美国联邦租赁煤炭生产温室气体排放的中期预测：21世纪中叶减排趋势分析

这篇综述通过系统分析美国联邦租赁煤炭生产数据，预测了2024-2051年间温室气体（GHG）排放趋势。研究显示，到2051年联邦煤炭产量将降至2023年的14.2%，相应GHG排放（CO2、CH4和N2O）将从402.2降至55.0 MMT CO2 eq.，其中95%来自终端燃烧。该研究为联邦土地管理（BLM）和排放目标制定提供了重要决策依据。

　　

美国联邦租赁煤炭生产的温室气体排放趋势

摘要

本研究首次系统估算了2024-2051年间美国联邦租赁煤炭生产及其相关温室气体（GHG）排放。基于煤矿运营商公开数据建立的模型显示，联邦煤炭产量将从2023年的2.4亿短吨（mtn）降至2051年的3400万短吨，降幅达85.8%。相应地，GHG排放总量预计从2024年的402.2百万公吨二氧化碳当量（MMT CO₂ eq.）降至2051年的55.0 MMT CO₂ eq.，其中终端燃烧贡献95%，运输3.7%，逸散排放1.3%。

1 引言

美国约28%的陆地为联邦土地，这些土地承载着包括煤炭生产在内的多种经济活动。本研究由美国地质调查局（USGS）主导，旨在为土地管理局（BLM）提供国家环境政策法案（NEPA）框架下的决策支持。研究采用"二级"GHG清单方法，聚焦现有煤矿设施，不包含新建煤矿预测。值得注意的是，怀俄明州贡献了全美89%的联邦租赁煤炭产量，这使得该州的产量变化主导全国趋势。

2 方法学

2.1 活跃煤矿的逸散排放

研究整合了矿山安全与健康管理局（MSHA）30年监测数据，对11个地下煤矿建立了矿场特异性排放因子。对于缺乏直接监测数据的矿井，采用586标准立方英尺CH₄/短吨的排放因子。地表矿排放计算则采用基于煤炭产区的简化排放因子法，其中活跃开采阶段排放因子设定为煤层甲烷含量的150%。

2.2 煤炭运输排放

通过分析能源信息署（EIA）表格923的电力厂煤炭接收数据，研究确定了30个煤矿中15个的明确运输目的地。对于未知目的地的运输，建立了州际运输排放因子模型。结果显示，怀俄明州的煤炭运输排放因子最高（CO₂ 25,842 g/吨），反映出其煤炭需长距离运输至东部市场的特点。

2.3 固定源燃烧排放

采用美国环保署（EPA）温室气体清单中的分级方法，根据不同煤炭终端用途（发电、冶金、水泥等）匹配相应的排放因子。特别值得注意的是，冶金煤的焦化过程排放纳入计算，但后续炼钢过程排放被排除在外。

3 不确定性分析

研究识别了两类主要不确定性：煤炭产量预测的不确定性和排放因子计算的不确定性。通过引入能源信息署年度能源展望（AEO）中的高/低零碳技术成本情景，构建了产量预测的波动范围。排放因子不确定性则采用蒙特卡洛随机模拟技术，其中CH₄燃烧排放的不确定性最大（-31%至+122%）。到2051年，综合不确定性范围达到-28%至+48%。

4 主要结果

4.1 生产预测

模型显示联邦煤炭产量将呈现阶梯式下降，主要拐点出现在2037年和2048年，这与计划中的燃煤电厂集中关闭时段吻合。怀俄明州的产量占比将从2024年的75.8%升至2051年的96.5%，反映出其他产区更快速的衰退趋势。

4.2 排放构成

终端燃烧始终是最大排放源，但运输排放占比呈现先升后降的有趣趋势：从2024年的3.6%逐步升至2047年的4.1%，随后因怀俄明三大煤矿关闭而回落。这种变化反映了随着本地电厂关闭，剩余煤炭需更长距离运输的市场调整。

5 讨论

5.1 与全国趋势对比

虽然本研究预测联邦煤炭产量到2051年将降至2024年的14.2%，但能源信息署对国家整体煤炭产量的预测降幅较小（2022-2050年降至46%）。这种差异可能源于联邦租赁特有的政策和经济考量。

5.2 全球视角

尽管美国是全球第四大产煤国，其2023年产量仅占全球5.5%。研究预测的美国年均减产1100万吨，远不及中国、印度等国单年增产2.32亿吨的规模。这凸显了全球气候治理需要更广泛的国际合作。

6 结论

该研究为联邦土地管理提供了重要的定量工具，其预测显示联邦煤炭相关GHG排放将在中期显著下降。然而，这种减排对全球气候影响的贡献有限，突显了能源转型需要全球协同努力的重要性。研究建立的矿场级预测框架，可为政策制定者评估不同管理情景提供科学依据。