中国填埋场甲烷排放：历史趋势、未来轨迹与多维减排策略研究

本研究针对中国生活垃圾填埋场甲烷(CH4)排放这一关键环境问题，构建了省级尺度的排放清单(2003-2021)，揭示排放量从2003年1.0 Mt增长至2019年1.8 Mt后，因焚烧技术推广在2021年降至1.6 Mt。基于SSPs情景预测显示，至2050年累积排放量达29.10-30 Mt。通过多情景分析发现，有机废物处理(58%)、废物减半(50%)、填埋气利用(44%)和填埋场改造(33%)等策略具显著减排潜力，综合策略可实现88.4%减排。研究为发展中国家废弃物管理提供科学依据，对实现碳中和目标具有重要意义。

　　

随着中国经济的快速发展和城镇化进程加速，城市生活垃圾产生量急剧增加，填埋作为主要处理方式之一，成为重要的甲烷排放源。甲烷作为一种强效温室气体，其全球变暖潜势在100年时间尺度上是二氧化碳的27-29倍，对短期气候变化产生显著影响。尽管中国政府已推行一系列政策促进垃圾焚烧和分类，但在中小城市和经济欠发达地区，填埋处理仍占主导地位，导致甲烷排放问题持续存在。准确量化填埋场甲烷排放并评估减排潜力，对于实现中国"双碳"目标和全球气候治理具有重要意义。

本研究发表在《Resources, Conservation and Recycling》，通过构建2003-2021年中国省级尺度的填埋场甲烷排放清单，采用一阶衰减模型(FOD)和面板数据回归模型，结合五种共享社会经济路径(SSPs)对未来排放轨迹进行预测，并评估了不同减排策略的效果。

研究采用的主要技术方法包括：基于IPCC推荐的一阶衰减模型计算甲烷排放；利用面板数据回归模型预测未来垃圾产生量；基于SSP数据库的人口和GDP数据进行情景分析；采用误差传播方法进行不确定性评估；数据来源包括中国统计年鉴、环境统计年报等官方权威数据。

3.1. 填埋场甲烷排放的时空特征

研究表明，中国填埋场甲烷排放呈现明显的时空差异。时间上，排放量从2003年的1.0 Mt增长到2019年的1.8 Mt峰值，随后下降到2021年的1.6 Mt，这种变化主要得益于焚烧技术的推广。空间上，东部地区是唯一出现排放下降的区域，从2003年的365 kt下降到2021年的306 kt，降幅达16.2%，而南部、中部和西南地区排放增长最为显著。从经济视角看，高收入省份排放相对稳定，而中低收入省份排放增长迅速，体现了区域发展的不均衡性。

3.2. 中国填埋垃圾产生量和甲烷排放预测

通过相关性分析发现，甲烷排放与人均GDP和人口规模高度相关(Pearson相关系数>0.80)。基于SSP情景的预测表明，到2050年，中国填埋垃圾产生量将达到5.66-6.03 Mt，其中SSP5(化石燃料驱动发展)和SSP1(可持续发展)情景下产生量最高，SSP3(区域竞争)情景下最低。累计甲烷排放量在2022-2050年间将达到29.1-30 Mt，对全球温室气体预算构成重大挑战。

3.3. 中国填埋场甲烷排放情景分析

研究评估了五种减排策略的效果：填埋场改造、填埋气利用、废物减半、有机废物处理和综合策略。结果显示，综合策略可实现88.4%的减排效果，各单一策略的减排效果从高到低依次为：有机废物处理(58%)、废物减半(50%)、填埋气利用(44%)和填埋场改造(33%)。空间异质性分析表明，高收入省份最适合采用废物减半策略，而低收入地区则更适合有机废物处理策略。

3.4. 不确定性和局限性

研究采用误差传播方法评估不确定性，估计2021年甲烷排放的不确定性约为±39%。与现有研究的比较显示，虽然数值存在差异，但排放趋势基本一致，都呈现快速增长、缓慢增长、达峰和快速下降四个阶段。不确定性主要来源于活动数据和质量因子的准确性，以及参数之间的相关性。

研究结论表明，中国填埋场甲烷排放已经进入平台期并呈现下降趋势，但未来仍将保持较高水平。通过实施综合减排策略，特别是结合有机废物处理、废物减量和填埋气利用等措施，可以实现显著的减排效果。讨论部分强调，减排策略的选择需要结合各地区的社会经济发展水平、废物组成特征和技术条件，采取区域差异化的 approach。高收入省份应重点推进废物减量和分类，而低收入地区则应优先发展有机废物处理技术。同时，需要加强政策支持和技术推广，提高填埋气收集利用效率，推动废弃物管理向资源化、能源化方向转型。

这些研究成果不仅为中国制定废弃物管理政策和甲烷减排策略提供了科学依据，也为其他发展中国家提供了可借鉴的经验，对全球气候变化 mitigation 具有重要意义。未来研究需要进一步提高数据精度，优化参数设置，并加强多污染物协同控制研究，实现环境效益最大化。