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废弃矿井甲烷持续排放,煤炭全生命周期气候影响或被低估

来源:美国环保协会 作者: 人气: 发布时间:2020-03-11 07:18:39

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近年来,科学界对甲烷短期气候影响的认识逐步加深。要控制甲烷泄露,则必须要弄清“甲烷真正的排放量是多少”以及“各个行业甲烷排放量是多少”。而随着新监测技术的发展,人们对于这两个问题的认知也越来越清晰。

然而,最新的一系列研究表明,人为甲烷排放,特别是能源行业的甲烷排放,可能被严重低估。比如,美国环保协会去年发表在Science(《科学》)杂志的研究显示,美国油气行业的甲烷排放比美国联邦环保局(EPA)此前的估计高出60%。在另一个能源行业——煤炭行业,甲烷排放也存在被低估的问题,特别是从煤炭全生命视角来看。

煤炭全生命周期气候影响被低估

煤炭全生命周期碳排放是指煤炭开采、加工处理、运输及使用过程温室气体排放量。过去,对于煤炭全生命周期的温室气体排放主要着眼于煤炭燃烧过程中的二氧化碳的排放。煤炭生产过程中的甲烷排放并未受到太多关注。

煤炭生产过程中的甲烷排放量巨大。根据国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望2019》,2018年全球煤矿甲烷泄漏量达4000万吨,是全球油气行业甲烷泄漏的一半左右。甲烷排放20年后的暖化效应(GWP)是二氧化碳的84倍,如果按此计算,甲烷泄漏最严重的10%的煤矿,与其开采出的煤炭全部燃烧带来的暖化效果几乎相当。

而事实上,煤炭甲烷排放还不限于生产过程中,煤炭矿后的甲烷排放量也不容忽视。近日发表在《清洁生产》期刊(Journal of Cleaner Production)上的一项研究(摘要附后)则指出,在考虑到废弃矿井的情况下,煤炭相关的甲烷排放可能被严重低估,煤炭全生命周期下的气候影响比之前估计的还要大。

即使煤炭生产停止 甲烷排放依旧持续

煤矿井在停产后依然会持续排放甲烷,而由于废弃矿井数据的长期缺失,导致其排放量往往被低估。

在上述发表于《清洁生产》期刊上的论文中,科学家们采用了一种全新的方式对全球废弃矿井的甲烷排放量进行了计算,并首次尝试对未来全球废弃矿井的甲烷排放量进行预测。研究显示,2010年废弃矿井的甲烷排放量达1474万吨,远高于其他研究结果。而到2100年,废弃矿井的甲烷排放量占全球煤矿甲烷排放总量的比例将增加至27%,突显了解决废弃矿井甲烷排放问题的必要性。

据2019《BP世界能源统计年鉴》数据显示,2018年度全球煤炭产量为80.1亿吨,比2010年高7亿多吨。如果考虑到废弃井,煤炭全生命周期的甲烷排放量将远大于IEA的预测。

废弃矿井的潜在气候影响主要在于其持续性。也就是说,即使全球气候行动导致煤炭产量下降,如果不对废弃井的甲烷排放进行控制,煤炭开采带来的甲烷排放仍将持续增加。因此,应该把废弃矿井的甲烷泄漏(AMM)纳入煤炭全生命周期对全球气候变化影响的评估。

中国需要重视废弃井甲烷治理

随着煤炭在中国能源体系中的比例逐步降低,废弃煤矿的数量却每年增加,这对煤矿甲烷排放的计算提出了新挑战。

中国是煤炭生产大国,废弃矿井数量巨大。据《中国能源报》报道,中国工程院重点咨询项目“我国煤炭资源高效回收及节能战略研究”研究表明,到2030年,中国的废弃矿井数量将达到1.5万处。这些废弃矿井不仅会排放大量的甲烷,也会引起环境、安全和社会问题。

事实上,由于甲烷本身也是一种清洁能源,对废弃井甲烷加以抽采和利用,可以带来区域环境、安全及社会的多重效益。

国家发改委、能源局应急部等相关部委联合3月发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》指出,煤矿生产“要融合智能技术与绿色开采技术,推进绿色矿山建设,建设清洁低碳、安全高效的煤炭工业体系。”新技术对于促进煤炭生产过程中的甲烷排放的控制具有重要作用,废弃矿井的治理过程也应充分考虑智能化因素。

甲烷是一种宝贵的能源和温室气体,更准确地监测甲烷排放量,可以为开展甲烷利用和减排提供支撑。中国生态环境部应对气候变化司司长李高于2020年1月在“2020中国甲烷论坛”上表示,在条件成熟的情况下,中国将考虑开展中国控制甲烷排放行动,作为落实2030年国家自主贡献目标强化行动中的重要组成部分(更多阅读:共议甲烷 | 2020中国甲烷论坛:中国甲烷控排行动即将开始)。

以下为《即使煤炭产量下降,全球煤炭开采产生的甲烷排放量仍将继续增长》论文介绍和摘要:

近日,美国西北太平洋国家实验室(PNNL)科学家纳扎尔·霍洛德(Nazar Kholod)和梅瑞迪·伊凡斯(Meredydd Evans)等在《清洁生产》期刊上发表了题为《即使煤炭产量下降,全球煤炭开采产生的甲烷排放量仍将继续增长》(Global methane emissions from coal mining to continue growing even with declining coal production)的论文[1]。该论文提出了一种甲烷排放计算的新方法,即利用采煤方式(coal extraction method)、煤级(coal rank)、开采深度(mining depth)和基于实证的排放因子(evidence-based emissions factors)对煤矿甲烷排放进行计算。同时,也首次尝试对全球废弃矿井的甲烷排放量进行了预测,并研究分析了基准情景(SSP2-baseline)、强减排情景(SPP2-2.6)和弱减排情景(SPP2-6.0)下,到本世纪末煤矿甲烷排放的变化趋势。

研究预测,到2100年,废弃矿井的甲烷排放量及其在全球甲烷排放总量中所占的比例将显著增加。

研究显示,2010年全球井工开采和露天开采甲烷排放总量为1030亿立方米(约6901万吨) ,高于之前的相关研究结果。按照基准情景模型,到2100年,全球煤炭产量达到 387.2 EJ(约132.1亿吨标煤),全球甲烷总排放量将达到每年4320亿立方米(约28944万吨)。其中,全球废弃矿井甲烷排放量将从2010年的220亿立方米(约1474万吨),增加到2050年的750亿立方米(约5025万吨)和2100年的1620亿立方米(约10854万吨),而废弃矿井的甲烷排放量在全球煤矿甲烷排放总量中所占的比例也将从2010年的17%增加到2050年的23%和2100年的27%。

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在不同的减排情景下,2010-2100年全球来自煤炭开采行业的煤炭生产甲烷(CMM)和废弃矿井甲烷(AMM)的排放趋势。

上图显示,在两种减排情景中,即使煤炭产量在快速下降,废弃矿井甲烷排放也呈持续增长(弱减排情景SPP2-6.0)或变化不大(强减排情景SPP2-2.6)趋势,且其排放仍将持续整个世纪。

在减排情境下,煤炭产量下降意味着在产矿井数量下降,废弃矿井数量增加,因此对比基准情景,减排情景下废弃矿井的甲烷排放占比将会更高。其中,到本世纪末,在弱减排情景下,废弃矿井甲烷排放占煤矿甲烷排放总量的比例预计将达到34%,而在强减排情景下将达到44%。

此外,科学家们还汇总了各国向联合国气候变化框架公约(UNFCCC)提交的废弃矿井数据。结果表明,2010年,通过论文数据计算出的煤矿生产来源甲烷(CMM)的排放量是为1030亿立方米(约6901万吨),煤炭生产甲烷和废弃矿井甲烷(AMM)的总排放量是1250亿立方米(约8375万吨)——该数值远高于其他研究的结果(见下表)。可见,许多国家有可能低估了废弃矿井的甲烷排放量,同时凸显了解决废弃矿井甲烷排放问题的必要性。

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2010年煤炭开采行业甲烷排放量比较。

导致废弃矿井排放量被低估的主要原因是数据的严重缺失。目前,各国都缺少按煤级、开采方式和开采深度分类的煤炭产量数据。而有关废弃矿井的状态、废弃率和废弃年份的初始排放量数据缺失更为严重。该研究揭示了煤炭开采甲烷排放计算中的重大数据缺口。

注:

1.Kholod N, Evans M, Pilcher RC, Roshchanka V, Ruiz F, Coté M, Collings R, Global methane emissions from coal mining to continue growing even with declining coal production, Journal of Cleaner Production (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120489.

(编辑:逍遥客)

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