减少中国城市固体废物产生的甲烷排放

《Journal of Environmental Management》：Mitigating methane emissions from municipal solid waste in Chinese cities

中国城市市政固废甲烷排放研究：首次构建351个城市2006-2023年排放清单，发现2017年后减排率达84.7%，其中80%来自特大城市和大型城市的填埋转向焚烧及甲烷回收。研究提出基于城市规模差异化的“无填埋+厌氧消化”双轨政策路径，为2060年全城零甲烷目标提供决策依据。

　　

高月明|段阳|张伟|赵娜娜|王园|丁振宇|吴文军|曹东|蒋洪强

北京科技大学能源与环境工程学院，北京，100083，中国

摘要

中国快速的城市化进程带来了来自城市固体废物（MSW）的甲烷（CH₄）排放问题，这可能阻碍中国实现净零CH₄的目标。本研究首次对中国2006年至2023年的城市固体废物甲烷排放进行了统计分析，识别了排放变化的关键驱动因素。值得注意的是，自2017年以来，中国城市的MSW甲烷排放量减少了84.7%，其中大都市和大型城市的贡献占比达到80%。从填埋转向焚烧以及甲烷气体的回收是大多数中国城市减少MSW甲烷排放的主要驱动力。情景分析表明，在不采用填埋方式、重点发展厌氧消化技术的策略下，所有大都市和大型城市到2060年可以实现负排放或接近零排放，但小城市和微型城市仍需要增加焚烧能力。我们的研究结果表明，针对不同类型城市制定有针对性的废物管理政策对于实现中国的净零MSW甲烷目标至关重要。

引言

甲烷（CH₄）是仅次于二氧化碳的第二大人为温室气体，其大气浓度在过去十年中急剧上升，使其成为气候缓解的关键目标（Gregory等人，2021年）。已有超过150个国家加入了《全球甲烷承诺》以应对这一挑战（Tadesse和Lee，2024年）。最新数据显示，全球人为甲烷年排放量约为3.6亿吨，其中废物部门贡献了约18-20%（IGES，2021年），仅次于能源活动（Gong和Shi，2021年）和农业（Duan等人，2023年）。城市是城市固体废物的主要来源，全球有超过13,000个城市在生活方式、发展水平和废物管理实践方面存在巨大差异（Moran等人，2018年；Zhao等人，2024年）。因此，为不同城市制定差异化的缓解策略对于实现全球甲烷中和至关重要（Sun等人，2021年）。作为世界上最大的城市固体废物产生和处置国（Hoy等人，2023年；Zhang等人，2025b），中国的城市固体废物收集量从2006年的1.52亿吨增加到2023年的2.54亿吨。城市固体废物部门产生的甲烷排放（MSW-CH₄）占中国总甲烷排放量的约7%（国家发展和改革委员会，2019年），这凸显了城市固体废物管理在甲烷减排中的关键作用。

关于固体废物部门甲烷排放核算和减排潜力已经进行了大量研究，并取得了实质性进展。先前的研究表明，与能源和农业部门相比，固体废物部门的减排通常更具成本效益和技术可行性（Bogner等人，2008年；IPCC，2021年）。然而，仍存在四个主要问题。首先，空间分辨率不足。大多数研究仍停留在国家或省级层面（Bian等人，2022年；Zhao等人，2020年），难以捕捉城市间的差异。作为最大的发展中国家，中国城市在人口规模、经济水平、资源禀赋、污染结构和影响因素方面存在显著差异（Zhao等人，2024年）。因此，为MSW-CH₄设计有效的减排路径需要制定针对具体城市的政策。其次，研究焦点往往过于宽泛。大多数研究关注的是固体废物的总温室气体排放，而很少有研究将甲烷作为独立分析对象（Liu和Wang，2023年）。实际上，MSW-CH₄的排放具有独特的形成机制、集中的排放过程和针对性的减排措施，在减排成本、治理路径和政策响应方面与二氧化碳有很大不同。仅关注总温室气体排放的分析因此对《全球甲烷承诺》下的甲烷减排提供了有限的指导。第三，对MSW-CH₄驱动因素的识别仍然不足。现有研究主要集中在排放核算上，对潜在的社会经济和政策因素关注较少。然而，甲烷排放的变化反映了经济发展、人口增长和环境法规的综合影响（Zhang等人，2022b）。量化这些随时间的变化对于制定有针对性的甲烷减排政策至关重要。第四，很少有研究在多种政策约束下考察未来的MSW-CH₄排放情景。特别是，中国如何在实现2060年碳中和目标的同时减少MSW-CH₄排放，这对城市政策制定者来说是一个关键挑战。最近，学者们呼吁建立更高分辨率的排放清单和整合社会经济驱动因素及政策因素的综合性框架（Chen等人，2020年；Shan等人，2022年），以及进行情景分析以预测未来趋势（Liu和Wang，2023年）。这些呼吁凸显了为中国建立城市级别的MSW-CH₄排放清单并系统识别社会经济驱动因素和政策的紧迫性。

在以往关于温室气体排放驱动因素的研究中，经常使用理论模型来解释人口、经济和技术因素如何影响环境压力。其中，IPAT模型及其随机重构版本STIRPAT模型（York等人，2003年）被最广泛应用（Dietz和Rosa，1997年）。在此框架下，通常使用指数分解分析（IDA）和结构分解分析（SDA）等方法将排放变化映射为可测量的效应。对于MSW-CH₄排放，人口规模直接影响废物产生量，经济富裕程度影响消费模式和废物组成，技术和治理因素则体现在废物分类的进度、处理结构的转变以及甲烷回收技术的采用上。基于此背景，本研究结合STIRPAT框架和对数平均分解指数（LMDI）方法，将MSW-CH₄排放变化分解为排放强度、处理结构、产生强度、城市化发展和人口规模效应（Ang，2015年）。这一框架不仅有助于识别不同驱动因素的相对贡献，还为解释城市间的异质性及其政策含义提供了理论支持。

总之，本研究解决了三个关键研究问题：（1）中国城市层面的MSW-CH₄排放的时空模式是什么？（2）在考虑经济发展、人口动态和政策干预的情况下，如何解释MSW-CH₄排放变化的根本机制，并能否定量识别政策因素的贡献？（3）在不同的社会经济发展路径和政策情景下，不同类型的中国城市的未来减排潜力和趋势是什么？为回答这些问题，我们首先为2006年至2023年的中国351个城市构建了一致的MSW-CH₄排放清单，明确区分了CH₄排放和总温室气体排放，符合《中国国家甲烷行动计划》的要求。其次，我们将STIRPAT框架与LMDI分解和回归分析相结合，量化了社会经济、人口和政策驱动因素的作用，从而识别了政策贡献和城市间的异质性。第三，我们使用基于情景的模拟来评估不同发展路径下的减排潜力和趋势，并最终提出了针对中国不同类型城市的差异化净零MSW-CH₄策略。

部分摘录

城市层面的MSW-CH₄排放核算

基于城市层面的活动数据和相应的排放因子，我们采用IPCC的自下而上方法估算了中国的MSW-CH₄排放量（Cai等人，2018年；IPCC，2021年；MEE，2024年）。在本研究中，MSW-CH₄排放包括正排放和负排放。其中，填埋、焚烧和堆肥被视为正排放源，因为它们在废物降解或燃烧过程中产生直接甲烷排放。相比之下，填埋气

城市层面MSW-CH₄排放趋势

我们统计了三种正排放和两种负MSW-CH₄排放。正排放包括填埋、焚烧和堆肥，而负排放包括填埋气回收和厌氧消化。图1a显示了2006年至2023年中国MSW-CH₄的排放情况。2023年的MSW-CH₄排放量为294.95 Gg，其中正排放量为这个数量的1.16倍，仅抵消了13.9%的MSW-CH₄排放。填埋成为主要排放源，并起到了抵消作用

讨论

在本研究中，我们首次在城市层面开发了一个综合的“清单-驱动因素-情景模拟”框架，用于建立MSW-CH₄排放清单，识别关键驱动因素，并模拟碳中和情景下的未来排放趋势。通过量化不同处理方法带来的排放减少，本研究为评估实现净零MSW-CH₄排放的路径提供了理论基础。结果表明，城市规模

结论

不同城市的MSW-CH₄排放量存在显著差异，表明针对具体城市的减排策略可以有效减少MSW-CH₄排放并应对气候变化。资源回收对于MSW-CH₄减排至关重要，尤其是在大都市和大型城市中。本研究估算了351个中国城市的MSW-CH₄排放量。我们的研究发现，MSW-CH₄排放量从2006年到2023年先增加后减少。微型城市占比为37.2%

CRediT作者贡献声明

高月明：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，方法论，正式分析，数据管理。段阳：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，方法论，正式分析。张伟：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化。赵娜娜：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。王园：资金筹集，概念化。丁振宇：资源协调，项目管理。吴文军：监督，资源协调。曹东：资源协调，

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42371298，72140004）、江苏碳达峰与中和科技创新基金（BE2022861）和重庆市生态环境局研究项目（编号2023-001）的支持。