致力于解决中国严重的空气污染问题，中国正在尝试从煤炭转向天然气，并在考虑多种来源，包括国内和进口天然气的选择，以及用煤炭制造自己的合成天然气。
普林斯顿大学(Princeton University)领导的一个研究团队调查了中国从煤炭转向天然气对环境的影响，探索了到2020年，煤炭对空气质量、碳减排和水资源压力的影响。
发表在《自然可持续性》(Nature Sustainability)杂志上的研究结果警告称，使用煤基合成天然气(简称SNG)将增加碳排放和水资源需求，尤其是在人均碳排放和水资源短缺已经很高的中国地区。
总的来说，研究人员发现，如果能很好地控制甲烷泄漏(一种强大的温室气体)，从煤炭转向其他天然气类型确实会产生空气、碳和水的共同好处。然而，在改善空气质量和水资源短缺程度方面存在权衡——这取决于用天然气替代煤炭的部门和替代的地点。
这篇论文是最早分析空气质量、碳排放和水在能源生产和消费中的相互作用的论文之一。该报告强调，在重塑能源体系时，需要一种综合的战略方法。
“评估空气质量、碳排放和水资源短缺对当地、地区和全球水平的影响，对于在避免意外后果的同时获取潜在的共同利益至关重要，”该研究的第一作者、普林斯顿大学博士生秦岳说。她现在是加州大学欧文分校的博士后学者。
“虽然有很多讨论清洁能源供应过渡的必要性,在哪些部门使用清洁能源和它是什么取代决定空气质量也很关键,碳和水效益,”研究首席研究员丹尼斯Mauzerall,土木与环境工程教授公共和国际事务在普林斯顿大学威尔逊公共和国际事务学院、工程和应用科学学院。虽然这篇论文关注的是中国，但其一般性结论具有广泛的适用性。
研究的合作者包括魏鹏，他在普林斯顿大学进行了这项研究，现在在哈佛大学;莉娜Höglund-Isaksson爱德华•拜尔和费边瓦格纳,所有国际应用系统分析研究所;以及马里兰大学的冯魁硕。研究人员开始分析能源工业及其对空气质量、碳和水的影响之间的关系。这些环境问题经常单独处理，但是能源部门以不同的方式影响每一个领域，能源政策可以带来共同的好处，也可以带来不利的影响。
中国之所以成为研究对象，是因为中国计划减少对煤炭的依赖，并在一定程度上转向天然气，以改善空气质量。作者对这一举措的更广泛的环境影响感兴趣，因为这对可持续发展具有全球影响。今天，中国的煤炭消费量占世界的一半以上。天然气——最清洁的化石燃料——仅占中国一次能源消费的6%，而全球平均水平约为16%。自2000年以来，全球平均水平每年稳步上升约15%。为了了解煤制天然气转换对环境的影响，研究人员将能源生产/使用生命周期分析与综合环境影响评估相结合。
他们对中国六大天然气来源中的每一种都进行了研究，考察了用固定数量的天然气替代煤炭对改善空气质量、减少碳排放和缓解水资源压力的影响。
天然气的来源是根据政府和2020年工业计划选定的，包括常规天然气、合成天然气、页岩气、进口液化天然气、进口俄罗斯东部天然气和进口中亚天然气。
由于全球和国家在这些领域的利益，研究人员将空气、碳和水确定为他们的“环境目标”。此外，同时审查这三个领域可以帮助避免严重的、意想不到的环境后果。研究人员发现，除了以煤为基础的合成天然气外，用天然气替代煤通常对空气质量、碳减排和水资源短缺都有好处。根据不同的气源类型和使用方式，从煤炭转向气源(合成天然气除外)将大大减少二氧化碳排放和用水量。可以看到减少了6 000万至1.2亿公吨二氧化碳，相当于菲律宾全国二氧化碳排放量的总和。在水方面，如果用300亿立方米的天然气代替煤，就有可能减少2千万到6千万立方米。
但以煤炭为基础的合成天然气则是另一回事。合成天然气增加了中国西北省份的碳排放和用水量，这些省份的人均碳排放已经很高，水资源严重短缺。
秦说:“重要的是，由于空气污染严重的地区与水资源压力大的地区并不重叠，不同行业的替代会带来不同程度的空气质量和水资源影响，因此在改善空气质量和水资源方面存在权衡。”
总的来说，气源会以不同的方式影响空气质量、碳和水，这取决于它的使用方式。
秦说:“我们的研究结果表明，理解潜在的空气-碳-水协同作用和权衡是至关重要的，只有这样，中国和其他发展中国家才能根据当地的环境重点，合理设计清洁能源转型路径。”“新能源系统的开发提供了一个同时减少多种环境影响的机会，包括国内空气污染、当地水资源短缺和全球气候变化，”莫泽尔说。“最终，为了应对气候变化，有必要完全摆脱碳基燃料。在其他研究中，我们发现，在所有已知的能源中，可再生能源在改善空气质量、减少碳排放和减少用水量方面具有最大的协同效益。感谢普林斯顿大学伍德罗·威尔逊学院为她提供研究生奖学金，以及国际应用系统分析研究所为她提供的2016年青年科学家暑期项目奖学金。
这篇题为“中国天然气行业的空气质量-碳水协同效应与权衡”的论文发表在9月14日的《自然可持续》(Nature Sustainability)网络版上。