非工业排放源包括农业生产如稻田、家畜,以及城市垃圾填埋。工业源包括煤矿开采、石油和天然气生产以及燃烧。
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甲烷是一种有机化合物,分子式是CH₄,在自然界的分布很广,是天然气、沼气、坑气等的主要成分。
甲烷的吸热能力是二氧化碳的28倍,属于强效温室气体,重要性仅次于二氧化碳。
根据斯坦福大学Rob Jackson教授所领导的全球碳计划在2020年7月14日发布的气候模式,2000-2017年,甲烷排放呈现不断上升的趋势,将导致本世纪末之前全球升温3-4摄氏度。2000年代初,大气中的甲烷浓度相对稳定。与那时相比,如今每年的甲烷排放量增加了9%,即每年增加约5000万吨。
根据国际能源署的综合估算表明,全球每年甲烷排放量约为5.7亿吨,其中40%来自天然来源的排放,另有60%源自人类活动的排放,即人为排放。
目前学界普遍认为,人为甲烷排放的来源包括农业、化石能源、垃圾、生物质燃料和生物质燃烧等。
对于各个领域的具体人为排放贡献比,各家研究机构说法不一,但多认为农业是第一大来源。
国际能源署的数据是,人为甲烷排放中,农业占比24%、化石能源占比20%、垃圾11%、生物质燃料和生物质燃烧6%。
联合国环境规划署的一份报告指出,农业占人为甲烷排放的40%。
据中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室张仁健等人发表的《中国甲烷排放现状》一文,甲烷排放的来源分为非工业源和工业源。
非工业排放源包括农业生产如稻田、家畜,以及城市垃圾填埋;工业源包括煤矿开采、石油和天然气生产以及燃烧。
其中,反刍动物的粪便和肠道发酵的排放量,是农业甲烷排放中的最重要组成部分。
斯坦福大学地球、能源与环境科学学院的Jackson教授曾表示,“牛和其他反刍动物的甲烷排放量,几乎同化石燃料工业的甲烷排放量一样大。人们拿牛打嗝开玩笑,但却没有意识到这一甲烷来源有多大。”
《中国甲烷排放现状》一文显示,在动物的大肠和反刍动物的瘤胃中终生寄生着多种微生物,在厌氧条件下,它们发酵动物消化道中的食物,产生许多微量气体。在牛、 羊、骆驼等反刍动物体内,瘤胃犹如一个稳恒的连续发酵器,连续不断地消耗和消化动物食入的饲料,最终产出大量气体。
联合国环境规划署的一份报告则指出,反刍动物的排放量约占人为甲烷排放量的32%。
除反刍动物外,稻田也甲烷排放来源之一。
稻田甲烷排放来自于产甲烷菌,此种菌群在厌氧环境下的稻田中,利用田间植株根际部的有机物质转化形成甲烷。
2020年9月,中国农业大学经济管理学院官网发布的一篇文章显示,农业产生的甲烷占人类活动排放甲烷的40%左右。其中,稻田约占农业甲烷排放的30%。
煤矿和油气行业,是工业甲烷排放的主要来源。
IEA甲烷跟踪器数据库统计显示,当前石油生产约占工业甲烷排放量的40%,天然气产业链中的泄漏占其余60%。上游油气业务占总排放量的四分之三以上,下游部分占剩余份额。
据美国环保协会(EDF)首席科学家Steven Hamburg博士表示,到2020年,油气和煤炭开采行业所排放的甲烷将占人为排放量的30%左右。
石油和天然气生产过程中的排放,主要包括伴生气排放、火炬燃放过程中未燃烧的甲烷、设备放空、管路阀门等组件泄漏导致的气体逃逸等。
在煤炭开采过程中,除了煤矿,有的会释放出气体,即煤层气,主要成分即为甲烷。如果不加以较好地开发利用,则成为甲烷排放的一大来源。
在明确甲烷排放来源后,针对各个行业提出针对性的减排措施,是治理甲烷排放的关键,也是可待投资挖掘的相关领域。
中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所董红敏等人发布的 《中国农业源温室气体排放与减排技术对策》一文指出,对秸秆进行处理、提高粗饲料在总饲料中的比例、以营养添加剂替代精饲料,均可减少单个动物甲烷排放。
对于动物粪便,则可以建设沼气工程回收利用甲烷。沼气工程通过全套工程设施,将畜禽粪便和污水进行厌氧消化、制取沼气。回收的沼气可作燃料使用,替代化石燃料等常规能源。
一个8 ㎡的户用沼气池,可处理4-6头猪的粪便,全国平均年产沼气385 ㎡,等于替代煤炭847 kg。此外,分离干粪和固体液体、通过覆盖等改变粪便贮存方式均可减少甲烷排放。
稻田中水分状况,是影响稻田甲烷排放的决定性因素。因此,通过改变稻田的水分管理,可以改变甲烷菌生存的厌氧环境从而控制甲烷产生和排放。
除此之外,利用沼渣替代农家有机肥,可减少稻田甲烷排放约55%。不同水稻品种可导致稻田甲烷排放1.5-3.5倍的差别,因此种植和选育新的品种也可以有效减少甲烷排放。
想要减少农业甲烷排放,需要涉及到水稻种植与动物饲养方式的改变。相比之下,降低煤炭、油气行业的甲烷排放,是易操作且重要的减排手段。
对于油气行业,实施设施泄漏检测与修复,以及采取措施降低天然气放空和燃烧率等,是降低甲烷排放的重要措施。
在煤炭领域,则需要提供煤层气利用率。自2010年起,中国就已陆续出台与煤层气开发、利用和监管相关的政策规划。
美国环保协会高级副总裁Mark Brownstein博士认为,工业甲烷减排有赖于政府与行业的通力合作。政府引领,制定规则约束甲烷排放。行业公司作为治理行动的执行方,在甲烷减排中发挥着领导作用。行业公司应获取更多高质量的可靠数据,确保设备器械的更新换代,并且保持信息透明、公开排放量以及减排措施的信息。
在国内,已有众多公司已经意识到甲烷减排的重要性。这些公司通过不同的方式,参与甲烷减排的过程中。
有的公司提供垃圾填埋中的甲烷回收业务,部分监测仪器公司则开始生产甲烷检测装备。传统油气公司则通过协议,对油气生产过程中的甲烷进行控制。
其中,今年5月才上市的百川畅银(300614.SZ),是国内第三方提供垃圾填埋气治理的主要服务商之一。该公司专注于垃圾填埋气治理项目的投资、建设、运营,99%以上收入均为沼气综合利用及碳减排业务收入。
截至2020年12月31日,该公司在河南、安徽、湖北、浙江、广东等省份(直辖市、自治区)投产运营82个垃圾填埋气发电项目,并网装机容量171.25MW。
据招股书披露,该公司运行和在建的沼气发电项目,符合参与碳排放权市场的注册交易的基本条件,可结合项目运行情况适时在碳交易体系注册。
截至2020年底,该公司有19个垃圾填埋气治理项目在UNFCCC注册成为清洁发展机制(CDM)项目,可以向确定的国外合作方销售CERs,同时有14个垃圾填埋气治理项目取得国家发改委国家核证自愿减排量(CCER)备案注册文件,可以在国内碳排放权相关市场参与交易。
提供甲烷数值监测服务的上市公司,包括力合科技(300800.SZ)、先河环保(300137.SZ)、昊华科技(600378.SH)。
力合科技是环境监测一体化解决方案供应商,主营产品包括水质监测系统、空气/烟气监测系统和环境监测信息管理系统,并为客户提供环境监测系统运营服务、第三方检测及监测咨询服务。
3月4日,力合科技在互动平台表示,该公司拥有对固定污染源和环境空气中一氧化碳、二氧化碳、甲烷等具体参数的监测能力,但目前针对碳排放监测的具体政策、标准及执行细则尚未出台。
先河环保成立于1996年,2010年11月成功登陆创业板,是国内环境监测仪器仪表行业率先上市的企业。
该公司储备了甲烷自动监测仪、二氧化碳自动监测仪、温室气体传感网络监测仪等温室气体监测仪,可满足污染源排放CEMS、企业无组织排放监测、城市及农村监测、碳超级站及碳背景站监测等不同场景的应用。
昊华科技是中国中化子公司之一。据昊华科技回应投资者问,该公司的变压吸附气体分离技术(PSA)世界领先,系全球三大PSA技术服务供应商之一。此技术主要从工业废气中回收提纯甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等气体,国内市场占有率约40%-50%。
由于油气行业也是甲烷排放的主要来源之一,中国传统油气企业已意识到甲烷减排的重要性,已就甲烷议题结成联盟,或出版相关指南。
其中,中国石油天然气集团有限公司(下称中石油)与沙特阿美、壳牌、道达尔、BP、埃尼、挪威国油、雷普索尔、墨西哥国油和印度信实工业等全球十大油气跨国公司成立的油气行业气候倡议组织(OGCI)。该组织专门就甲烷减排进行合作。
在OGCI框架下,中石油还在国内牵头成立了中国油气企业甲烷控排联盟。
今年5月18日,中石油、中国石油化工集团有限公司(下称中石化)、中国海洋石油集团有限公司(下称中国海油)联合主办的“中国油气企业甲烷控排联盟成立大会”在北京举行。
中石油、中石化、中国海油、国家管网、北京燃气、华润燃气和新奥能源为中国油气企业甲烷控排联盟成员单位,中石油为联盟第一届理事长单位。
中国油气企业甲烷控排联盟提出目标,力争实现2025年天然气生产过程甲烷平均排放强度降到0.25%以下,接近世界先进水平,并努力于2035年达到世界一流水平。
此外,打造技术经验分享与合作平台,提升甲烷排放管控水平;加强甲烷排放监测、报告与核查(MRV)技术体系建设,推动甲烷监测计量系统化、常态化、规范化和国际化;在油气生产、储运和销售全产业链推广实施甲烷泄漏检测与修复(LDAR)等有效控排措施;采取措施加大勘探开发过程放空气回收利用,逐步消减常规火炬等。
2021年10月10日,美国环保协会(EDF)、北京市燃气集团和壳牌集团联合举办了“甲烷减排指导原则”(MGP)甲烷减排最佳实践指南中文版发布会。
MGP在2017年由全球头部油气企业、国际机构、非政府组织和学术界共同发起,并在2019年末发布了一系列甲烷减排最佳实践指南。
截至目前,MGP已经发布了在工程设计与施工、火炬燃烧、能源利用、设备泄漏、放空、气动设备、运营维修、持续改进等10个方面的实践指南,为油气行业在甲烷减排的发展上提供了较多具备可行性的方案。