煤礦瓦斯現(xiàn)在被廣泛用于發(fā)電、天然氣管道注入、汽車燃料、工業(yè)生產(chǎn)過程、現(xiàn)場(chǎng)煤礦鍋爐、礦井加熱和居民供暖系統(tǒng)。

自20世紀(jì)90年代以來，美國在煤礦瓦斯的回收和利用領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先水平。2010年，美國在井工煤礦中進(jìn)行的煤礦瓦斯回收和利用項(xiàng)目使瓦斯排放量減少了490億立方英尺。

瓦斯排放情況

煤礦瓦斯指的是在采煤活動(dòng)前期、期間和后期，從露天或井工煤礦排放到大氣中或被收集的甲烷氣體。正在開采或停止生產(chǎn)的煤礦所排放的煤礦瓦斯是溫室氣體的主要來源。煤礦瓦斯約占全球人為甲烷排放量的6%。

2011年，美國全國高達(dá)60%的煤礦瓦斯排放都是通過井下礦井通風(fēng)機(jī)排出的。礦井通風(fēng)瓦斯的濃度非常低，一般不到1%。過去，這種低濃度的瓦斯很難進(jìn)行回收和處理，但隨著氧化設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和碳市場(chǎng)的發(fā)展，通風(fēng)瓦斯項(xiàng)目的盈利機(jī)會(huì)大大增加。

美國的煤礦瓦斯排放主要來源于井下礦井通風(fēng)機(jī)、垂直和水平井筒的井工煤礦的排氣系統(tǒng)、已經(jīng)中斷開采的煤礦、露天開采作業(yè)而暴露在大氣中的煤層及開采后煤炭處理和運(yùn)輸過程。從2000年到2011年，美國井工煤炭產(chǎn)量在逐步減少，但煤礦所排放的瓦斯數(shù)量卻在上升。2000年以來，美國對(duì)從煤礦抽排系統(tǒng)中排放出來的瓦斯的回收和利用率平均為83%，這主要?dú)w功于美國東部實(shí)施的多個(gè)大型管道輸送工程。

從2010年到2011年，美國井工煤礦瓦斯的總排放量減少了22%。2010年，美國全國的煤礦瓦斯排放量約為36.27億立方英尺，到2011年，這一數(shù)值減少為29.67億立方英尺。這主要是由于通風(fēng)瓦斯排放量的急劇下降和抽排系統(tǒng)中所生產(chǎn)的甲烷數(shù)量的降低，還有就是因?yàn)槊绹P(guān)閉了大約36家含瓦斯的井工煤礦。

瓦斯利用項(xiàng)目

在美國，采煤活動(dòng)所排放的甲烷占全部人為甲烷排放量的11%。美國對(duì)煤礦瓦斯的利用和處理，主要通過管道銷售、發(fā)電、加熱器、鍋爐（烘干機(jī)）、排氣泵和通風(fēng)瓦斯的氧化等六大方式進(jìn)行。

把瓦斯注入管道是最常見的做法。如果礦山附近有管道能處理礦山排放的瓦斯量，那么管道項(xiàng)目就是可行的。從礦井排放的甲烷必須達(dá)到管道標(biāo)準(zhǔn)才能輸入管道，因此可能需要對(duì)甲烷氣體進(jìn)行升級(jí)，使其達(dá)到天然氣管道的要求。現(xiàn)在，美國針對(duì)生產(chǎn)礦山和廢棄礦山分別各有13個(gè)管道項(xiàng)目。

煤礦瓦斯可以用作發(fā)電，所產(chǎn)生的電力可以用來滿足礦山現(xiàn)場(chǎng)的用電需求，也可以進(jìn)行出售。和管道輸入有所不同，發(fā)電對(duì)煤礦瓦斯并沒有很高的質(zhì)量要求。美國國內(nèi)的瓦斯發(fā)電項(xiàng)目一般在1MW~10MW之間，項(xiàng)目數(shù)量不像管道項(xiàng)目那么多。目前美國國內(nèi)只有3個(gè)瓦斯發(fā)電項(xiàng)目，其中2個(gè)位于廢棄的礦山，只有1個(gè)位于生產(chǎn)礦山。

不論是在開放還是密閉的空間中燃燒煤礦瓦斯，都會(huì)使甲烷轉(zhuǎn)變成二氧化碳，二氧化碳的溫室效應(yīng)不像甲烷那么強(qiáng)。所以，盡管燃燒煤礦瓦斯對(duì)環(huán)境不利，但與其他處理技術(shù)相比，確實(shí)是相對(duì)廉價(jià)的甲烷處理辦法。煤礦瓦斯燃燒項(xiàng)目的目標(biāo)就是減少甲烷排放，抵消減排額度。目前，美國境內(nèi)有3個(gè)燃燒項(xiàng)目正在進(jìn)行，且都和其他項(xiàng)目的處理設(shè)備同時(shí)使用。

由于甲烷如果在空氣中的濃度達(dá)到5%~15%，就可能引發(fā)爆炸，所以井下煤礦必須使用通風(fēng)系統(tǒng)將甲烷濃度降至0.1%~1%之間，這就導(dǎo)致絕大多數(shù)處理技術(shù)對(duì)通風(fēng)瓦斯都不適用，很多煤礦直接把通風(fēng)瓦斯排放到大氣中。通風(fēng)瓦斯處理項(xiàng)目在煤礦廢氣中氧化甲烷，然后在甲烷進(jìn)入大氣之前將其分解。目前，美國境內(nèi)只有2個(gè)通風(fēng)瓦斯項(xiàng)目，還有1個(gè)項(xiàng)目在計(jì)劃實(shí)施。

2012年底，美國國內(nèi)有17座生產(chǎn)礦井總共實(shí)施了22個(gè)甲烷回收和利用項(xiàng)目。其中，絕大多數(shù)項(xiàng)目都把甲烷升級(jí)后注入商用管道中。這些項(xiàng)目還采用了4種終端利用和處理甲烷的方式，包括燃燒和使用熱氧化劑等。

2012年底，美國國內(nèi)38座廢棄礦山中有16個(gè)開展了瓦斯項(xiàng)目。這些礦井大多數(shù)位于阿巴拉契亞山脈中部的密西西比河?xùn)|部、阿巴拉契亞山脈北部、伊利諾伊州和勇士煤盆地，只有2座位于美國西部。

2012年，美國實(shí)施了許多新項(xiàng)目。并且給現(xiàn)有的項(xiàng)目增加了終端利用設(shè)備。位于科羅拉多州甘尼森縣的埃爾克煤礦項(xiàng)目是美國第二個(gè)、西部第一個(gè)利用煤礦瓦斯發(fā)電的生產(chǎn)井工煤礦。規(guī)劃中的3MW的瓦斯發(fā)電廠，現(xiàn)在已有1組電機(jī)投入運(yùn)行，未來還將安裝2組電機(jī)。該項(xiàng)目還配有一臺(tái)燃燒機(jī)和多個(gè)加熱器。除了向當(dāng)?shù)氐墓彩聵I(yè)供電外，還將在自由碳市場(chǎng)上提供抵消份額，并被列為氣候行動(dòng)儲(chǔ)備計(jì)劃的項(xiàng)目之一。

位于西弗吉尼亞州馬歇爾縣邁克爾羅煤礦的通風(fēng)瓦斯項(xiàng)目從2012年5月開始處理甲烷，現(xiàn)已成為美國最大的通風(fēng)瓦斯項(xiàng)目，該項(xiàng)目被列為氣候行動(dòng)儲(chǔ)備計(jì)劃的項(xiàng)目之一，預(yù)計(jì)每年將減少32.2萬噸的二氧化碳排放量。

鼓勵(lì)瓦斯利用

美國越來越多的州立法表明，煤礦瓦斯作為一種重要的替代和可再生能源正日益受到重視。美國有許多州都制定了可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)或清潔能源目標(biāo)，引導(dǎo)供電商利用“合格的能源”發(fā)電或獲取電力，且滿足最低比例要求。在15個(gè)主要的產(chǎn)煤州中，有5個(gè)州把煤礦瓦斯納入了可再生能源的標(biāo)準(zhǔn)。

一般而言，可再生能源指的是太陽能發(fā)電、太陽能光熱能、風(fēng)電、水電、地?zé)?、燃料電池和某些生物質(zhì)能和生物燃料等能源。但猶他州的法律規(guī)定，廢棄煤礦的瓦斯和持有州政府頒發(fā)的采礦許可證的煤礦瓦斯抽放也屬于“可再生能源”，賓夕法尼亞、西弗吉尼亞和俄亥俄州都把煤礦瓦斯定義為“替代能源”，而印第安納州雖沒有具體規(guī)定煤礦瓦斯，卻把煤層氣定義為是一種清潔的能源。如果州政府把煤礦瓦斯納入其可再生能源或替代能源組合標(biāo)準(zhǔn)中，那么就會(huì)出臺(tái)相關(guān)的替代能源激勵(lì)政策，以促進(jìn)其發(fā)展。

同時(shí)，美國國內(nèi)的多家自愿溫室氣體注冊(cè)機(jī)構(gòu)也認(rèn)可煤礦瓦斯抵消項(xiàng)目可以獲得碳信用額。美國各州也日益認(rèn)識(shí)到煤礦瓦斯是一種重要的替代或可再生能源，這可以為煤礦瓦斯抵消項(xiàng)目贏得諸如替代能源信用額、替代能源稅收減免和獲得州政府資助的資格等福利。