煤炭開發利用過程中產生的碳排放約占全國碳排放總量的60%~70%，是中國碳減排的關鍵所在。煤炭開發和利用碳排放量差距較大，利用過程的碳排放量占比近90%，開發過程占比約10%。雖然開發過程碳排放總量不多，但甲烷排放量占能源活動甲烷總排放量的80%以上，約占中國CH4總排放量的1/3，因CH4較CO2更為顯著的增溫效益，已引起廣泛的關注。
厘清煤炭開發過程碳排放量和排放特征是挖掘減排潛力的前提和基礎，近日，煤炭科學研究總院科技支持中心任世華研究員等聯合密歇根州立大學、深圳大學科研人員基于煤炭開發全生命周期碳排放清單分析方法，從生產用能、瓦斯排放及礦后活動3個環節，建立了煤炭開發過程碳排放計算模型，測算煤炭開發過程碳排放量，并分析不同環節碳排放特征，提出煤炭開發過程碳減排技術途徑。12月29日，這項研究成果以《煤炭開發過程碳排放特征及碳中和發展的技術途徑》為題在《工程科學與技術》網絡首發。
煤炭開發過程碳排放計算模型范圍、邊界及輸入輸出
生產用能碳排放特征方面，煤炭開發過程生產用能碳排放主要包括煤炭、電力及油氣消費碳排放。研究發現，生產用能碳排放強度呈降趨勢，由2010年的81.5 kg/t，先快速降低到2015年的66.5 kg/t，而后緩慢降低到2020年的65.4 kg/t。分析認為，這得益于中國煤炭開發機械化水平持續提高，大型煤炭企業采煤機械化水平已高達97.1%，達到或超過發達國家水平。研究指出，生產用能碳排放受原煤產量、單位產品能源消耗強度、能源消耗碳排放強度的影響，其中原煤產量是最主要影響因素，生產用能碳排放量的變化趨勢基本與原煤產量變化趨勢一致。
瓦斯排放（碳排放）特征方面，瓦斯排放（碳排放）強度呈快速下降趨勢，由2010年的123.7 kg/t，降低到2020年的67.6 kg/t。不同學者對煤礦瓦斯排放的估算結果差異較大，主要原因在于估算依據和數據來源不同，任世華等在本研究瓦斯排放量估算中綜合考慮了煤礦瓦斯的抽采利用率。研究發現，瓦斯排放（碳排放）量的變化與煤礦瓦斯溢出量變化規律一致，主要受原煤產量和瓦斯抽采利用率的波動影響，噸煤瓦斯排放（碳排放）量的降低對其影響較小。
礦后活動碳排放特征方面，研究發現，礦后活動碳排放強度呈緩慢降低趨勢，由2010年的21.5 kg/t，逐漸降至2020年的18.0 kg/t。礦后活動碳排放量主要受原煤產量的波動影響，而噸煤礦后活動碳排放量的降低對其影響較小。
任世華等基于以上碳排放量和排放特征分析，提出了煤炭開發過程實現碳中和的5大技術途徑，即大力推廣應用煤炭開發節能提效技術，減少煤炭開發過程能源消耗帶來的碳排放；持續攻關煤礦瓦斯抽采利用技術，減少煤炭開發過程甲烷排放；加快探索煤炭開發顛覆性技術，從原理上改變碳排放特性；有序研發和示范煤礦區煤與新能源耦合利用技術，降低單位產品碳排放強度；盡早謀劃煤礦區二氧化碳捕集、利用與固化、封存技術，形成煤炭行業獨有的碳中和實現途徑。
這項研究得到了中國工程院咨詢研究項目的資金支持。
引用格式：任世華,謝亞辰,焦小淼,謝和平.煤炭開發過程碳排放特征及碳中和發展的技術途徑[J/OL].工程科學與技術:1-9[2021-12-30].DOI:10.15961/j.jsuese.202100924.
煤層氣(煤礦瓦斯)抽采量及利用率
生產用能碳排放量及排放強度
不同機構煤礦瓦斯溢出量估算量對比
煤炭開發碳排放量及排放強度
煤炭開發過程碳排放結構及變化趨勢
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