第 十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要 （2021） ► 中共中央 国务院关于完整准确全面贯 彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意 见（2021） 法律 ► 固体废弃物处置法案 （1965） / 资源保护和回收法案 （RCRA ）（1976） ► 1980 年综合环境反应、赔偿和 责任法案（CERLA ）/超级基 金修正与再授权法案（SARA） （1986） ► 清洁空气法案（2007） ► 食品、环境保护和能源法案 （2008；又称”农场法案“） ► 能源政策法案（2005） ► 农业法案（2014） ► 保护管道基础设施与加强安全 法案（PIPES Act）（2016） ► 两党基础设施法（2021） ► 通胀削减法案（2022） ► 中华人民共和国固体废物污染环境防治 法（2020 年修订） ► 中华人民共和国可再生能源法 （2005） ► 中华人民共和国畜牧法（2005） ► 中华人民共和国循环经济促进法 （2008） ► 中华人民共和国水土保持法（2010） ► 中华人民共和国大气污染防治法 （2015 年修订） ► 中华人民共和国煤炭法 （2016 年修正） ► 中华人民共和国节约能源法（2018 年 修正） 能源部门 ► 温室气体报告项目（GHGRP） ► 镁生产、地下煤矿、工业废水 处理及工业废弃物填埋强制性温 室气体报告制度（2010） ► 强制性温室气体报告制度石 油和天然气系统（2010） ► 石油和天然气行业新增、重 建和改造源的排放标准（基于 2012 年新增源排放表现标准 即 NSPS 的 2016 年和 2020 年更新） ► 防止天然气浪费，征收使用费 的生产活动与资源保护 （2016） ► 天然气 STAR 伙伴关系计划 ► 甲烷减排挑战计划 ► 煤层气甲烷回收、利用、减排拓 展计划（CMOP） ► 关于加快煤层气抽采有关税收问题的通 知（2007） ► 关于利用煤层气 （煤矿瓦斯）发电工作 实施意见的通知（2007） ► 煤层气 （煤矿瓦斯） 排放标准 （暂行） （2008） ► 煤层气产业政策（2013） ► 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（2019） ► 关于印发 的通知（2020） ► 陆上石油天然气开采工业大气污染物排 放标准（2020） ► 关于进一步加强煤炭资源开发环境影响 评价管理的通知（2020） ► 2021 年能源工作指导意见（2021） ► “十四五” 现代能源体系规划 （2022）14 中美甲烷减排合作路线图 甲烷排放、减排潜力与政策 决策者摘要 美国 中国 农业部门 ► 国家污染物排放清除系统 （NPDES）许可条例与集中式动物 饲养作业（CAFOs ）污水限制指南 和标准（2003） ► 美国农村能源计划（REAP） ► 用于农业部门沼气回收的 AgSTAR 计划 ► 全国农业可持续发展规划（2015-2030 年）（2015） ► 畜禽养殖业污染物排放标准（2001） ► 关于完善农林生物质发电价格政策的通 知（2010） ► 农村沼气建设和使用考核评价办法（试 行）（2011） ► 畜禽粪污土地承载力测算技术指南 （2018） ► “十四五”推进农业农村现代化规划 （2021） ► 关于促进畜牧业高质量发展的意见 （2020） ► “十四五”土壤、地下水和农村生态环 境保护规划（2021） ► 加快农村能源转型发展助力乡村振兴的 实施意见（2021） ► 推进生态农场建设的指导意见 （2022） ► 农业农村污染治理攻坚战行动方案 （20212025 年）（2022） ► 农业农村减排固碳实施方案（2022） 废弃物部门 ► 温室气体报告项目（GHGRP） ► 镁生产、地下煤矿、工业废水 处理及工业废弃物填埋强制性温 室气体报告制度（2010） ► 下水道污泥使用或处置标准 （1993） ► 新增固定源排放表现标准与已 有源控制指南市政固废填埋 场 （ 1996 年颁布，2016 年更新 ； NSPS） ► 国家危险空气污染物排放标 准市政固废填埋场（2003 年 颁布，2020 年更新；MSW landfills NESHAP） ► 市政固废填埋场排放指南与达 标时间（2016） ► 垃圾填埋场甲烷减排拓展计划 （LMOP） ► 城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治 最佳可行技术指南（试行）（2010） ► 生活垃圾填埋场污染控制标准 （2008） ► 减污降碳协同增效实施方案（2022） ► 县（市）域城乡污水统筹治理导则（试 行）（2014） ► 农业农村污染治理攻坚战行动方案 （20212025 年）（2022）