生物质气/生物沼气/绿色天然气/绿色LNG，优质碳减排气体，大胆预测，国内生物质相关的技术领域会爆发（后续专门介绍，本文主要介绍碳减排当量）！

最近参观了一家大型的沼气制绿色天然气的公司（该天然气已经并入城市管网），听该公司的相关人员介绍：日产3万方的沼气，一年可以减少碳排放11万吨，如果换算成碳税，目前碳税价格在85元/吨，那就是说额外，可以获得收益近千万元（虽然目前还没有实施）。

那么问题来了： 沼气和碳排放之间的关系到底是怎样呢？

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沼气利用能够减少碳排放的核心原因在于：它同时避免了强效温室气体甲烷的逸散，并替代了化石能源的使用，实现了双重减排效果。

知识点

1. 阻止甲烷直接逸散到大气中：

• 沼气的主要成分是甲烷 (CH₄)，这是一种极强的温室气体。在自然分解过程中（如垃圾填埋场、农业废弃物堆肥、粪污储存池），有机物会厌氧分解产生大量甲烷，这些甲烷会直接排放到大气中。
• 甲烷的温室效应潜值远高于二氧化碳。在100年的时间尺度上，1吨甲烷造成的温室效应约相当于28-36吨二氧化碳；在20年的时间尺度上，这个数值甚至高达80倍以上！因此，避免甲烷直接排放是快速减缓气候变化的有效手段。
• 通过建设沼气工程（厌氧消化罐、填埋气收集系统等），有机废弃物被集中处理，产生的甲烷被收集起来，而不是直接排放到大气中。这本身就极大地减少了温室气体排放。

2. 替代化石燃料：

• 沼气燃烧释放的CO₂ 是生物成因的。植物在生长过程中通过光合作用从大气中吸收了二氧化碳，然后这些植物或其衍生物（粪便、秸秆等）被用于生产沼气。燃烧释放的CO₂只是将不久前固定下来的碳循环回大气，没有增加大气中新的、额外的碳（不增加长期碳库存）。
• 替代化石燃料所避免的排放： 化石燃料（煤、石油、天然气）燃烧时释放的CO₂是亿万年前地质时期封存的碳。它们被开采燃烧后，会显著增加大气中总的碳含量（长期碳库存），导致全球变暖。
• 发电/产热： 替代燃煤、燃油或天然气发电和供热。
• 车用燃料： 提纯为生物甲烷（Bio-CNG/LNG），替代汽油、柴油。
• 居民生活燃料： 替代瓶装液化石油气（LPG）或煤炭。
• 收集到的沼气是一种可再生能源。它可以有多种用途：
• 当沼气燃烧用于能源时，它会释放二氧化碳（CO₂）。关键点在于这些二氧化碳的来源：
• 因此，使用沼气代替等量能量的化石燃料，就避免了这些化石燃料燃烧所产生的“额外”的CO₂排放。

将两者结合，沼气利用的减排效益可以总结为：

净减排量 = 避免的甲烷逸散排放 + 避免的化石燃料替代排放

1方沼气能减少多少二氧化碳排放？

具体数值取决于几个关键因素：

1. 沼气的甲烷含量： 典型的沼气中甲烷体积浓度约为 50%-70%。我们通常取 60% 作为计算基准。
2. 甲烷的全球增温潜势： 常采用IPCC AR5中采用的100年尺度的值：1吨甲烷 ≈ 28吨二氧化碳当量 (CO₂e)。(更保守/激进的模型可能会用36或25)。
3. 沼气收集和利用效率： 完美的工程收集所有甲烷并100%利用是最理想状态，实际工程会有少量逸散损失（收集效率一般>90%，燃烧效率>99%）。这里我们按理论最大值和典型值分别估算。
4. 替代的化石燃料种类： 所避免的化石燃料排放取决于沼气具体用来替代什么（是代替煤电？代替天然气供热？代替柴油车？）。这个变化较大，也是计算中最不确定的部分。考虑到目前国际上沼气基本上都是用来发电，因此我们只需要考虑沼气在发电领域的碳减排即可。

核心计算步骤（理论最大值）：

1. 计算1立方米纯甲烷燃烧时的CO₂排放量：

• CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
• 分子量：碳 (12) + 氢 (4) = 16。二氧化碳分子量：44。
• 因此，燃烧1吨甲烷(CH₄)产生 44/16 = 2.75 吨纯CO₂。
• 甲烷在标准状态（0°C，1 atm）下的密度约为 0.716 kg/m³。
• 所以，1立方米纯甲烷燃烧产生：0.716 kg/m³ * 2.75 ≈ 1.97 kg CO₂。
• 注意：这个排放是生物碳循环，不被计入“净新增排放”。

2. 计算1立方米沼气中的甲烷逸散潜能（未被收集时的温室效应）：

• 如果1立方米沼气（假设含60%甲烷）中的甲烷完全逸散到大气：
• 体积：1m³沼气 * 60% = 0.6 m³ 甲烷。
• 质量：0.6m³ * 0.716 kg/m³ ≈ 0.4296 kg 甲烷。
• 温室效应：0.4296 kg CH₄ * 28 (kg CO₂e / kg CH₄) ≈ 12.03 kg CO₂e。
• 这就是避免甲烷逸散带来的减排收益。

3. 计算1立方米沼气替代化石燃料带来的减排：

• 发电效率假设为 35%。
• 发电量：21.5 MJ/m³ * (1000 kJ/MJ) / 3600 (kJ/kWh) * 0.35 ≈ 2.1 kWh电。
• 全球平均电网排放因子差异巨大（如煤电主力的电网可能高达800-1000g CO₂e/kWh，清洁电网如北欧可能低至50-100g CO₂e/kWh）。
• 一个较常被引用的参考平均值是 550-600 g CO₂e/kWh。
• 假设用沼气发电替代电网的平均排放：
• 1立方米典型沼气（含60%甲烷，低位热值约21.5 MJ/m³）能发多少电？
• 避免的排放： 2.1 kWh * 0.55 kg CO₂e/kWh ≈ 1.155 kg CO₂e。

综合减排量估算：

即：

• 如果排入大气，1方沼气造成的二氧化碳排放当量~12kg；
• 直接烧掉，排放的二氧化碳相当于1.97kg；
• 如果发电最后排放的二氧化碳~1.2kg；

这样可以简单计算，就是利用之后少排放的二氧化碳~10kg。

补充说明

• 沼气成分： 实际CH₄含量、杂质（如H₂S）会影响热值和减排计算。
• 逸散避免量： 取决于“基准情景”（即如果不利用沼气，会有多少比例的甲烷逸散）。填埋气或管理不善的粪污池逸散率很高（70-90%），管理较好的废弃物处理方式逸散率低些（可能只有30-50%）。工程收集效率也不同（通常>85-95%）。
• 替代的化石燃料类型和效率： 替代的能源不同（煤、油、气），其排放因子差异巨大。用沼气发电的效率也会影响发电量和相应的替代排放避免量。用于车用或直接供热/锅炉的减排效益计算方式不同。
• 利用过程排放： 工程运行本身可能有少量能耗（电力、化石燃料）产生排放（泄露损耗）。
• 生物成因CO₂的核算体系： 在严格的温室气体核算标准（如CDM、VERRA、Gold Standard）中，对避免逸散和能源替代部分的核算方法有详细规定。

结论

1. 沼气利用能够实现碳减排，主要体现在避免甲烷直接排放大气（沼气的温室效应是二氧化碳的28倍。

2. 一方沼气一般发电量~2kWh（即1：2的关系）。

3. 沼气利用会减少其他化石燃料的使用，进一步减少二氧化碳的排放，因为沼气就算燃烧，它的碳也是因为之前生物质固碳的碳（即可再生），属于碳循环，不是新增，不比天然气、石油（不可再生），需要很多年才有。

4. 一方沼气利用，能够减碳~10kg（综合减排效益通常在11至15公斤二氧化碳当量，考虑到好记忆，就用10倍关系即可保守估算），这个数字是考虑了各种因素，如利用效率、沼气平均成分等等，做碳排放计算时，可以简单用这个公式。如果一天的沼气量是1500方，那意味着一年的碳减排~5475吨/年。

5. 沼气利用在应对气候变化方面扮演着至关重要的角色，其减排贡献远超单纯的能源替代效益，核心在于它有效地捕捉并利用了原本会严重加剧温室效应的甲烷气体。