甲烷为何突然成为香饽饽？

最近，两个重磅消息，点燃了甲烷控排与甲烷利用的无限商机。

一则消息是航运巨头马士基通告表示，为了确保船队的长期竞争力及其实现去碳化目标的能力，马士基选择了一种混合了甲醇和液化气的双燃料推进系统。

这意味着，绿色甲醇不再是马士基押宝的唯一减排燃料，马士基预见到未来行业将采用多燃料的方式，包括液化生物甲烷（也称生物LNG，LNG90%以上成分是甲烷）。

马士基已经开始为液化生物甲烷签订购买协议，以确保这些新的双燃料气体船在2030年前能够实现温室气体减排目标。

另一则消息是，7月30日，中国生态环境部就煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用、公路隧道照明系统节能两个自愿减排方法学征求意见，前者主要针对的就是甲烷减排。其中提到，煤炭甲烷逃逸排放是我国最主要的人为甲烷排放源，约占全国甲烷排放总量的40%。

这是生态环境部发布第二批CCER方法学，把煤矿瓦斯（主要成分是甲烷）的回收利用列入新发布方法学，有人认为，这可能会超越林业碳汇成为最活跃的CCER项目，因为这类项目是非常好的投资标的，1年就能回收投资，最差不超过3年。

甲烷为何突然成为香饽饽？它在实现气候目标方面起到什么作用？甲烷作为燃料，未来前景和商机如何？

一、被忽视的非二氧化碳温室气体

工业革命以来，人类活动产生的碳排放是全球气候变化的主要原因，进而导致了海平面上升、冰川消融、极端天气事件多发频发等一系列严重后果。

但此“碳”不单单指二氧化碳，而是泛指拥有“碳元素”的众多温室气体，《东京议定书》及多哈修正案重点提到了二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）等七种气体。

上述七种温室气体，生成方式不尽相同、增温潜势（同时期等量温室气体与二氧化碳造成的温室效应的比值，GWP）有高有低、气候变暖贡献度有大有小。

一直以来，二氧化碳都是全球碳减排的主角。根据EDGAR数据库，2022年，全球温室气体排放达到537.8亿吨，其中二氧化碳占比71.6%，甲烷、氧化亚氮分别占比21.0%、4.8%，含氟气体为2.6%。

非二氧化碳温室气体虽然量少，但威胁性强：一方面增温潜势高，如在100年尺度下，等量的甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物造成的温室效应分别是二氧化碳的20、270、770、7000多倍。另一方面，影响面广，如甲烷是煤层气的主要成分，被称为煤矿开采的“头号杀手”；甲烷还会导致对流层臭氧增加，严重危害人类的身体健康和农作物的生长。

注：不同温室气体的增温潜势，数据引自IPCC

此外，非二氧化碳温室气体还与国家安全息息相关，如在我国，水稻种植是产甲烷的“大户”，甲烷控排就要处理好稻田生产与粮食安全的关系；全氟碳化物和三氟化氮是平面显示、半导体等高科技的“宠儿”，含氟特殊电子气体的控排就要处理好产业发展和产业安全的关系。

二、全球甲烷在农业，中国甲烷在能源

甲烷是仅次于二氧化碳的全球第二大温室气体，具有四大特点：

一是来源比较广泛，包括煤炭开采、化石能源燃烧、农业种植和养殖、垃圾和污水处理等；

二是治理难度大，尤其是量大面广且分散的农业排放源；

三是增温潜势高，根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的第六次评估报告，在100年尺度下甲烷的全球增温潜势是二氧化碳的29.8倍，20年尺度下为82.5倍；

四是甲烷减排具有较好的协同效应，可以预防煤炭事故、减少臭氧浓度、提升农业生产力等。

6月27日，丹麦拟征收牲畜碳税（俗称 “放屁税”）的消息冲上热搜，将是全球首个农业碳税。与全球大多数国家碳排放来自能源、工业、交通等不同，丹麦最大的温室气体排放源是农业，其中畜牧业排放的甲烷又占大头。根据丹麦能源署数据，在1990~2020年，丹麦发电和区域供暖的排放下降了84%，农业减排则十分缓慢，预计2030年农业部门排放量将达1511万吨二氧化碳当量，占总排放的43%，成为实现“2030年温室气体排放量较1990年减排70%”目标的主要障碍。

注：1990~2035 年丹麦各部门的总排放量变化，引自中国宏观经济研究院能源研究所

近年来，全球甲烷排放呈快速上升态势，甲烷减排成为应对全球气候变化的有效且关键举措。IPCC第六次评估报告认为，甲烷减排为未来几十年减缓全球变暖的最高效方法之一。

从浓度看，世界气象组织数据显示，自2007年以来，CH4浓度持续增加，2021年创有记录以来的最大单年增幅。2022年全球平均甲烷浓度再创新高，达1923±2ppb，比2021年增加了16ppb，连续5年高于过去十年的年均增幅。相比而言，CO2浓度增幅则呈放缓态势。相比CO2的全球变暖贡献度从前几年的66%下降到2023年的64%，CH4的贡献率则从16%上升为19%。

注：全球二氧化碳、甲烷平均浓度及增长率，引自世界气象组织

从排放量看，全球约60%的甲烷排放来自人类活动。国际能源署数据显示，2023年，全球人为甲烷排放量为3.9亿吨，主要来自农业活动、能源活动、废弃物处理三大领域，占比分别为36.4%、32.8%、18.2%。“农业是第一大甲烷排放源”在欧盟表现的更显著，根据欧洲环境署的数据，2022年，欧盟27国甲烷排放量约为4.1亿吨CO2e（二氧化碳当量），其中56.1%来自农业活动，10.9%来自能源活动，23.7%来自废弃物。

在全球农业甲烷排放中，牲畜消化过程和粪便的甲烷排放，约占农业甲烷排放的80%。可谓是“全球甲烷在农业、农业甲烷在畜牧”，怪不得丹麦要对牲畜征税了。

注：2023年全球甲烷排放来源，引自国际能源署《2024年全球甲烷追踪》

与全球最大甲烷排放源为农业不同，中国甲烷最大排放源为能源活动，根据《中华人民共和国气候变化第三次两年更新报告》，2018年甲烷排放量为6411.3万吨，其中能源活动排放2865.8万吨，占44.7%；农业活动排放2384.6 万吨，占37.2%；废弃物处理排放762.2万吨，占11.9%。

在我国能源活动甲烷排放中，固体燃料逃逸排放（基本上等同于煤炭开采）是最大的排放源，2018年排放量达到2512.2万吨，占比高达87.6%，可谓是“中国甲烷在能源、能源甲烷在煤炭”，这就印证了煤炭甲烷逃逸开发成CCER方法学的必要性了。

三、国情各异的甲烷减排

2020年以来，国际社会对甲烷减排的关注度陡增。2021年11月，在第26届联合国气候变化大会（COP26）上，美国和欧盟发起了“全球甲烷承诺”（Global Methane Pledge）倡议，设定了“到2030年将甲烷排放量较2020年减少30%”的目标，目前已有150多个国家加入该倡议。

中国也在积极推进甲烷减排工作。在应对全球气候变化方面，有“中美合作助推巴黎气候大会达成《巴黎协定》”的美谈。在控制甲烷排放方面，中美再次携手，在2021年11月COP26上《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》“第八条”特别论述甲烷减排，形成政治共识；在COP28召开前夕（2023年11月），《中美关于加强合作应对气候危机的阳光之乡声明》提出“制定各自纳入其2035年国家自主贡献的甲烷减排行动/目标”；2023年12月，在COP28期间，中美两国会同阿拉伯联合酋长国举行“甲烷和非二氧化碳温室气体峰会”。此外，我国还发布了首个全面、专门的甲烷排放控制顶层设计文件《甲烷排放控制行动方案》。

国情不同、甲烷来源各异，各国甲烷减排的侧重点和措施也就不尽相同。

注：中美欧甲烷排放结构对比，引自EDGAR（2022）

丹麦并不是第一个在牲畜头上动心思的国家，新西兰政府曾于2003年、2022年两次提出征收牛羊碳排放税，但均在农民的强烈反对下，以失败告终。

美国作为世界上最大的石油、天然气生产国和消费国，石油天然气逃逸在甲烷排放中占比最高，达36%，因此减排的重点在于油气业。

其实，欧盟虽然农业排放占比最大，但也将油气业作为甲烷减排的重点，正如《欧盟甲烷减排战略》中强调的，“能源是能够以最快速度、最低成本降低甲烷排放的部门”。这主要是因为相比油气“点源”，农业“面源”的治理难度更大，而且农业利润较低，减排的阻力很大，这也是新西兰农业碳税两度“破产”的重要原因。

中国的第一、第二大甲烷排放源依次是能源、农业活动，但与欧美不同，中国的能源排放主要来自煤矿开采，农业排放主要来自水稻种植。煤矿瓦斯利用是煤炭甲烷减排的主要途径，这与煤矿安全生产紧密相关，国家和地方出台了一系列支持政策。随着煤矿瓦斯利用被纳入CCER，“看得见的手”与“看不见的手”协同发力，“有为政府”与“有效市场”有机结合。

在稻田减排领域，2022年6月，农业农村部、国家发展改革委联合印发了《农业农村减排固碳实施方案》，“种植业节能减排”被置于六大任务之首，“稻田甲烷减排行动”被置于十大行动之首。

注：引自《农业农村减排固碳实施方案》

四、绿色甲烷“商机无限”

在二氧化碳减排领域，降碳成就了新能源数个万亿级产业、用碳则开启了CCUS（二氧化碳捕集、利用与封存）这一千亿级市场。尽管甲烷减排还处在“控制排放”的阶段，但绿色甲烷正在催生巨大商机。

绿色甲烷包括生物甲烷和电制甲烷两种，前者以农业废物、畜禽粪污和城市垃圾等为原料，通过厌氧消化等反应过程生产的甲烷；后者通过电解水制氢，然后与二氧化碳结合生成甲烷，电是绿电（太阳能发电、风电等），二氧化碳是捕获而来。

电制甲烷遵循Power-to-X（ P2X ）的工艺，这里的X包括绿氢、绿氨、绿色甲醇、绿色甲烷，以及绿色合成燃料等。

一方面，绿色甲烷可用于替代传统的天然气等化石燃料，具有有效处置废物、减少污染物排放、降低化石能源依赖、促进绿电消纳等优势，正成为欧美国家推进油气绿色转型、航运等“难减排”行业低碳发展的新路径。

如美国制定《可再生燃料标准（RFS）》推动可再生天然气的生产和应用，丹麦设定了“到2030年绿色甲烷占天然气消费量100%”的目标等。

2024年6月，国家发展改革委印发的《天然气利用管理办法》提出“坚持绿色低碳，促进天然气在新型能源体系建设中发挥积极作用”、“天然气利用优先类为有利于保障国家能源安全和实现双碳目标、有利于产业结构优化升级”。

可持续燃料是近年来的热点话题和热门领域，如可持续航空燃料（由生物质、废弃油等制成的燃料，SAF）替代传统煤油，被认为是全球航空业实现“2050净零排放目标”的最重要手段。

与此类似，绿色甲烷作为可持续船用燃料的一种，在国际海事组织（IMO）2023年起实施碳强度指标评级机制、欧盟2024年起将航运业碳排放纳入碳交易市场等航运减排政策引导下，正得到推广应用。此外，绿色甲烷也是重型交通（卡车）领域脱碳的低成本路径。

另一方面，绿色甲烷可在绿氢、绿色甲醇等燃料中互相转换，实现了Power-to-X技术（可再生能源电力制氢，进而合成绿色化工产品）的“内循环”。

注：Power-to-X阐释，引自宋华振《氢能发展路径Power to X》

目前，“甲烷蒸汽重整”是全球主流制氢路线，但由于依赖传统天然气，制得的氢气被称为“灰氢”；如果将之与CCUS技术相结合，可以生成“蓝氢”。更理想的一种方案是，通过绿色甲烷蒸汽重整，生成“绿氢”。在此过程中，不仅实现了氢气“灰转绿”，还形成了“绿氢-绿色甲烷-绿氢”绿色低碳循环新范式。

注：制氢路线，作者绘图

当前，二氧化碳控排迈入了难以减排领域的“深水区”，甲烷控排仍是一片“蓝海”，这为各国应对气候变化提供了更多选择，也为实现减排目标增添了砝码，更为从业者带来了无限商机。我国甲烷减排起步较晚、基础薄弱，而且要牢牢守住能源安全、粮食安全、产业安全的“底线”，可谓是道阻且长、负重前行。

本文来自微信公众号：环球零碳，作者：王磊明（北京大学环境科学硕士），编辑：Tang