減排新戰場：清華團隊揭示“地下迷宮”潛力

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知識分子

The Intellectual

圖源：Pixabay

撰文 | 馮灝

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2025年4月起，生態環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%，並要求所有礦井在2027年4月前達標，相當於在煤礦通風系統中捕捉更稀薄的氣體，顯示出中國在煤炭行業甲烷排放方面加快了行動。

這一新規是於此前2024年11月，在《聯合國氣候變化框架公約》第二十九次締約方大會（COP29）期間釋出的。在COP29上，甲烷減排是焦點話題之一，中國、美國及主辦國亞塞拜然還專門就甲烷和非二氧化碳溫室氣體問題召開峰會。

在應對氣候變化的全球挑戰之中，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，對全球變暖的貢獻佔到了約三分之一[2]，其溫室效應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迅速抑制升溫曲線，為能源轉型爭取喘息空間。

根據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閉程序中，透過優先關閉高瓦斯煤礦，可以顯著加速甲烷減排程序。

煤礦關閉帶來的意外後果

當全球氣候談判代表們還在爭論油氣田甲烷洩漏的監測標準[5]時，科學家將目光投向了另一個被遺忘的戰場——那些已關閉煤礦的地下迷宮。它們已經停止生產，但由於礦井的通風系統和瓦斯的存留，依舊會持續釋放甲烷。

這項發表於《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、分佈散而難以回收，未來可能隨能源轉型進一步增加。

圖源：

https://www.nature.com/articles/s41558-024-02004-3

中國的甲烷排放與煤炭行業息息相關。近年來，隨著國家致力於能源結構調整，並承諾到2060年實現碳中和，煤炭行業正在經歷一場深刻的轉型。大規模煤礦淘汰的過程中，中國原本高排放的小煤礦被逐步關閉，煤炭產量逐漸集中到少數大規模礦井。然而，這一過程中廢棄煤礦的甲烷排放悄然增加。

研究作者、清華大學核研院能源環境經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佔煤礦排放的不到1%，但與美國和澳大利亞等煤炭產國相比，這一比例明顯偏低。在這些國家，廢棄礦井排放通常佔煤礦排放的10%以上。

優先關閉高瓦斯煤礦

儘管廢棄煤礦排放亟待重估，但研究還發現了一個積極的趨勢——中國近年來煤炭生產的甲烷排放因子（即每生產一噸煤炭所排放的甲烷量）已經大幅下降。研究表明，這主要得益於兩個因素：一是淘汰的小煤礦排放通常較高，而大規模礦井的瓦斯含量較低；二是露天煤礦的產量大幅增加，露天礦井的甲烷排放因子遠低於井工煤礦。透過這些調整，中國單位煤炭生產的甲烷排放因子在過去幾年已下降超過23%。

“煤炭產量持續增長，但中國煤礦甲烷的排放並沒有隨之增加，而是已經達峰並且穩定下降。由於能源甲烷佔比40%，這意味著中國的人為甲烷排放很可能已經達峰”，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——優先關閉高瓦斯煤礦。研究發現，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成本，為中國的能源轉型提供了新的思路。

在過去，煤礦關停的策略往往優先選擇關閉小規模礦井，但隨著大規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，高瓦斯礦井的關閉，能夠在短期內大幅度減少甲烷排放。研究表明，如果中國能優先關閉這些高瓦斯礦井，戰略性地關停西南高瓦斯礦井，可在2020-2050年間減少26%累計排放。這種“精確外科手術”式的減排策略，可能降低未來的煤炭生產成本，或將改寫傳統“規模優先”的煤礦退出邏輯。

圖2.優先關閉高瓦斯煤礦以增強煤炭甲烷減排

此外，中國的煤炭生產也正逐漸向西北、北部地區集中，這些地區的礦井通常瓦斯排放因子較低，煤炭生產成本較低，且許多大規模煤礦採用露天開採方式，排放因子相對較低。因此，將新疆準東、內蒙古鄂爾多斯等低排放超級礦井作為產能主力，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減排，更能降低煤炭生產成本。這種將氣候效益與經濟理性捆綁的設計，或許正是破解“不可能三角”的關鍵金鑰。

中美甲烷減排路徑的不同挑戰

甲烷減排不僅是中國的問題，全球範圍內都面臨著類似的挑戰。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，油氣領域的甲烷排放佔比高，而中國則以煤炭行業為主。這兩者的根本差異在於，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在許多油氣開採區得到了廣泛應用。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，回收技術的投入較高，經濟可行性較差。因此，如何透過政策支援和技術創新降低甲烷回收的成本，成為中國亟待解決的問題。

此外，中國的農業領域也是甲烷排放的一個重點區域。儘管中國的農業生產方式相對分散，但在畜牧業和水稻種植中，甲烷的排放量仍然可觀。相較於美國等大規模商業化農業國家，中國農業領域的甲烷減排工作面臨更大的難度。農戶規模小、技術普及難度大，這使得甲烷減排的程序受到制約。

低垂果實與帶刺枝蔓

在COP29的不同場合，甲烷減排經常被描述為“低垂果實”[6]，彷彿減排成果唾手可得，但滕飛反詰，“如果是低垂果實，為什麼它還留在樹上，沒有被摘掉？”

滕飛解釋說，甲烷減排可能比我們想象的要複雜。一些看似簡單、有經濟競爭力的減排機會（如回收煤礦甲烷）已經被發現並逐步應用，但實際操作中的障礙也不少。

例如，一些小規模的煤礦由於地理位置偏遠、技術設施不足，無法連線到電網或熱網上，難以實施高效的甲烷回收；甚至煤炭產量未來可能會逐漸下降，礦井面臨關停命運，在這種情況下，礦井首先考慮的是如何繼續生產，而不是把錢花在回收甲烷上。即使這個專案很有投資吸引力，他們也會優先把資金用於維持礦井的正常運營，而不是減排。“這些實際的約束因素，都會導致我們理論上認為的‘低垂果實’難以實現”，滕飛說。

政策制定並非一蹴而就。在能源轉型的過程中，煤礦關閉涉及到複雜的多重因素，包括能源安全、地方經濟、就業保障等。作為決策者，他們需要在這些多重約束下做出平衡。雖然優先關閉高瓦斯礦井可以帶來顯著的減排效益，但如何協調各方利益、平衡經濟發展與環保目標，仍然是一個巨大的挑戰。

在政策設計中，滕飛建議，除了技術上的突破，還需要提供足夠的經濟激勵。例如，可以透過碳市場機制，將煤礦甲烷的減排納入碳交易系統，讓減排專案獲得更多的資金支援。同時，政府可以鼓勵煤礦企業投資甲烷回收技術，為高瓦斯礦井提供技術指導和資金補貼，從而降低迴收成本，提升減排效果。