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English 2024年3月，南方科技大学环境学院叶斌助理教授团队在甲烷减排技术创新与国际扩散领域取得重要研究进展，其参与的论文“Global trend of methane abatement inventions and widening mismatch with methane emissions”发表在应对气候变化顶级期刊Nature Climate Change。这是叶斌团队自2023年以来连续参与并共同发表在Nature子刊上的第三项研究成果。
2023年1月，叶斌团队在Nature Water参与发表题为“A global-scale framework for hydropower development incorporating strict environmental constraints”的论文，该研究评估了全球经济可开发的水能潜力，发现全球水电装机容量仍可翻一番，水电在促进达成“碳中和”目标中可发挥更大的作用。同年3月，叶斌团队在Nature Sustainability参与发表题为“Energy production and water savings from floating solar photovoltaics on global reservoirs”的论文，该研究评估了全球水库浮式光伏发电和节水潜力，发现水库浮式光伏发电超过目前水力发电的两倍，可以用于提升能源和水安全，促进达成可持续发展目标。
“Global trend of methane abatement inventions and widening mismatch with methane emissions”：
自第一次工业革命以来，大气中甲烷浓度翻倍，至2022年达到历史新高，加剧了全球约三分之一的升温。鉴于甲烷的强温室效应和较短生命周期，减少甲烷排放被视为抑制短期气候变暖的快速途径之一，也是实现1.5℃目标的有效策略之一。然而，针对甲烷治理的技术或专利分类体系尚未建立。
针对上述问题，研究团队合作开发了以甲烷减排和甲烷移除为目标的专利检索和分类方法学，系统分析了1990年至2019年全球17.5万余项涉及农业畜牧业、化石能源、废弃物、生物质和跨部门使能五大领域的甲烷减排发明专利。研究发现尽管相关高质量发明在1990-2010年间曾呈现加速增长态势，但从2010年起，呈年均约3.5%的下跌趋势。相较于整体温室气体减排技术，甲烷减排技术的国际扩散率约低11.1%，而且此类技术大多在发达国家之间流动，或流向中国、巴西等国家，而其他发展中国家和最不发达国家极少涉及。
研究还发现，甲烷减排技术的研发能力和地域排放增长需求之间存在显著错配。发达国家占据了全球过半的高质量甲烷减排专利，其国内甲烷排放已表现出减速甚至下降趋势；而未来甲烷排放增长预期主要源自其他发展中国家和地区，尤其是农业畜牧业和废弃物处理领域，但这些地区的甲烷减排技术创新能力极为薄弱。这种不均衡状况凸显出国际社会亟需加大对发展中国家和最不发达国家甲烷减排技术的转移与援助力度。
这项研究由叶斌团队联合哈工大（深圳）经管学院低碳与创新团队合作完成。
论文链接（复制链接至浏览器可访问）：https://www.nature.com/articles/s41558-024-01947-x#Tab1
“A global-scale framework for hydropower development incorporating strict environmental constraints”
水能是重要的可再生能源，其可靠性、稳定性及环保性使其成为火电的理想替代方案。目前全球水电发电量约占电力总量17%，占可再生能源电力的69%。然而，水电站建设易带来许多环境社会影响，包括破坏河流生态、阻碍鱼类洄游、释放水库温室气体、水库移民和国际地缘政治等问题，导致未来水电是否值得继续开放备受争议。
研究团队使用全球高分辨率流量数据集，基于先进的VIC水文模型和RAPID汇流模型对全球289万条河流进行了模拟，进而沿全球河流进行虚拟水电站点采样（总计414万个点）。研究团队构建了一种严格环境约束条件下的定量评估框架，用于计算每座虚拟水电站不同坝高的水库型水电站和不同进水口的引水式水电站的平准化度电成本（LCOE）。研究结果显示，全球尚有逾12万个未开发的潜在水电站位点，其中有4644个位点具有很强的经济开发价值，其LCOE低于0.1美元/度。估算显示，全球待开发的水能经济潜力高达5.27万亿度/年，其中亚洲地区（3.90万亿度/年）尤其突出，其潜力超过了之前预估的3倍，特别是在喜马拉雅区域，潜在水电站的经济效益明显优于全球其他地方。非洲则拥有0.60万亿度/年的潜力，两者合计占全球未开发水能经济潜力的85%。
中国拥有世界最大未开发水能经济潜力，未开发的水电站位置主要集中在西藏、四川、云南、贵州等地，未开发水能经济潜力可满足全国30%电力需求。喜马拉雅地区由于地缘复杂，需要区域内国家加强水电开发与国际合作，而非洲作为人口增长最快的大洲，大规模开发水能资源对其粮食、能源和水资源安全意义重大。
这项研究由叶斌团队和南科大环境学院曾振中团队联合国内外专家共同发表。
论文链接（复制链接至浏览器可访问）：https://www.nature.com/articles/s44221-022-00004-1
“Energy production and water savings from floating solar photovoltaics on global reservoirs”
将光伏系统安装在水库上展现了一系列显著优势。这种配置能够节约宝贵的土地资源，同时因水库通常邻近现有电网，可以降低了输电成本。此外，水分蒸发带来的冷却效果可以增加光伏模块的能源转换效率，并且遮挡阳光可减少水分蒸发，间接保护水资源。
研究团队通过利用全球水库数据和Sandia国家实验室的光伏系统性能模型（PV_LIB），评估了FPV在全球范围内的巨大发电潜力，若适度开发，在覆盖30%面积不超过30 km2的假设下，美国和中国的水库分别可能产生约2万亿度和1万亿度的年发电量。
水库浮式光伏的一大好处在于它们往往靠近电力消耗高的人口中心，水库浮式光伏的好处之一是其往往靠近电力消耗高的人口中心。因此，FPV将适用于希望通过专用系统自产电力的城市或社区，以与大型电力供应商竞争并刺激当地经济。在适宜条件下，许多城市甚至可通过本地水库FPV电站实现电力自给自足。此外，FPV微电网系统还能为偏远地区提供灵活且经济的电力解决方案。
如果采用完全覆盖水面的漂浮式结构，覆盖区的水分蒸发量接近于零。研究团队估计，覆盖30%水面的FPV系统可以平均使每个水库的蒸发减少46%，节约全球106立方千米的水分蒸发损失，这接近3亿人一年的用水量。
这项研究由叶斌团队和南科大环境学院曾振中团队联合国内外专家共同发表。
论文链接（复制链接至浏览器可访问）：https://www.nature.com/articles/s41893-023-01089-6
以上三项研究均得到叶斌主持的国家自然科学基金面上项目（资助号：72173058）资助。