图为浙江省东阳市第二生活垃圾填埋场。填埋场的垃圾在生物降解过程中

会产生垃圾填埋气，包括大量可用作清洁能源的甲烷

    自工业革命以来，人类活动排放的甲烷对全球变暖的贡献率约为四分之一，仅次于二氧化碳，因此甲烷被称作全球第二大温室气体。

李婷婷

　　2021年11月10日，中国和美国在联合国气候变化格拉斯哥大会期间发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》。其中提到，“两国特别认识到，甲烷排放对于升温的显著影响，认为加大行动控制和减少甲烷排放是21世纪20年代的必要事项。”

　　甲烷减排为什么重要？怎样实现甲烷减排？

甲烷从哪里来

　　提起甲烷，人们总会想到臭臭的沼气。其实，甲烷是一种无色无味的可燃气体，它是结构最简单的烷类，一个甲烷分子由一个碳原子以及四个氢原子组成。1776年11月，意大利物理学家亚历山德罗·沃尔塔在瑞士的马焦雷沼泽中收集冒出来的甲烷，并于1778年成功分离出纯的甲烷气体。

　　甲烷是原始大气的主要成分之一。自然界存在着一种专爱“吹”气泡的小生命，名叫产甲烷菌。产甲烷菌是地球上最古老的生命体。在地球诞生初期，死寂而缺氧的环境造就了这种不需要氧气便能呼吸的微生物，它们能在厌氧环境中分解氢、乙酸和其他简单碳化合物等底物来产生甲烷气体。能够产生厌氧环境的地方都是产甲烷菌的家，如泥泞的大沼泽和水稻田、反刍家畜（牛、羊）的瘤胃、沼气池和垃圾填埋场。

　　通过产甲烷菌产生的甲烷被称为甲烷的“生物源”，约占总排放源的80%；其余的20%称为非生物源，主要产生于石油、天然气、煤炭开采、运输和使用过程中的逃逸。

　　大气中的甲烷约40%是自然界产生的，60%来自人类活动排放。其中自然湿地是最大的自然排放源，约占总自然排放源的70%。人为源中，能源排放（包括石油、天然气和煤矿开采）与反刍动物这两大类的甲烷排放量最高，均占总人为源的30%左右。其次是垃圾填埋、水稻田和生物质燃烧，分别占总人为源的16%、8%和9%。排放到大气中的甲烷约90%通过对流层中的羟基化合物以及其他光化学反应消耗，约10%被土壤、海洋和平流层吸收氧化。

比二氧化碳还厉害

　　不要觉得甲烷没什么大不了的，它可是一种强效温室气体，在百年的时间尺度内，它的增温效应是同等质量的二氧化碳的80倍以上。自工业革命以来，人类活动排放的甲烷对全球变暖的贡献率约为四分之一，仅次于二氧化碳，因此甲烷被称作全球第二大温室气体。由于甲烷在大气中的寿命较短，减少甲烷排放能产生明显的缓解气候变暖效果。

　　大气中甲烷浓度增加还会影响空气质量。甲烷影响对流层大气氧化性能，大气中90%的甲烷被羟基自由基氧化，促发大气臭氧生成。大气对流层臭氧浓度升高，不仅危害人体健康，影响植物和农作物生长，而且会诱发光化学烟雾。

　　作为“强效温室气体”和“空气污染帮凶”的甲烷在大气中的增长速度极快。尤其是工业革命以来，由人类活动增强引起的甲烷排放导致大气甲烷浓度不断升高。2021年，大气甲烷浓度达1886 ppb（ppb为十亿分率，1ppb为十亿分之一），是至少过去80万年来的最高数值，超过了1750年的161%。根据世界气象组织最新发布的数据，即使在2020年新冠肺炎疫情封锁期，二氧化碳排放量有所下降，大气甲烷的浓度增长幅度仍然高于过去十年的平均年增长速度。

各国在行动

　　甲烷减排，既能减缓全球气候变暖，又能改善空气质量，可谓一箭双雕，因此受到了高度关注。

　　2021年8月11日，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布了第六次评估报告第一工作组报告，进一步强调了甲烷减排的重要性，阐述了甲烷减排对减缓升温、改善空气质量的作用，指出如果不控制甲烷排放，人类将无法实现《巴黎协定》提出的温升目标。

　　2021年10~11月《联合国气候变化框架公约》第二十六次缔约方大会召开期间，美国与欧盟发起了由102个国家共同签署的“全球甲烷承诺”，计划到2030年，将全球甲烷排放量在2020年的基础上至少减少30%。

　　中国是世界上人为甲烷排放量最大的国家。中国的甲烷排放中，人为排放占比高达90%以上。煤炭开采过程中产生的甲烷排放和农业生产过程中产生的甲烷排放，分别占中国甲烷总排放的40%左右。

　　中国政府高度重视甲烷减排工作。生态环境部应对气候变化司副司长陆新明11月25日在北京表示，“十四五”时期，中国将采取进一步的措施，结合相关规划和政策的制定和落实，推动开展中国控制甲烷排放行动。

三大切入口

　　甲烷减排行动可从能源、农业、废弃物三大人为源入手。

　　2020年10月，欧盟委员会发布的《欧盟甲烷战略》指出，石油、天然气和煤炭产业的整个供应链中排放的甲烷，至少有三分之一可以在不增加净成本的基础上实施减排。从经济效益、环境效益和社会效益最大化角度考虑，减少放空和火炬燃烧，减少油气生产、输送和燃烧过程中的泄漏，减少煤矿甲烷排放等，都是可以优先选择的减排领域。

　　生态环境部表示，将推动出台中国甲烷排放控制行动方案。建立煤炭、油气、废弃物处理等领域甲烷减排的政策、技术和标准体系，适时修订煤矿瓦斯排放标准，强化标准的实施，同时加强石油天然气开采、废弃物等领域甲烷排放控制和回收利用。?

　　此外，还将继续鼓励重点领域甲烷自愿减排行动，鼓励地方和行业企业开展甲烷排放控制合作，建立示范项目和工程，推动甲烷利用相关技术、装备和产业发展。

　　那么畜牧业怎么办？肉与地球不可兼得吗？

　　联合国粮食及农业组织发布的《通过畜牧业解决气候变化问题：排放与减排机遇全球评估》报告指出，畜牧业有望实现大规模温室气体减排。联合国环境署粮食系统和农业顾问詹姆斯·洛马克斯表示，世界需要开始“重新思考我们的农业种植和畜牧养殖方法”。这包括利用新技术，转向富含植物的饮食并采用替代蛋白质等。

　　例如，牛羊等反刍动物在消化过程中会产生大量甲烷，近年来，科学家研究发现，通过改善饲料配比，可以降低牛的甲烷排放量。通过更广泛地采用现有最佳规范和技术，畜牧部门温室气体的减排可高达30%。

　　对于水稻等主要作物，专家建议采用干湿交替的种植技术，这样可以将甲烷排放量减半。稻田可以在整个生长季节进行2到3次灌溉和排水，而不是一味地采用“大水漫灌”的策略，从而在不影响产量的情况下限制甲烷产量。这一过程还能减少三分之一的水消耗，经济实惠，一举多得。

　　中国自1960年稻田采用间歇灌溉代替常年淹水的水分管理方式，已大大降低了稻田甲烷排放量。中科院大气物理研究所的专家自上世纪90年代就开展了大量的稻田甲烷观测实验，其自主研发的稻田甲烷模型，也被联合国政府间气候变化专门委员会推荐为编制国家稻田甲烷排放清单的模型之一。

　　不过，中国西南地区广泛存在一种独特的生态系统——冬水田。其特点是春季种水稻，9月水稻收割后蓄水保田休闲，直到次年5月移栽水稻。冬水田在非水稻生长季长期淹水状态下会产生大量的甲烷排放，2010年的排放量为108.31万吨，约占稻田甲烷总排放量的12%，具有较高的减排潜力。采取科学的农业管理措施，降低冬水田的甲烷排放，仍是亟需科学家们解决的技术问题。

　　针对废弃物减排，应强化分类收集、源头管控，并严格管控垃圾填埋等末端治理。为了进一步减少废弃物，处理甲烷排放，欧盟近期对废弃物法规进行了修订，提出到2024年要实现可降解废弃物全部分类收集，以及到2035年废弃物垃圾填埋比率不超过10%，并限制或取缔不合规垃圾填埋场的运行。对于垃圾填埋气，要求最大程度实现能源利用；不具有利用价值的填埋气，则推荐借助热点网格识别等技术及时发现，并采用生物氧化技术，对残留的甲烷进行中和，从废弃物处理的末端尽量减少甲烷排放。

　　中国针对废弃物减排还处于起步阶段，目前垃圾分类初见成效。未来可推动废弃物处理企业经核定的甲烷减排额度直接进入全国碳排放权交易市场，鼓励和支持甲烷减排实施较好的企业发行公募REITs（基础设施领域不动产投资信托基金）产品。

　　（作者系中国科学院大气物理研究所副研究员）

来源：2021年12月15日出版的《环球》杂志 第25期

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