圖為浙江省東陽市第二生活垃圾填埋場。填埋場的垃圾在生物降解過程中

會産生垃圾填埋氣，包括大量可用作清潔能源的甲烷

    自工業革命以來，人類活動排放的甲烷對全球變暖的貢獻率約為四分之一，僅次于二氧化碳，因此甲烷被稱作全球第二大溫室氣體。

李婷婷

　　2021年11月10日，中國和美國在聯合國氣候變化格拉斯哥大會期間發布《中美關于在21世紀20年代強化氣候行動的格拉斯哥聯合宣言》。其中提到，“兩國特別認識到，甲烷排放對于升溫的顯著影響，認為加大行動控制和減少甲烷排放是21世紀20年代的必要事項。”

　　甲烷減排為什麼重要？怎樣實現甲烷減排？

甲烷從哪裏來

　　提起甲烷，人們總會想到臭臭的沼氣。其實，甲烷是一種無色無味的可燃氣體，它是結構最簡單的烷類，一個甲烷分子由一個碳原子以及四個氫原子組成。1776年11月，意大利物理學家亞歷山德羅·沃爾塔在瑞士的馬焦雷沼澤中收集冒出來的甲烷，並于1778年成功分離出純的甲烷氣體。

　　甲烷是原始大氣的主要成分之一。自然界存在著一種專愛“吹”氣泡的小生命，名叫産甲烷菌。産甲烷菌是地球上最古老的生命體。在地球誕生初期，死寂而缺氧的環境造就了這種不需要氧氣便能呼吸的微生物，它們能在厭氧環境中分解氫、乙酸和其他簡單碳化合物等底物來産生甲烷氣體。能夠産生厭氧環境的地方都是産甲烷菌的家，如泥濘的大沼澤和水稻田、反芻家畜（牛、羊）的瘤胃、沼氣池和垃圾填埋場。

　　通過産甲烷菌産生的甲烷被稱為甲烷的“生物源”，約佔總排放源的80%；其余的20%稱為非生物源，主要産生于石油、天然氣、煤炭開採、運輸和使用過程中的逃逸。

　　大氣中的甲烷約40%是自然界産生的，60%來自人類活動排放。其中自然濕地是最大的自然排放源，約佔總自然排放源的70%。人為源中，能源排放（包括石油、天然氣和煤礦開採）與反芻動物這兩大類的甲烷排放量最高，均佔總人為源的30%左右。其次是垃圾填埋、水稻田和生物質燃燒，分別佔總人為源的16%、8%和9%。排放到大氣中的甲烷約90%通過對流層中的羥基化合物以及其他光化學反應消耗，約10%被土壤、海洋和平流層吸收氧化。

比二氧化碳還厲害

　　不要覺得甲烷沒什麼大不了的，它可是一種強效溫室氣體，在百年的時間尺度內，它的增溫效應是同等品質的二氧化碳的80倍以上。自工業革命以來，人類活動排放的甲烷對全球變暖的貢獻率約為四分之一，僅次于二氧化碳，因此甲烷被稱作全球第二大溫室氣體。由于甲烷在大氣中的壽命較短，減少甲烷排放能産生明顯的緩解氣候變暖效果。

　　大氣中甲烷濃度增加還會影響空氣品質。甲烷影響對流層大氣氧化性能，大氣中90%的甲烷被羥基自由基氧化，促發大氣臭氧生成。大氣對流層臭氧濃度升高，不僅危害人體健康，影響植物和農作物生長，而且會誘發光化學煙霧。

　　作為“強效溫室氣體”和“空氣污染幫兇”的甲烷在大氣中的增長速度極快。尤其是工業革命以來，由人類活動增強引起的甲烷排放導致大氣甲烷濃度不斷升高。2021年，大氣甲烷濃度達1886 ppb（ppb為十億分率，1ppb為十億分之一），是至少過去80萬年來的最高數值，超過了1750年的161%。根據世界氣象組織最新發布的數據，即使在2020年新冠肺炎疫情封鎖期，二氧化碳排放量有所下降，大氣甲烷的濃度增長幅度仍然高于過去十年的平均年增長速度。

各國在行動

　　甲烷減排，既能減緩全球氣候變暖，又能改善空氣品質，可謂一箭雙雕，因此受到了高度關注。

　　2021年8月11日，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布了第六次評估報告第一工作組報告，進一步強調了甲烷減排的重要性，闡述了甲烷減排對減緩升溫、改善空氣品質的作用，指出如果不控制甲烷排放，人類將無法實現《巴黎協定》提出的溫升目標。

　　2021年10~11月《聯合國氣候變化框架公約》第二十六次締約方大會召開期間，美國與歐盟發起了由102個國家共同簽署的“全球甲烷承諾”，計劃到2030年，將全球甲烷排放量在2020年的基礎上至少減少30%。

　　中國是世界上人為甲烷排放量最大的國家。中國的甲烷排放中，人為排放佔比高達90%以上。煤炭開採過程中産生的甲烷排放和農業生産過程中産生的甲烷排放，分別佔中國甲烷總排放的40%左右。

　　中國政府高度重視甲烷減排工作。生態環境部應對氣候變化司副司長陸新明11月25日在北京表示，“十四五”時期，中國將採取進一步的措施，結合相關規劃和政策的制定和落實，推動開展中國控制甲烷排放行動。

三大切入口

　　甲烷減排行動可從能源、農業、廢棄物三大人為源入手。

　　2020年10月，歐盟委員會發布的《歐盟甲烷戰略》指出，石油、天然氣和煤炭産業的整個供應鏈中排放的甲烷，至少有三分之一可以在不增加凈成本的基礎上實施減排。從經濟效益、環境效益和社會效益最大化角度考慮，減少放空和火炬燃燒，減少油氣生産、輸送和燃燒過程中的泄漏，減少煤礦甲烷排放等，都是可以優先選擇的減排領域。

　　生態環境部表示，將推動出臺中國甲烷排放控制行動方案。建立煤炭、油氣、廢棄物處理等領域甲烷減排的政策、技術和標準體係，適時修訂煤礦瓦斯排放標準，強化標準的實施，同時加強石油天然氣開採、廢棄物等領域甲烷排放控制和回收利用。?

　　此外，還將繼續鼓勵重點領域甲烷自願減排行動，鼓勵地方和行業企業開展甲烷排放控制合作，建立示范項目和工程，推動甲烷利用相關技術、裝備和産業發展。

　　那麼畜牧業怎麼辦？肉與地球不可兼得嗎？

　　聯合國糧食及農業組織發布的《通過畜牧業解決氣候變化問題：排放與減排機遇全球評估》報告指出，畜牧業有望實現大規模溫室氣體減排。聯合國環境署糧食係統和農業顧問詹姆斯·洛馬克斯表示，世界需要開始“重新思考我們的農業種植和畜牧養殖方法”。這包括利用新技術，轉向富含植物的飲食並採用替代蛋白質等。

　　例如，牛羊等反芻動物在消化過程中會産生大量甲烷，近年來，科學家研究發現，通過改善飼料配比，可以降低牛的甲烷排放量。通過更廣泛地採用現有最佳規范和技術，畜牧部門溫室氣體的減排可高達30%。

　　對于水稻等主要作物，專家建議採用幹濕交替的種植技術，這樣可以將甲烷排放量減半。稻田可以在整個生長季節進行2到3次灌溉和排水，而不是一味地採用“大水漫灌”的策略，從而在不影響産量的情況下限制甲烷産量。這一過程還能減少三分之一的水消耗，經濟實惠，一舉多得。

　　中國自1960年稻田採用間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。中科院大氣物理研究所的專家自上世紀90年代就開展了大量的稻田甲烷觀測實驗，其自主研發的稻田甲烷模型，也被聯合國政府間氣候變化專門委員會推薦為編制國家稻田甲烷排放清單的模型之一。

　　不過，中國西南地區廣泛存在一種獨特的生態係統——冬水田。其特點是春季種水稻，9月水稻收割後蓄水保田休閒，直到次年5月移栽水稻。冬水田在非水稻生長季長期淹水狀態下會産生大量的甲烷排放，2010年的排放量為108.31萬噸，約佔稻田甲烷總排放量的12%，具有較高的減排潛力。採取科學的農業管理措施，降低冬水田的甲烷排放，仍是亟需科學家們解決的技術問題。

　　針對廢棄物減排，應強化分類收集、源頭管控，並嚴格管控垃圾填埋等末端治理。為了進一步減少廢棄物，處理甲烷排放，歐盟近期對廢棄物法規進行了修訂，提出到2024年要實現可降解廢棄物全部分類收集，以及到2035年廢棄物垃圾填埋比率不超過10%，並限制或取締不合規垃圾填埋場的運作。對于垃圾填埋氣，要求最大程度實現能源利用；不具有利用價值的填埋氣，則推薦借助熱點網格識別等技術及時發現，並採用生物氧化技術，對殘留的甲烷進行中和，從廢棄物處理的末端盡量減少甲烷排放。

　　中國針對廢棄物減排還處于起步階段，目前垃圾分類初見成效。未來可推動廢棄物處理企業經核定的甲烷減排額度直接進入全國碳排放權交易市場，鼓勵和支援甲烷減排實施較好的企業發行公募REITs（基礎設施領域不動産投資信托基金）産品。

　　（作者係中國科學院大氣物理研究所副研究員）

來源：2021年12月15日出版的《環球》雜志 第25期

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