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[關鍵詞]旅游業；能源需求；二氧化碳排放；研究進展
[中圖分類號]F59
[文獻標識碼]A
[文章編號]1002-5006（2013）07-0064-09
引言
旅游業作為世界第一大經濟產業，每年國際旅游的人數約占全球總人口的1/6，如此龐大規模的人口“遷徙”對氣候、環境造成了實質性的影響，引起相關國際機構和學界的廣泛關注。第一屆全球氣候變化與旅游國際會議后，聯合國政府間氣候變化委員會（IPcc）、世界氣象組織（uNwM0）、世界旅游組織（uNwTO）等國際組織及其他研究機構達成共識：旅游業是能源消費的主要領域之一和溫室氣體排放的主要來源之一。旅游業能源需求和二氧化碳排放成為近5年來旅游研究的熱點。我國該方面研究起步較晚，2008年“旅游業節能減排”字樣首次出現在政府文件中，目前仍處于探索性研究階段。本文系統地對國內外旅游業能源需求和二氧化碳排放研究進行了回顧，以期通過國內外研究進展的對比分析，為下一階段我國旅游業能源需求和二氧化碳排放研究提供思路，為我國旅游業節能減排工作提供科學借鑒與參考。
1、國外旅游業能源需求與二氧化碳排放研究進展
旅游業能源需求與二氧化碳排放問題的實質是旅游環境影響以及氣候變化與旅游相互影響問題的延伸，國外該方面研究開展得很早，可追溯到20世紀中葉。通過對國外相關研究文獻的整理與分析，國外研究主要集中在旅游業能源需求與二氧化碳排放的結構與途徑，旅游業能源需求與二氧化碳排放量的定量測算、預測及旅游業節能減排措施等4個方面。其中，旅游業能源需求與二氧化碳排放量的測算是研究的重點。
1.1 旅游業能源需求與二氧化碳排放的途徑與結構
厘清旅游業能源需求與二氧化碳排放途徑是旅游業減緩溫室氣體排放工作的首要前提。由于旅游業產業關聯性高、產業鏈長，旅游活動靈活多樣，旅游業能源需求與二氧化碳排放途徑復雜且多元。盡管如此，國外相關研究較為一致地認為旅游業能源需求與二氧化碳排放主要集中在旅游交通（特別是國際長途旅游飛行）和在目的地為游客提供舒適的設施等。由于國家發展水平和旅游業發展階段不同，各國旅游業能耗需求與二氧化碳排放的途徑和比例結構有所差異，但旅游交通始終是各國旅游業能源需求與排放的重頭（表1）。旅游業所需的能源主要來自化石燃料中的石油。2006年，石油提供了全球40%的能源需求和90%的交通需求；未來15年，因交通和旅游業發展，石油占全球能源的比例將達60%。約曼等（Yeoman，et al.）在分析了全球經濟、石油替代能源生產及全球可持續發展需求等形勢后，認為隨著石油供應量的衰減及價格上漲，長期來看，將對蘇格蘭旅游業產生顛覆式的影響。而在發展中國家的鄉村地區，生物質特別是木材是主要的能源來源。尼泊爾安那波那保護區的住宿業每年要消耗掉3600噸薪材和近47.5萬升煤油。聯合國環境署和經合組織共同推出的一份最新報告顯示，在旅游業導致的二氧化碳排放中，航空占40%，汽車占32%，住宿占21%，剩下的7%分別被旅游活動（4%）和其他交通方式（3%）所排放。世界旅游組織研究報告顯示，2005年全球旅游交通和住宿業的二氧化碳排放總量分別為1192百萬噸和284百萬噸，占旅游業二氧化碳排放總量的比重分別約為63%和15%；其中，航空二氧化碳排放量為640百萬噸，占旅游交通排放的53.69%。高斯林（Gtissling）從能源需求、土地利用與覆被變化、物種多樣性等5個方面研究了全球旅游業的環境影響，結果表明，2001年全球旅游業因交通產生的耗能約為13223皮焦，占總能耗的94%；排放二氧化碳當量為1263百萬噸，占總排放的90.28%。住宿業能耗為508皮焦，占總能耗的3.5%；排放二氧化碳當量80.5百萬噸，占總排放的5.75%。剩下的為旅游活動所消耗和排放。貝肯等（Becken，et al.）用實證研究法對新西蘭旅游吸引物和旅游活動的能源消耗模式進行研究，發現旅游交通能耗占總能耗的65%～73%。
1.2 旅游業能源需求與二氧化碳排放的定量測算
旅游業能源需求與二氧化碳排放量的定量測算是最基礎但又最核心的研究內容，是旅游業應對氣候變化、制定節能減排措施的科學基礎與前提。旅游業的能源需求與排放涉及眾多行業和部門，包含直接和間接的能耗與排放，加上旅游業統計數據缺乏這一現實，旅游業能源需求與二氧化碳排放的定量測算是一個世界性的難題，是該領域研究的重點。
1.2.1 測算方法
從全球來看，目前尚沒有系統的關于旅游業能源消耗和二氧化碳排放量估算的方法。文獻研究顯示，目前最常用測算方法主要有兩種（表2），一種是借用全球氣候變化和可持續發展研究領域常用的碳足跡法（carbonfootprint approach）和生態足跡法（ecological footprint approach）；另一種是“自下而上法（bottom-up approach）”，即直接計算旅游業各環節的能耗與排放，最終求得整個產業的能耗與排放數據。
（1）碳足跡是指企業機構、活動、產品或個人通過交通運輸、食品生產和消費以及各類生產過程等引起的溫室氣體排放的集合。從其定義不難看出，碳足跡法是對生產和消費全過程、直接和間接排放碳當量的追蹤，甚至不考慮碳發生的區域。澳大利亞資源能源旅游部從生產和消費兩個方面，運用碳足跡法估算了澳大利亞旅游業的溫室氣體排放。結果表明，2003～2004年間，澳大利亞旅游業碳足跡為1.15億噸。洛克等（Loke，et al.）利用碳足跡法研究了夏威夷能源需求與旅客數量急劇增加以及旅游者國別多樣化的關系，發現旅游者能耗占夏威夷總能耗的比重平均為60%；且國外游客比例越大，能耗需求也越大。
（2）生態足跡是指維持一個人、地區、國家或者全球的生存所需要的以及能夠吸納人類所排放的廢物、具有生態生產力的地域面積。旅游生態足跡即指維持旅游活動所需要的以及能夠吸納因旅游而排放的廢物、具有生態生產力的地域面積，其實質是一定區域內旅游活動對生態影響的一種定量測度。亨特（Hunter）認為，生態足跡法對理解旅游的環境影響具有實際意義，并且將被作為一項重要的旅游可持續發展的環境指標廣泛采用。羅伯特等（Roberto，et al.）采用生態足跡法，結合蘭薩羅特島旅行推斷模型，計算蘭薩羅特島公路旅游交通使用量及其對未來旅游業發展的影響。研究結果表明，蘭薩羅特島上的旅游交通主要是依賴于私家車，在接下來的10年里，公路旅游交通量還將持續增長，并達到飽和，蘭薩羅特島旅游交通在旅游生態足跡中所占的比重將會增大。
（3）“自下而上”法是從到達目的地游客的數據分析人手，向上逐級統計能耗與排放量。這種方法有兩個特點，一是邏輯算法簡單，但實際操作難度很大，既要求研究區域旅游業統計資料完備，同時還需要海量的實地調研數據；二是遺漏大部分旅游業間接的能耗與排放，導致估算結果總體偏小。但盡管如此，在實際研究工作中，自下而上法被采用得最多。前述的幾項關于全球旅游業能耗與排放的估算研究，其思路都暗含著自下而上法的運算邏輯。貝肯等采用“自下而上”法分析新西蘭南島西部海岸旅游者不同行為引致的能源消耗。研究結果表明，國際游客的能源消費總量是新西蘭國內游客的4倍。霍伊特等（Howitt，et al.）采用“自下而上”法發現2007年單次往返于新西蘭的國際郵輪游客碳排放量范圍為250～2200克/人·公里，每位旅客在郵輪上的住宿所需的平均能耗約為1600百萬焦/晚，比陸地上的一般酒店能耗要高出12倍。
1.2.2 測算內容
據文獻整理研究，當前國外旅游業能源需求與二氧化碳排放的定量測算主要包含兩方面內容。一是對總量的定量測算。高斯林估算2001年全球旅游業共消耗能源14080皮焦，排放二氧化碳當量1399百萬噸。皮特爾斯等（Peeters，et al.）的測算表明旅游業導致了全球4.4%的二氧化碳排放。世界旅游組織和其他相關機構的一份聯合報告指出，2005年全球旅游業排放的二氧化碳約占全球二氧化碳排放總量的5%，該排放量所造成的影響，大約可以達到全球溫室效應的14%。江南等（Konan，et al.）的測算顯示，夏威夷旅游業的能源消耗占全州總能耗的60%。澳大利亞資源能源旅游部估算2004年澳大利亞旅游溫室氣體直接排放為470萬噸，間接排放為2810萬噸。尼泊爾（Nepal）測算了尼泊爾安那波那保護區鄉村旅游的能源消耗，結果表明住宿業每年約消耗3600噸薪材和47.5萬升煤油。二是對一些關鍵參數的定量測算，如交通工具、住宿方式、旅游活動的單位旅游能耗和排放強度。相關研究較多，并注意到了國別之間的差異。比如乘飛機旅行單位能耗為2.0百萬焦/人·公里，排放二氧化碳396克/人·公里；乘汽車旅行單位能耗為1.8百萬焦/人·公里，排放二氧化碳132克/人·公里；新西蘭酒店單位能耗為155百萬焦/床·晚，馬略卡島為51百萬焦/床·晚，桑給巴爾為256百萬焦/床·晚；新西蘭直升機滑雪單位能耗1300百萬焦/游客，潛水800百萬焦/游客，博物館參觀10百萬焦/游客；往返于新西蘭國際郵輪旅游者平均碳排放為390克/人·公里等。
1.3 旅游業能源需求與二氧化碳排放的預測及情景分析
研究旅游業能源需求與二氧化碳排放是為了把握未來的趨勢與動態，因此，許多專家學者對其預測及情景分析作了研究，以期能夠為有針對性的節能減排措施提供具體可靠的科學依據。世界旅游組織研究報告預測，以2005年為基準，在2035年以前，來自旅游業的二氧化碳排放將以2.5%的年均速度增長；其中住宿業二氧化碳排放的年均增速為3.2%。而皮特爾斯等的預計比世界旅游組織的預計高0.7個百分點，即2035年之前全球旅游業二氧化碳排放將以每年3.2%的增長率增加。杜波依斯等（Dubois，et al.）用敏感度分析法，以2000年為基準，預計按照當前旅游業增長趨勢，到2050年法國旅游休閑業溫室氣體排放將增加90%。
1.4 旅游業節能減排的措施研究
節能減排措施是旅游業能源需求與二氧化碳排放的最終落腳點。從國外研究進展看，目前已基本形成體系化的節能減排措施。世界旅游組織從旅游行業角度分別就政府、旅游企業及旅游者提出了比較系統的節能減排政策措施，同時還對交通、建筑、裝備制造等相關領域的節能減排提出了具體對策及技術途徑。理查德（Richard）利用仿真模型分析碳稅對國際旅游的影響，指出如果全球按1000美元/噸征收碳稅，則乘飛機的國際旅游將減少0.8%，相對應可減排二氧化碳0.9%。貝肯等研究表明，坐落在世界遺產拉明頓國家公園的生態客棧采取綠色全球21環境認證計劃，成功認證后，每年能耗大幅減低，二氧化碳排放每年減少189噸，節約15000澳元。除了政策或有關技術手段外，旅游者行為方式的選擇也是旅游業節能減排的重要方面。貝肯等研究發現，無論在國際旅游者還是國內旅游者能耗賬單中，交通始終占據主導地位，因此改變旅行方式能夠有效影響旅游者的能源需求。巴克利（Buckley）認為，“慢旅游”是一種有效的降低碳排放的旅游方式，它是指反對乘坐飛機等快速交通工具的旅游，更重視游的過程，強調旅游的過程和目的地同樣重要。“慢旅游”必將發展成為一種未來旅游的流行方式。
2、我國旅游業能源需求與二氧化碳排放研究進展
我國旅游業能源需求與二氧化碳排放研究起步較晚，目前仍處于探索性研究階段。文獻資料研究表明，國內研究主要集中在旅游業能源需求與二氧化碳排放量的測算和旅游業節能減排的對策措施方面。
2.1 旅游業能源需求與二氧化碳排放的測算研究
我國旅游業能源需求與二氧化碳排放的測算研究涉及全國、省域/地區及產品層面。全國層面，石培華等首次系統地估算了全國旅游業的能耗與排放，結果表明，2008年我國旅游業消耗能源為428.3皮焦，排放二氧化碳51.34百萬噸L25 2。省域/地區層面，陶玉國等估算了2009年江蘇省旅游業直接的能耗和二氧化碳排放量，分別為32.56皮焦和3.7百萬噸，占江蘇能源總消耗量和碳排放總量的比例分別為0.53%和0.56%，旅游交通、住宿業和旅游活動占旅游能耗的比例分別為70.91%、17.32%和11.76%。章錦河等分別對四川省九寨溝、鄂西、湖南和江西等地旅游生態足跡、碳足跡進行了測算。另外，郭等（Kuo，et al.）對我國臺灣地區澎湖列島旅游業能耗與二氧化碳排放進行了測算，結果表明，每年澎湖列島旅游業消耗能源795.96百萬焦，排放二氧化碳5.05千克；其中，旅游交通能耗4.95×108百萬焦，排放二氧化碳3.38×108克，住宿業能耗為1.17×108百萬焦，排放二氧化碳8.56×108克，旅游活動耗能1.24×108百萬焦，排放二氧化碳7.71×108克。林（Lin）對臺灣地區墾丁等5個國家公園旅游交通的二氧化碳排放進行了研究，結果表明，近8年旅游交通的二氧化碳排放量在增加，5個國家公園平均每年排放二氧化碳16.1萬噸。產品層面，等以云南旅游市場最具代表性的香格里拉“八日游”系列產品為例，從生態足跡角度對該線路產品的生態效率進行了計算和分析。
2.2 旅游業節能減排的對策與措施
國內旅游業節能減排工作實踐最早從要素部門開始，從生態景區、循環景區到綠色飯店、綠色交通。對策與措施的研究緊跟實踐步伐，并最終拓展至旅游城市（圈）、全行業。章錦河以九寨溝和黃山兩個國內知名的生態型景區為例，以旅游廢棄物為手段定量測度旅游業能源需求與排放對生態的影響，認為合理控制游客規模、縮短旅行距離、減少乘飛機出游等是旅游業節能減排和建設生態型景區的有效舉措。王輝等提出要借鑒臺灣坪林地區的措施，給每個海島型景區設置一個“碳減量計數器”，以此增強游客節能降耗意識并約束自身的旅游行為方式，從而有效降低旅游活動的能耗與排放。李萍就酒店行業的節能減排，從發展理念、能源管理、引導消費觀到政策和制度保障提出了一系列具體的對策與建議。林研究了1999～2006年臺灣地區5個國家公園旅游交通的二氧化碳排放，提出政府可以通過提升管理效率，運用價格杠桿等降低碳排放，同時通過就近旅游、提高交通荷載、使用清潔能源及其他技術措施來降低旅游二氧化碳排放。蔡萌等從低碳旅游發展導則、低碳旅游設施、低碳旅游吸引物、低碳旅游體驗環境和低碳旅游消費方式等5個方面構建了低碳旅游城市模型，提出規范發展、互動發展、示范發展等城市旅游低碳發展的戰略舉措。萬幼清認為武漢城市圈旅游業節能減排需要提升綠化措施、優化綠地布局、加強水域生態保護。石培華等系統整理了旅游業各要素、各領域節能減排的技術手段、運行模式和制度安排。
近3年來，作為旅游業節能減排實現方式的低碳旅游，成為旅游學術界的研究熱點。在中國知網，以“低碳旅游”為主題或關鍵詞檢索，共得到有效文獻297篇。文獻數量統計表明，2011年共發表137篇，占全部文獻的46.13%；2010年和2012年各79篇，各占26.60%；2009年僅有2篇，占0.67%。而近300篇文獻中，僅有17篇（5.72%）發表在核心期刊，一定程度上表明研究的深度有限。研究內容主要集中在概念、內涵及特征研究，低碳旅游發展案例介紹，發展模式及實現的路徑、建議等。
3、國內外研究總結與對比
3.1 總結
整體而言，國外旅游業能源需求與二氧化碳排放研究主要在3個方面取得了進展：1）識別了旅游業能耗、排放的重點領域及結構；在旅游業能源消耗與二氧化碳排放的定量估算研究與情景分析方面形成初步結論。2）對各類型交通方式、住宿方式及旅游活動的單位能耗和二氧化碳排放等關鍵性參數有了一般性的認識，并識別了明顯的國別、地區及不同部門之間的差異。3）基本形成體系化的節能減排政策措施。但是，國外研究同時存在3個方面不足之處：1）雖然形成一些標志性成果，但總量不多，還沒有系統化和規模化的研究積淀；對旅游交通、住宿及旅游活動方式等單個領域和環節的實證研究多，地區性、全行業的系統研究較少。2）多是基于部分國家/地區的調查數據和經驗數據進行估算，尚沒有系統的估算方法和情景分析法。3）多以旅游發達國家或經濟發達國家為對象，針對發展中國家研究較少。
而從國內研究進展來看，主要有4個特征：1）起步晚，絕大多數研究是2009年之后開展的，且研究總量有限。2）現有的旅游業能耗及二氧化碳排放量的現狀估算研究更多地是參照國外已有研究的架構及經驗數據進行的，其中涉及的關鍵性數據如不同交通方式的能耗及排放參數等都是通過文獻研究得到的經驗數據，對我國的針對性和有效性不足。3）旅游業能源需求與二氧化碳排放的預測和情景分析至今仍是空白。4）旅游業節能減排對策與措施研究的科學支撐不足，宏觀對策多，具體的、有針對性的舉措少。
3.2 對比分析
主要從旅游業能源需求與二氧化碳排放的結構與途徑，旅游業能源需求與二氧化碳排放量的定量測算、預測及旅游業節能減排措施等4個方面進行對比分析（見表3）。
在旅游業能源需求與二氧化碳排放的結構與途徑研究上，國內外總體上是一致的，即重點都在旅游交通和住宿兩方面，但總量和結構有區別。總量上，從全球來看，旅游業能耗及排放占全球的比重在5%左右，而我國則不到1%，無論是全國層面還是省域層面。結構上，國外旅游交通能耗及排放明顯高于國內，旅游活動則相反，國內要高于國外，住宿業能耗及排放水平比較接近，可能和我國住宿業從學習國外而開端有關。定量測算方法上，國內幾乎完全借鑒國外研究方法，沒有開發出適合我國旅游業特色的方法；定量測算的廣度國內外比較接近，但深度上國外明顯深于國內。預測方面國內目前仍是空白。對策與措施方面，國外已基本形成體系化、宏觀與微觀相結合的對策措施，國內對策體系尚未形成，以宏觀對策居多。
4、研究啟示與展望
結合國外研究進展，針對國內研究現狀，未來國內旅游業能源需求與二氧化碳排放研究應重點關注以下3個方面內容：
4.1 加強旅游交通和住宿等重點領域能源需求與排放的定量實證研究
總體來看，我國旅游業能源需求與排放的研究存在現狀不清、總量不明的問題；旅游交通能耗與排放情況完全空白，住宿業僅粗線條掌握全國四星級以上酒店的水電氣等能源消耗數據。因此，要加強旅游業特別是交通和住宿重點領域能耗與排放的定量測算；根據我國旅游業實際，對不同類型旅游交通方式、住宿業態、旅游活動單位能耗/排放強度等關鍵參數開展針對性定量實證研究；開展各種工程技術手段方面的節能降耗效率與能力的實證研究。
4.2 加強旅游業能源需求與排放的預測分析和情景研究
旅游業能耗與排放的科學實質是人類活動對全球環境變化的影響，也是國際全球環境變化人文因素計劃（IHDP）的重點研究內容之一。旅游業能耗/排放的預測與情景研究是衡量旅游活動對全球環境變化影響的重要前提，同時也是旅游業減緩和響應全球環境變化的科學依據。因此，必須強化對未來旅游業能源與排放不同情景的模擬研究與分析，為科學應對和減緩氣候變化對旅游業的影響、制定適應措施提供科學依據。
部分碳酸飲料中添加的二氧化碳,來自一項目前備受關注的技術――碳捕集和封存,這項新技術事關人類面臨的重大挑戰――“全球氣候變暖”,該技術對減少溫室氣體排放具有深遠的意義,將為人類減緩氣候變暖帶來希望。
碳捕集與封存(簡稱CCS)是指將大型發電廠、鋼鐵廠、化工廠等排放源產生的二氧化碳收集起來,用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術。它包括二氧化碳捕集、運輸以及封存三個環節,可以使單位發電碳排放減少85%至90%。
捕集二氧化碳可達食用程度
“北京已有比較成熟的碳捕集技術,現在許多碳酸飲料里的二氧化碳都是從北京高碑店熱電廠試驗示范裝置中生產的,純度非常高,大家可以放心喝。”西安熱工研究院北京分院二氧化碳控制與減排研究所黃斌博士表示。
黃斌說,從高碑店熱電廠二氧化碳捕集試驗裝置里捕集出的二氧化碳,精制以后可以達到食用的程度,就是99.9%至99.99%的程度,截至2009年春節,二氧化碳捕集系統運行穩定,銷售食品級二氧化碳已超過800萬噸。
如何科學利用二氧化碳
要減少一種物質對人類的危害,最好的辦法就是科學利用。
目前全球二氧化碳工業利用量大約是每年1至1.5億噸。美國是世界上最大的二氧化碳生產國和消費國,生產能力每年約1000萬噸。中國有二氧化碳生產企業100家左右,生產能力是每年200至250萬噸,而一個幾十萬千瓦的燃煤電廠,一年能捕獲二氧化碳100至200萬噸,同目前中國企業生產的二氧化碳的總量是差不多的。黃斌說,“目前人類對二氧化碳的消費量是非常有限的,因此人類面臨的一個問題是,由于過度地使用化石原料造成了二氧化碳過多,而人類無法消費多出的龐大的那部分,所以造成了一系列氣候和生態問題。”
徹底做法是把多余二氧化碳封存
如何處置多出來的二氧化碳,一個“異想天開”的解決方案出臺了:把人類排放的二氧化碳氣體捕捉并集中起來,深埋于海底或地下,徹底解決因溫室氣體而引發的全球氣候變暖威脅。
“地質封存、深海封存將成為被捕獲后的二氧化碳主要去向。”黃斌博士說,二氧化碳被捕獲后,必須對其進行安全、長期地封存,才能最終完成控制二氧化碳進入大氣的工作。地質封存被普遍認為是未來主流的封存方式,其原理是將捕獲到的二氧化碳用管道輸送到地下深處長期或永久性“填埋”在地質中。
深海封存是指把二氧化碳注入深海中以進行長時間的存儲,大部分二氧化碳在深海中將與大氣隔離若干世紀,目前深海封存在全世界還未被真正采用,也未開展試點示范,仍處于研究階段。
二氧化碳封存面臨的科學疑問是,將巨量的二氧化碳儲存到地下或深海,是否有可能逃逸出去?對此黃斌解釋說,令人樂觀的是二氧化碳并不需要被永久封存,封存的時間只要保證自然界中碳循環將大氣中的二氧化碳降到工業化之前的水平即可,“只要二氧化碳的封存可以在幾千年內防止嚴重泄漏,屆時碳循環就可以解決這個問題,從目前來看,人類的科技發展應該可以做到。”
碳捕集和封存技術將力挽狂瀾
中國科學院院士、中科院地學部原主任孫樞指出,碳捕集和封存是一種實現全球溫室氣體低排放的關鍵技術。“減排”除了節約能源、利用清潔能源和清潔燃燒技術外,重要的途徑是二氧化碳的捕集和埋存。隨著工業化進程和經濟社會的發展,燃燒化石燃料所導致的空氣污染和溫室效應,已嚴重地威脅著人類賴以生存的地球環境,全球氣候變暖是各國可持續發展面臨的共同挑戰,解決方法是尋求成本低且有效的方案來減少二氧化碳的排放。
孫樞院士認為,目前二氧化碳的工業分離、管道運輸、地質封存和工業利用等方面已經形成成熟的市場,這使二氧化碳捕集與封存技術有可能力挽狂瀾,成為減少溫室氣體排放的有效措施。
北半球永凍土儲有1.5萬億噸碳
一個國際研究小組日前公布研究報告稱,北半球永凍土層中冷凍碳的儲量可能超過1.5萬億噸,是此前估計的兩倍左右。
研究人員表示,這些冷凍碳主要分布在北極以及加拿大、哈薩克斯坦、蒙古國、俄羅斯、美國、格陵蘭等國家和地區,儲量約為目前大氣中碳含量的兩倍。一旦氣溫升高導致永凍土層開始融化,大氣中兩種溫室氣體――二氧化碳和甲烷的含量將急劇增多,從而進一步加速全球變暖。
研究人員預計,這些永凍土層中的碳在本世紀全球氣候變化過程中將產生重要作用。
【關鍵詞】碳排放；水泥；工藝；影響因素；數學建模
引言
眾所周知，大氣環境的污染主要是由于工業廢氣的排放造成的。水泥工業中碳排放又是其中的重點。本文從水泥工業的生產工藝、燃燒的原材料、碳排放的源頭和影響因素等方向來研究影響碳排放的因素，并介紹相應的一些處理措施，希望能為水泥工業的科學技術水平提高和減少碳排放，治理綜合環境，提供一些建設性的幫助。
1 水泥工業二氧化碳排放現狀與分析
隨著中國城市建設的高速發展，對于水泥工業的需求量越來越大，研究表明我國水泥生產量年平均增長0.25億噸，年平均增長率為8%以上。而水泥工業中排放的廢氣大多為二氧化碳，據統計，水泥工業中二氧化碳的排放比重從1992年的5.68%上升為2010年的12.54%，因此對水泥工業碳排放量的控制迫在眉睫。
下面我們分析一下，水泥工業中二氧化碳的生成形式。可以分為兩大類：一是水泥熟料燃燒，化學式為C + O2CO2 ；二是燃料燃燒的過沖中碳酸鹽的分解，主要為碳酸鈣，其化學式為CaCO3CaO+CO2 。
計算表明：每生產1 噸水泥成品，原材料的燃燒過程，再加上運輸用電力、燃料等方面的二氧化碳排放，約1 噸左右。所以這個量是相當龐大的。
2 影響 CO2排放的因素
研究表明，二氧化碳的排放量大小依次順序為：工藝排放，燃燒排放，電力消耗。依次介紹如下：
（1）水泥從生產窯上分為立窯（包括機立）和旋窯（回轉窯），從生產進料的方式上講分為干法、濕法。水泥由石灰石、粘土、鐵礦粉磨碎后按一定比例進行混合，這時候的混合物叫生料。 然后將這些混合物投入容器內進行高溫煅燒，一般溫度在1500 度左右，煅燒后剩下的物質叫熟料。最后將這些熟料與石膏混合后磨細，按設計比例混合，就是成品的水泥，也就是我們常說的普通硅酸鹽水泥。 如果是用其它可燃物質或者以廢棄物作為替代燃料來進行輔助燃燒，可以使含鈣質含量少的原材料與空氣充分接觸，燃燒的過程中減少了鈣質的化學反應，隨之也減少了二氧化碳及一氧化碳廢氣的排放。
（2）不同品種的水泥由于其組成原料不同、摻合料的比例不一樣，排放的二氧化碳含量也會有很大的差別。通用硅酸鹽水泥中中加入其他摻和料和可燃物、助燃物的比例， 可以加強原料的燃燒程度，因而有效地降低了廢氣排放。如果采用低能耗、含碳化合物含量少的原料，（如硫酸鹽水泥）由于其主導礦物質碳含量低，所以在燃燒過程中，碳排放量會相應減少。
（3）水泥熟料熱耗，企業水泥熟料的燃燒程度是影響二氧化碳排放的直接影響因素。而企業的管理水平、采用的生產工藝、技術力量、人員素質等都直接影響著水泥窯的熟料熱耗。 因此采用先進的生產工藝， 降低水泥熟料熱耗，將原材料充分進行煅燒是控制和減少水泥工業中二氧化碳排放的重要途徑。
3 減少水泥工業碳排放的措施研究
3.1 減少碳酸質原料的用量
根據水泥的生產原理和工藝，我們知道，生產水泥的原材料主要是石灰石及碳酸鈣，因此減少碳酸質原料在水泥生產中的用量，或用其它物質來替代是減少二氧化碳排放最直接有效的措施。或者直接使用非碳酸質原料，因為從生產原理上講，燃燒碳酸鹽物質所吸收的熱量是整個原材料煅燒的40%左右。使用非碳酸鈣物質進行燃燒，可以節約能耗同時提高原料的利用效率。并有效減少二氧化碳的產生和排放。
3.2 提高生料易燒性
水泥生產的原材料，如果在煅燒的過沖中不能充分進行燃燒，就會產生大量的二氧化碳甚至是一氧化碳廢氣。因此原材料的燃燒性能和易燃率是減少碳廢氣的直接因素。在煅燒之前，加入礦化劑或其他化學物質來加強燃燒性能，將原材料進行充分的磨細和顆粒化，在燃燒的過程中均能加速其充分燃燒，減少熱能好，同時二氧化碳的產生也會隨之減少。
3.3 利用可燃性廢棄物
從生產工藝講，可以用很多不含碳酸鈣的物質來作為水泥生產的代用燃料。利用這些可燃性廢棄物代替部分或大部分燃煤和燃油，既處置了廢料，又節約了能源，同時也減少了二氧化碳等有害氣體排放量。
3.4 提高燃燒器效率
燃燒器的主要功能就是將燃料和空氣導入爐膛和回轉窯中，在高溫作用下將其進行煅燒。目前，水泥窯燃燒器效率偏低，隨著新型高效低污染燃燒器的研制開發和投入使用，燃燒器效率在不斷提高，煤耗也相應降低，二氧化碳等有害氣體排放量也隨之減少。計算表明，如果燃燒器能減少煤耗10%，二氧化碳廢氣體排放量至少減少2.0%。
提高燃燒器效率. 燃燒器的作用主要是將燃料和空氣進行充分接觸， 來提高燃燒的充分程度，達到提高燃燒器效率的目的，。隨著燃料的充分燃燒，產生的廢氣就會相應減少。
3.5 提高熟料質量以便增加各種工業廢渣的摻入量
水泥的質保期通常只有三個月，如果遇到雨水，保質期就會更短。這主要原因就是水泥生產的原材料質量達不到設計要求。熟料的質量越好，在燃燒器中的燃燒程度越充分，可以參入的各種工業廢棄物品就更多，一方面可以節約材料，還可以加強爐體內的燃燒。這樣生產出來的水泥質量可以得到更大的提升，排出的廢氣也可以得到大幅度的降低。
3.6 調整水泥制造業的產業結構
傳統的生產工藝中由于設備限制的因素，很多材料無法進行充分的燃燒。為了解決這一問題，新型干法技術在市場中得到大力的推廣。新型干法主要是增設了窯尾預熱器和分解爐， 并將回轉窯燃料由分解爐加入， 使燃料燃燒的放熱過程與熟料煅燒中耗熱最大的碳酸鹽分解的吸熱過程迅速地進行， 具有生產過程效率高、能耗小、質量高、產生廢氣量小的多種優點。
4 結語
現代建筑工程越來越多但是鋼筋混凝土結構，而作為混凝土和抹灰用的主材-水泥，其市場必然越來越廣闊，需求量會越來越大。隨之而來的就是在水泥生產過程中的廢氣排放量也會加多，對環境產生較大的影響。因此我們必須要優化水泥的生產工藝、調整生產結構、加強人員素質，嚴格控制并采用各種技術來減少二氧化碳等廢氣的排放，才能使人類發展與環境友好相協調。
參考文獻：
為此，2016年內以東京都為中心開始引進燃料電池巴士，爭取到2020年東京奧運會和殘奧會舉辦時引進100輛以上。
到2020年使混合動力車（HEV）的年銷量達到150萬輛，累計達到1500萬輛。屆時，豐田新車平均二氧化碳排放量目標是較2010年削減22%以上。
2020年以后，豐田希望使燃料電池車（FCV）在全球的銷量每年超過3萬輛，在日本的銷量每月至少達到1000輛。
同時，豐田將降低包括材料、零部件、車輛生產在內的整個汽車生命周期的二氧化碳排放。
未來，它在開發設計新車型時，通過加大產生低二氧化碳材料的開發和利用力度、減少材料使用量、減少零部件數量等，削減生產材料過程中產生的二氧化碳。同時通過使用再生生物材料、易拆解設計等提高資源效率的開發。
工廠二氧化碳零排放挑戰是在生產汽車的各項工藝中削減二氧化碳排放量，具體措施包括開發及引進二氧化碳排放量少的生產技術（低二氧化碳生產技術）、推進日常的改善活動、充分利用可再生能源和氫能源等。
具體的數值是針對今后建設的新工廠和新生產線設定的，目標是到2020年，將生產工藝中每輛汽車的二氧化碳排放量較2001年約減少一半，到2030年減少約三分之二，到2050年，通過充分利用可再生能源和氫能源，實現二氧化碳零排放。
“公司將在明年1月份針對集團供應商一系列的指導方針，努力使降低二氧化碳排放并努力構建人與自然共存的綠色未來。”公司環境事務部負責人Tatsuro Takami說，“整個集團都在為實現這一目標而努力著。”
贏得消費者也是挑戰的一部分。混動和燃料電池車輛僅僅是目前全球銷售的一小部分。但是豐田目前計劃在2020年賣出3萬輛燃料電池車型并累計賣出700萬輛混動車型。
“豐田必須在電氣化傳動系統上減少開支以支持混動和燃料電池車型上的花費。第四代普銳斯12月時將會在日本降價，這也是我們提高銷量的計劃。”豐田高管Kiyotaka les說。
全球氣候持續變暖已經成為當前人類面臨的主要挑戰,人類活動排放的二氧化碳與氣候變暖關系密切°°。作為世界上最大的發展中國家和第二大能源生產和消費國，以及僅次于美國的二氧化碳排放國家0,中國面臨著越來越大的壓力和挑戰。2009年5月20日召開的哥本哈根氣候變化會議圍繞著發展中國家是否應該承擔減排義務展開了激烈的交鋒,抑制氣候變化制定合理有效的環境政策成為了國際上的研究熱點。中國也一直采取政策、措施來積極應對氣候變化，中央在‘‘十一五”規劃綱要明確提出，到2010年單位國內生產總值能源消耗比“十五”期末要降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%,并將其列為重要的約束性指標。同時,我國政府于2009年11月26日正式宣布控制溫室氣體排放的行動目標,決定到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。因此，研究二氧化碳碳減排問題不僅有利于落實科學發展觀，而且對于國家的可持續發展,減緩全球氣候變化具有積極的意義。
事實上，二氧化碳減排的最有效措施是以重點領域作為突破口和重要抓手。化學工業作為工業部門中高能耗、高污染的行業之一，自然成為了我國減排工作實施的重點領域。據統計，化工行業年排放工業廢水30多億噸,工業廢氣1.4萬億立方米,產生工業固體廢棄物8400多萬噸,分別占全國“三廢”排放總量的16%、％和5%,位居工業行業的第1、和5位。另一方面,盡管通過新的節能技術和減排技術已使我國化學工業主要耗能產品的單位能耗有不同程度的降低，但單位產品的能耗和排放與國際先進水平相比仍有一定差距。就能源利用效率而言，我國化學工業的能源效率比發達國家低10%-15%左右，一些產品單位能耗比發達國家高10%-20%左右。因此，化學行業二氧化碳減排工作的有效開展對于我國整體節能減排工作的突破和循環經濟的發展具有重要現實意義和示范作用。
然而，對化學行業二氧化碳減排政策制定和實施離不開對該行業的碳減排影響因素分析。究竟哪些因素推動了能耗量的增長和碳排量的變動？哪些部門是主要的耗能部門或者是最大的碳排放源？等等，只有充分掌握上述影響碳排放的因素,才能有針對性地制定和實施有效的行業節能減排政策。因此，研究化學行業的二氧化碳排放的影響因素具有重要的理論和現實意義，并能為制定可行的行業節能減排等環境政策提供參考。
二、國內外研究現狀
目前與本文研究相關的文獻主要集中碳排放強度以及碳排放因素兩個方面。
(1)碳排放強度
Greening等(1998)對10個OECD國家（丹麥、芬蘭、法國、聯邦德國、意大利、日本、挪威、瑞典、英國和美國）的生產部門(1971-1991年)進行了分析,認為生產部門能源強度下降是其碳排放強度下降的主要原因，同時能源價格等一些其他因素對碳排放強度有很大影響0。Zhang(2003)利用沒有殘差的Laspeyres方法分析了中國工業部門1990-1997年能源消費的變化，研究結果表明1990-1997年工業部門所節約能源的87.8%是由于實際能源強度下降引起的，能源下降主要體現在黑色金屬、化學、非金屬礦物、機械制造四個部門?。Wu等(2005)根據中國各省的數據,利用一種新的三層分析法研究了1996-1999年中國二氧化碳排放“突然下降”的原因，研究結果表明：工業部門能源強度下降的速度以及勞動生產率的緩慢下降是化石燃料利用二氧化碳排放下降的決定因素5。Fan等(2007)分析了1980-2003年一次能源利用和物質生產部門終端能源利用的碳排放強度變化情況，研究發現能源強度下降是中國碳排放強度下降的主要原因0。魏一鳴等（2008)在《中國能源報告（2008)：碳排放研究》中對中國能源消費與碳排放進行了研究指出中國碳排放強度高于世界平均水平,但是下降較快，中國碳排放強度仍存在一定的下降空間，減緩二氧化碳排放增長的重點是降低能源強度、降低能源消費結構中的高碳能源比例、增加低碳能源消費、以及控制人口數量來實現0。
(2)碳排放因素
許多學者利用因素分解方法和投入產出理論,研究了二氧化碳氣體排放變化的影響因素以及與環境相關的問題。Gould和Kulshreshtha(1986)首次將最終需求、結構依存以及節約能源與薩斯喀徹溫省的能源消費結合起來?。Rose和Chen(1991)運用投入產出結構分解方法來解釋1972-1982年美國經濟的中間部門的基于燃料和其他投入之間的中間燃料替代0。Chang和Lin(1998)利用投入產出結構分解法分析了1981-1991年臺灣二氧化碳排放趨勢和工業部門排放二氧化碳的變化M。Fan(2006)等分析了1975-2000年人口、經濟、技術對中國、世界、高收入國家、較高的中等收入國家、較低的中等收入國家、低收入國家的二氧化碳排放的影響，研究發現人口、經濟、技術對不同收入水平國家二氧化碳排放量的影響是不同的。MichaelDalton等(2008)的研究中指出從長遠的角度來看，人口老齡化會減少二氧化碳的排放,人口的年齡結構對二氧化碳的排放和能源利用等產生影響，如果在人口相對較少的情況下，排放量幾乎會降低40%12。MinZhao、LirongTan等（2010)基于LMDI方法利用1996年-2007年的歷史數據研究了上海工業部門的碳排放影響因素，結果表明經濟產出效應是推動碳排放增長的主要因素，而能源強度的降低和能源結構、產業結構的調整成為抑制碳排放增長的因素13。ClaudiaSheinbaum等(2010)米用LMDI方法定量研究了1970-2006年間墨西哥鋼鐵工業部門的能耗和碳排放情況，他們指出經濟活動效應使能耗在所研究時間范圍內增長了227%,而結構效應和能源效率效應則分別使能耗減少5%,90%14。SebastianLozano、EsterGutier?rez(2008)運用數據包絡分析（DEA)研究了人口、能耗、碳排放和GDP之間的關系M。牛叔文、丁永霞等(2010)以亞太八國為對象，采用面板數據模型,分析了1971-2005年間能耗、GOT和二氧化碳之間的關系，他們的研究顯示發達國家的碳排放基數和能源利用率高，單位能耗和單位GDP排放的二氧化碳低,而發展中國家則相反，我國的能耗和碳排放指標所優于其他三個發展中國家,但次于發達國家116。ChengF.Lee、SueJ.Lin(2001)利用投入產出結構分解的方法研究了影響臺灣石化行業1984年到1994年二氧化碳排放的關鍵因素,通過指數分解分析、投入產出理論以及結構分解方法，識別出二氧化碳排放系數,能源強度、能源替代、增值率、中間需求、國內最終需求、最終出口需求等8個因素臺灣石化行業的二氧化碳排放變化的影響，并提出了相應的政策建議。
綜上可以看出，盡管目前關于碳減排研究較多,但多集中在國家或者區域層面上，且大多關于西方國家和地區，而對在經濟領域具有重要地位的特定工業部門研究卻不多見，特別是采用定量實證分析化學工業碳排放的研究很少。
三、方法及數據來源
(一）二氧化碳排放量的估算
根據IPCC給出的溫室氣體排放指導方針目錄（1996年修訂版），中國化學工業的二氧化碳排放量可以采用以下公式進行估算,如式（1)所示。
(二）化學工業二氧化碳排放量變化的因素分解模型
借鑒Kaya恒等式M,為了分析化學工業的二氧化碳排放量變化的影響因素，可以將化學工業二氧化碳排放總量分解為以下的影響因素：化學工業能源消費總量、化學工業具體部門能源消費比例、化學工業化石能源比例、化學工業化石能源結構以及能源碳排放系數。具體公式如（2)所示，公式(2)中的參數說明如表2。
為了下文敘述方便,將(2)、(3)式分別稱為二氧化碳排放模型、能源消費模型。Ang(2004)B9]比較了各種不同的指數分解方法，認為對數平均指數分解法（LMDI)在其理論基礎、適用性以及結果解釋等方面具有優勢，因此本文選擇LMDI(Log-MeanDivisiaIndex)方法。根據LMDI分解方法，可以推出如下等式。
(1)二氧化碳排放模型
E表示現期相對基期化學工業能源消費量的變動;AEq、、Eu尾,AEei分別表示化學工業能源消費量的經濟增長效應、化學工業產出比例效應、化學工業的部門結構效應、能耗強度效應。同樣地,根據LMDI分解方法得到如下分解結果：
對基期二氧化碳排放量的變動;ACEi,ACfe,ACes,ACec、ACQ、ACu、ACss、/AC?分別表示部門能源消費效應、化學工業化石能源比例效應、化石能源結構效應、能源碳排放強度效應、經濟增長效應、化學工業產出比例效應、化學工業的部門結構效應、能耗強度效應。
(三）數據來源
本文分析了1996-2007年我國主要化學工業二氧化碳排放量的變動情況。1996-2007年的各部門的工業總產值數據來源于中國工業經濟統計年鑒1997、1998、2000、2001、2002、2003、2004、
2006、2007,由于未得到1998年和2004年的工業總產值，因此本文通過前后兩年平均得到1998年和2004年的工業總產值。1996-2007年的二氧化碳排放量根據國家發改委能源研究所的數據計算得到。各部門的能源消費量以及煤炭、石油、天然氣等的能源消耗來源于中國統計年鑒1996-
2007。在本文中假定三種能源的二氧化碳排放強度保持不變，因此,ACm=0。
四、結果分析及討論
能源消費、能源強度以及能源結構都與化學工業二氧化碳排放相關，另外,一些經濟因素如工年二氣化碳排放模型分解結果累積圖業總產值等也會影響化學工業二氧化碳的排放。LMDI方法可以有效地識別這些關鍵因素的影響程度。本文將化學工業分為化學原料及化學制品制造業、醫藥制造業、化學纖維制造業、橡膠制品業以及塑料制品業等5個部門。
(一）二氧化碳排放模型結果根據(4)式，以1996年為基年,逐年變動累積得到的結果如圖1所示。
結果顯示,在1996年至2007年之間，中國化學工業二氧化碳排放量的變動基本上可以由能源消費量的變動來解釋,化學工業化石能源結構效應、化學工業化石能源比例效應的影響其次,化學工業具體部門的能源消費效應的影響最小。從整體趨勢來看，化學工業能源消費的增長增加了二氧化碳排放量，而化石能源結構效應以及化石能源比例效應的負向變化抑制了二氧化碳的排放。另外,1996年至1999年間，化學工業二氧化碳排放量是逐年減少的，主要是由這幾年化學工業能源消費以及化學工業具體部門能源消費的降低所致。隨著部門及總體能源消費的增加，二氧化碳排放開始出現明顯增長,到2004年，出現大幅度增長,此時則主要緣于化學工業化石能源比例效應及能源消費效應,即能源消耗,尤其是大量的化石能源的消耗直接導致了二氧化碳排放量的增加。
以1996年為基期,2007年為現期，根據4式的分解結果如圖2。2007年相對于1996年化學工圖2中國化學工業1996年和
業二氧化碳排放量的變動中，能源消費效應的貢獻度為172.86%,化石能源比例效應和化石能源結構效應的貢獻度分別為-5.08%、-67.43%,而化學工業具體5個部門（包括化學原料和化學制品制造業、醫藥制造業、化學纖維制造業、橡膠制造業以及塑料制造業）的能源消費效應的貢獻率僅為-0.34%。自上世紀90年代中期以后，煤炭在化石能源中的比例有所下降，石油和天然氣的比重有所上升。三種化石能源中，煤炭的二氧化碳排放強度最高，石油次之，天然氣最低。因此,化學工業化石能源的結構變動有利于減少二氧化碳的排放。在全球氣候變暖、溫室氣體排放不斷增加的壓力下,除了調整化石能源結構以外，還應大力推進新能源（包括風電、核電和水電）的使用比例。
(二）能源消費模型結果
根據(6)式,以1996年為基年,逐年變動累積得到的結果如圖（3)和（4)所示。
從圖3可以看出，經濟發展和能耗強度變動是影響化學工業能源消費量的最主要的兩個因素,其中，經濟增長增加了二氧化碳的排放,而能耗強度變動減少了二氧化碳排放。而化學工業經濟效應以及化學工業具體部門結構效應的影響較小。
2007年二氣化碳排放模型分解結果
圖4從更細致的層面反映了化學工業中具體5個部門能耗強度的變化情況。其中，化學原料和化學制品制造業以及化學纖維制造業的能耗強度下降很快,尤其在2001年以后。醫藥制造業、橡膠制品業以及塑料制品業的能耗強度減少較緩慢。說明化學原料和化學制品制造業以及化學纖維制造業兩個部門是化學工業所有部門中能耗較高、同時經濟發展也較高的部門。為了降低化學工業二氧化碳排放量,提高能源效率，應該加強化學原料和化學制品制造業以及化學纖維制造業的經濟投入，同時通過改善相應設備，增加清潔能源比重,降低化石能源消費。
根據(6)式，以1996年為基期，2007年為現期，分解結果如圖5所示。
(三）疊加結果
在(4)、(6)兩式分解結果的基礎上,根據（8)式,疊加后的結果如圖6所示。
以1996年為基期，2007年為現期,疊加后的結果如圖7所示。
圖7全面地反映了各影響因素對1996-2007年中國化學工業二氧化碳排放量變動的貢獻程度。根據圖7及以上的分析，可以得到：
(1)經濟活動和能耗強度下降是影響中國化學工業1996-2007年二氧化碳排放的兩個最重要的因素。能耗強度的下降明顯減少了二氧化碳的排放,但仍無法抵消經濟增長導致的二氧化碳排
放量的增加。
(2)中國整體經濟增長導致的二氧化碳排放源于經濟增長對能源的需求和消耗，這也造成了化學工業二氧化碳減排與其經濟發展之間的矛
盾。為了在減少二氧化碳排放的同時不會抑制經濟的發展,需要考慮更多的因素，如化石能源的減少,能源結構的優化,部門結構的調整等等。
(3)由圖7可以看出，化學工業的經濟發展反而會降低其二氧化碳的排放，因此，應繼續關注我國化學工業的生產和發展,加大投入。
(4)能耗強度的下降無疑是化學工業二氧化碳減排最有力的貢獻因素，因此，為了提高化學工業的能源利用效率，降低二氧化碳排放,需要不斷降低能耗強度,可以通過增加研發投入、改進技術以及改善相應設備、增加新能源比重入手。
(5)化學工業具體部門結構的變動會增加能
年和2007年疊加分解結果
源的消費量，因此需要調整各部門的結構，關注高耗能部門(化學原料和化學制品制造業以及化學纖維制造業）的能源消費,增加較低耗能部門的投入,以期降低能源消耗。
(6)化學工業能源結構的優化減少了二氧化碳的排放,雖然相對而言，能源結構的貢獻率不是很大,但是能源結構的優化作為戰略性的減排政策是非常重要的，尤其是大力發展核能、風能以及太陽能等非化石能源。
（許昌學院經濟與管理學院 河南 許昌 461000）
摘 要：全球變暖與環境污染日益引起來世界各國的高度關注，并引起理論界的探索研究。采用IPCC計算方法，對中國碳排放量進行估算，并定量研究了碳排放量與GDP，碳排放強度與能源消費結構、環境治理水平的關系。研究表明，碳排放量與GDP顯著正相關，碳排放強度與環境治理水平顯著負相關，最后，從調整能源消費結構等角度提出促進中國低碳發展的政策措施。
關鍵詞 ：碳排放數據；碳排放強度；環境治理
中圖分類號：X784 文獻標識碼：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．06．021
基金項目：教育部人文社會科學研究規劃項目“基于CGE模型的我國低碳發展政策構建研究”（項目編號：12YJA790214）；河南省高等學校哲學社科研究“三重”重大專項“新常態下河南省產業經濟發展的機遇、挑戰和對策”（項目編號：2014-SZZD-07）
收稿日期：2014-12-26
0 引言
根據聯合國（NGO）世界和平基金會世界低碳環保聯盟總會公布的數據顯示，中國碳排放量已超過美國，成為世界第一大碳排放國家，但人均碳排放卻遠遠低于美國。中國是發展中國家，現在正處于工業化、城鎮化的重要階段內，對于能源消費數量龐大，而且能源消費結構不合理。然而，隨著全球氣候變暖問題日益引起世界關注以及國內越來越嚴重的環境污染現象引起人民關注，減少二氧化碳等廢棄物排放，加快發展低碳經濟已經受到中國政府的重視。2009年中國在哥本哈根舉行的全球氣候大會中作出莊嚴承諾“到2020年，中國每單位GDP中碳排放比2005年下降40％~45％”。減少二氧化碳排放，首先要明確影響二氧化碳產生的因素，較為經濟、準確地獲得二氧化碳排放數據。本文將估算中國碳排放數據，為低成本、高質量獲取二氧化碳排放數據以及減少二氧化碳排放提供參考依據。
國內外有關估算碳排放數據的方法的研究主要有，Druckman等采用類多維區域投入產出模型，結果顯示英國碳排放量與收入水平、居所、職位和家庭組成有關；Ramakrishnan應用DEA方法研究了了GDP、能源消費、碳排放三者之間的聯系；Ugur Soytas運用VAR 模型研究了美國能源消耗、GDP與碳排放量之間的因果關系。魏楚通過研究發現GDP增長與能源利用效率對碳排放影響較大；許士春采用LMDI加和分解法得出我國碳排放的最大驅動因素經濟產出效應而最大的抑制因素為產業結構效應的結論；趙敏利用IPCC二氧化碳排放量計算方法估算出上海居民城市交通碳排放數據，并分析了碳排放強度；葉震參考了RAS雙向平衡方法，利用投入產出表，估算出我國1995－2009年數據。現有文獻研究結果表明，碳排放量與能源消耗、能源利用技術以及能源消費結構有重要的關系，然而現有研究方法有些過于復雜，所需要的參數較多，結果未必更真實接近真實碳排放量。
1 碳排放數據的估算方法
二氧化碳排放量的估算方法多種多樣，常見的有如投入產出法、碳足跡計算器法、IPPC計算法等。IPCC 計算碳排放的方法是聯合國氣候變化委員會提出的，為世界通用的計算方法，IPCC的評估報告闡明大氣中二氧化碳的來源主要為人工排放，而人工排放的途徑主要來源能源消費。盡管各國減排技術或資源稟賦存在諸多差異，但是這種方法依然可以通過變換相應參數進行調整，這種方法為研究者提供了所需要的各種能源的參數以及排放因子的缺省值，計算十分簡單。
采用IPCC碳排放計算指南中的計算方法，假設各類能源的碳排放系數為固定數值，將其結合能源消費數據：
式（1）中，A為通過能源消費向空氣中排放的碳排放總量；Bi為能源i消費量； i為能源種類；i＝1，2，3，估算的是由煤、石油、天然氣三種能源產生的二氧化碳量；Ci為能源i的碳排放系數。
上述IPCC碳排放計算方法在連續進行時間序列數據估算時存在一個缺陷，即如果選定基年的碳排放系數，那么基年以后年份同樣選擇相同的碳排放系數，則明顯沒考慮廢棄物循環利用和綜合治理的因素，因為隨著人類環境保護意識水平的提高，循環利用或綜合利用產生的二氧化碳等廢棄物的力度也在加大。但是很難獲得二氧化碳回收等方面的數據，因此，選擇“環境污染治理投資總額占國內生產總值比重”這一指標修正碳排放系數。
取某一種能源基年的碳排放系數為Ci1，基年環境污染治理投資總額占國內生產總值比重的值為，則基年以后任一年份碳排放系數為：
本文選擇2000年為基年，利用以上公式估算中國2000－2012年碳排放總量（文中數據來源歷年《中國統計年鑒》和《中國能源統計年鑒》），GDP以2012年價格計算，估算結果如表1和圖1。
從表1和圖1中可以看出，中國碳排放量總體呈現增長趨勢，在總體增長的趨勢中，出現幾次階段性下降現象，主要原因不是能源消費總量下降，而是環境污染治理投資總額占國內生產總值比重上升。中國碳排放量主要由煤炭產生，而石油和天然氣所產生的二氧化碳較少，這主要是因為中國能源消費結構中煤炭所占比重較大，而其他所占比重較小，產生單位熱量煤炭排放的二氧化碳多。碳排放強度的變化趨勢見圖2。
碳排放強度是單位GDP的碳排放量，其大小直接反映了經濟發展對環境影響的大小。從圖2可以看出，碳排放強度呈現出下降的趨勢，這表明中國在節能減排上取得的成效，然而應該認識到中國碳排放強度依然較高，而且最近幾年下降速度變慢。
2 碳排放量與GDP關系
中國經濟正在處于高速發展之中，能源消費結構和環境治理水平也在不斷變化，經濟的快速發展依賴于能源消費的快速增長，能源消費的快速增長促進了碳排放量的增長，而能源消費結構優化和環境治理水平提高又減少了碳排放量。因此，有必要研究碳排放量與GDP關系以及碳排放強度與能源消費結構、環境治理水平的關系。
為解釋變量，以2012年不變價格計算，碳排放量被為被解釋變量，模型中參數采用普通最小二乘法（OLS）估計，則中國二氧化碳碳排放量與的線性回歸模型如下：
用2000－2012年時間序列數據估計模型中的參數，則2000－2012年中國二氧化碳碳排放量與的關系為：
從上述建立的一次線性回歸模型各參數可以看出，GDP對碳排放量顯著，回歸系數顯示為正值，表明中國GDP顯著正向影響碳排放量，隨著GDP增長，二氧化碳排放量也將與之同步增長的趨勢，并且GDP每增加1億元，二氧化碳排放量增加0．24萬t。由于GDP增長和二氧化碳排放量呈長期的單調遞增關系，隨著中國經濟的不斷發展，中國將面臨著更多更大的減排壓力。
用CI表示碳排放強度，f1、f2分別代表煤炭、石油占能源消費總量的比重，用表示環境污染治理投資總額占國內生產總值比重，2000-2012年，中國碳排放強度能源利用結構以及環境治理水平的回歸如下：
括號中數據為相應參數的t檢驗值，1％顯著。
碳排放強度和煤炭、石油占能源消費總量的比重變化的正向關系說明，煤炭、石油占能源消費總量的比重的提高都會使碳排放強度增加，但是從回歸結果來看，煤炭占能源消費總量的比重提高1％要比石油占能源消費總量的比重提高1％促進碳排放強度增加得快一些，因此，從這個角度可以說，提高石油占能源消費總量的比重有利于降低碳排放強度。環境污染治理投資總額占國內生產總值比重的符號為負，表明環境治理水平能顯著降低碳排放強度，系數的絕對值較大，表明在中國提高環境污染治理將會顯著降低碳排放強度。
3 促進中國低碳發展的政策措施
3．1 轉變經濟發展方式，形成全社會參與低碳發展的局面
要把加快低碳發展作為貫徹落實科學發展觀的重要內容，在全社會廣泛開展宣傳，使全社會認識到中國由于經濟發展引起的過多碳排放量面臨的國際減排壓力，以及由于大量碳排放量引起的氣候變化和環境污染問題，要明確中國作為發展中大國在碳排放方面享有的權利和應承擔的義務。要牢固確立低碳發展意識，讓轉變經濟發展方式以及保護環境等成為各級政府和企業的重要發展理念。要區別經濟增長與經濟發展，經濟增長是經濟發展的部分內容，經濟發展不僅有經濟總量的增加，更需要有經濟效益、環境治理以及人民水平的提高。中國要避免走西方先污染后治理的模式就必須加快轉變經濟發展方式，加快低碳發展。
3．2 優化產業結構
當前中國產業結構不合理，主要表現在第二產業比重較大，第三產業比重較小，由于不同產業生產相同價值的產品其消耗的能源是不同的，一般來說，生產等值產品第二產業消耗的能源最多，排放的二氧化碳也最多，第三產業消耗的能源最少，排放的二氧化碳也最少。中國要想完成在哥本哈根舉行的全球氣候大會中作出的承諾，就必須加大產業結構調整力度，加快第三產業發展，力爭在快速發展經濟的同時，使碳排放總量最少。
3．3 調整能源消費結構
碳排放強度與能源利用結構顯著相關，一般來說，產生等熱煤碳排放的二氧化碳最多，石油次之，天然氣最少，而清潔能源排放更少。長期以來，中國能源消費結構形成以煤炭為主，清潔能源較少的局面，在一定程度造成了碳排放量的快速增加。因此，要加大對風能、核能、水電等清潔能源的開發與利用，不斷調整能源消費結構。另外，開發新的清潔能源在改善國內能源消費結構，降低碳排放量的同時，又可以顯著促進經濟增長。
3.4 加大環境治理力度
中國碳排放量的增加，影響因素很多，由前面研究可以看出環境治理能顯著降低碳排放強度。從統計數據可以看出，中國環境污染治理投資總額占國內生產總值比重一直較低，而且其值一直難以穩定，處于不斷變化中。當前，中國面臨諸多問題，其中大部分問題都與環境污染治理投資力度不夠相關，因此，有必要加大環境治理力度。加大環境治理力度可以逐步引入碳稅制度。碳稅可以迫使企業因為沉重的稅收而放棄碳排放量較多的一些產品生產，從而降低二氧化碳排放量，它是最具有市場效率的減少碳排放的經濟政策手段之一。
3.5 增加碳匯
減少二氧化碳除了減少二氧化碳的排放外，還應該盡量吸收已經排放的二氧化碳。碳匯的目的就是從大氣中除去二氧化碳的一些方法過程、活動以及機制，主要依靠森林吸收并儲存二氧化碳。陸地生態系統中森林是最大的碳庫，通過樹木和花草等植物的光合作用，吸收大氣中的二氧化碳，制造出氧氣并向外排出，這樣會降低大氣中的二氧化碳含量、減緩氣候變暖的效果。當前，中國森林面積和森林覆蓋率較低，需要繼續增加森林面積。中國是能源消費大國，排放的空氣中的二氧化碳十分龐大，要想保證空氣質量，減緩二氧化碳對氣候的影響，需要擴大森林面積來吸收空氣中的二氧化碳。另外，國土的綠化會使國家的形象得到大幅提升，吸引更多的游客來旅游觀光，不僅有利于降低二氧化碳，同時也可以加快發展第三產業，促進中國產業結構調整和經濟發展。
參考文獻
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5 許士春，習蓉，何正霞．中國能源消耗碳排放的影響因素分析及政策啟示［J］．資源科學，2012（1）
6 趙敏．上海市居民出行方式與城市交通CO2排放及減排對策［J］．環境科學研究，2009（6）
②所謂低碳，英文為“lowcar－bon”，即指較低（更低）的溫室氣體（二氧化碳為主）排放。低碳生活作為一種生活方式，其實就是指減少二氧化碳的排放，低能量、低消耗、低開支的生活方式。我們日常生活中的每個細節其實都直接與碳排量有關系：到了夏天，碳排量會激增，你少開一天空調可以節省8公斤碳，你如果自駕車消耗了100升汽油，那么你就排放了270公斤二氧化碳，需要種三棵樹才能彌補，辦公室冷氣8小時人均消耗10公斤；用電腦10小時消耗0.18公斤；洗熱水澡15分鐘消耗0.42公斤；吹頭發5分鐘消耗0.036公斤；煮咖啡兩杯消耗0.03公斤……
③實現低碳生活其實并不難，以聯合國近日發表的一份數據報告為例：用傳統的發條式鬧鐘替代電子鐘，這可以每天減少大約48克的二氧化碳排放量。把在電動跑步機上45分鐘的鍛煉改為到附近公園慢跑，可以減少將近1公斤的二氧化碳排放量。不用洗衣機甩干衣服，而是讓其自然晾干，這可以減少2.3公斤的二氧化碳排放量……
④過去這些年，我們欠下地球不少“碳債”，是開始償還的時候了。只要我們戒除各種高能耗的不良生活習慣，節能減排便水到渠成。
⑤在以低能耗、低開支為核心的低碳生活方式中，我們不僅要低碳，更要加入“碳補償”的隊伍。所謂“碳補償”，是指個人或組織向二氧化碳減排事業提供相應資金，以充抵自己的二氧化碳排放量。隨著家庭、企業和運輸系統二氧化碳排放量不斷增長，“碳補償”作為一種自主減排新方法正日益受到矚目。森林是吸收二氧化碳的好機器。科學研究表明：森林每生長1立方米蓄積量，平均能吸收1.83噸二氧化碳，釋放1.62噸氧氣。
⑥與直接減排措施相比，植樹造林等碳匯措施不僅可以達到間接減排的效果，而且操作成本低、效益好、易施行，是目前應對氣候變化最經濟、最現實的手段，也是國際社會公認的有效途徑。作為“碳補償”，目前，有越來越多的企業和個人參與到“林業碳匯”這項活動中來。通過植樹造林和加大森林的保護，使碳補償迅速發展，成為企業承擔社會責任的重要內容。據了解，目前我國已經為企業志愿參加造林和森林保護與經營活動增加森林碳匯搭建了一個平臺――中國綠色碳基金，并在七個省實施碳匯造林項目試點工作。
⑦環境是成本，也是生產力。發展低碳經濟，提倡低碳生活方式，對企業對個人都有著重要的現實意義。讓我們攜手，為我們共同的家園更加美麗做出共同的努力！
閱讀訓練
1．根據文意，用簡潔的語言概括實現“低碳”的途徑。
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2．文中列舉了大量數據，請結合第②段內容說明其作用。
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3．第⑤段畫線句在結構和內容上的作用分別是什么？
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4．請根據文章內容，談談你對“林業碳匯”的理解。
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5．閱讀下面的鏈接材料，結合本文內容，說說開展“地球一小時”活動與“低碳生活”有什么聯系？
2、生活中，一方面要鼓勵采取低碳的生活方式，減少碳排放；另一方面是通過一定碳抵消措施，來達到平衡。種樹就是“碳中和”的一種方式，需種植的樹木數（棵）等于二氧化碳排放量（千克）除以18.3。
3、衣，隨季節更替，穿著適宜的應季服裝可以減少空調的使用。選擇環保面料并減少洗滌、選擇手洗、減少服裝的購買。
4、食，購買本地、季節性食品，減少食物加工過程，可以減少二氧化碳的排放。使用少油少鹽少加工的烹飪方法，健康的不僅是自己，還有地球。
5、住，居住面積不必求大，理智選擇適合戶型。因為住房面積減少可以降低水電的用量，這在無形之中減少了二氧化碳的排放量。
6、行，選擇合適的汽車車型，多乘坐公共交通工具。汽車是二氧化碳的排放大戶，應盡量選擇低油耗、更環保的汽車。
7、用，洗菜水洗澡水循環利用、每間房只裝節能燈、不吃口香糖、使用時尚的環保袋、雙面打印、不使用一次性餐具，盡量購買包裝簡單的產品，既減少生產中消耗的能量，也減少了垃圾。
8、使用洗衣機時，同樣長的洗滌周期，“柔化”模式比“標準”模式葉輪換向次數多，電機啟動電流是額定電流的5至7倍，“標準洗”更省電；
9、如果每個汽車司機都注意給輪胎及時適當充氣，車輛能效就能提高6%，每輛車每年就可以減少90千克二氧化碳排放量；
10、用微波爐加工食品時，最好在食品上加層無毒塑料膜或蓋上蓋子，這樣被加工食品水分不易蒸發，食品味道好又省電。
關鍵詞：碳排放 社會成本 綜合評估模型 政策
一、前言
二氧化碳等溫室氣體的排放與人類生活生產息息相關，其對人類社會影響的貨幣估算方式成了當前氣候變化經濟學的重要研究方向。經濟學家通常認為溫室氣體的排放具有外部性的特點，應該通過制定相關制度將外部性內化。美國的碳排放社會成本指數即是這一理論的實踐。2013年6月，美國白宮部門聯席工作組（interagency working group）了《技術上調碳排放社會成本用以政策影響分析》的報告。報告上調了官方使用的二氧化碳排放的社會成本（social cost of carbon， 以下簡稱SCC）指數，該指數幾乎是2010年評估值的2倍，具體見圖1、2。指數的上調意味著每增加排放一噸二氧化碳將給社會帶來更大的損失，因此美國政府可以采取更嚴厲的限制碳排放措施。美國政府提出的SCC指數為這方面研究提供了新的思考。為此，筆者從SCC概念著手，介紹美國政府SCC的計算方法和應用方式，希望能給我國氣候政策予以啟迪。
2010年評估報告：2010-2050碳排放社會成本（以2007年美元為單位）
貼 現 率
年份 5% 3% 2.50% 3%（95%）
2010 4.7 21.4 35.1 64.9
2015 5.7 23.8 38.4 72.8
2020 6.8 26.3 41.7 80.7
2025 8.2 29.6 45.9 90.4
2030 9.7 32.8 50 100
2035 11.2 36 54.2 109.7
2040 12.7 39.2 58.4 119.3
2045 14.2 42.1 61.7 127.8
2050 15.7 44.9 65 136.2
圖1：2010年的SCC評估值
2013年評估報告：2015-2050碳排放社會成本（以2011年美元為單位）
貼 現 率
年份 5% 3% 2.50% 3%（95%）
2015 12 40 62 117
2020 13 46 69 137
2025 15 51 75 154
2030 17 56 81 170
2035 20 61 87 187
2040 23 66 93 205
2045 25 71 99 220
2050 28 76 105 236
圖2：2013年的SCC評估值
二、SCC的概念
SCC是指增加排放一噸二氧化碳或者其他溫室氣體所帶來的損害，或者說是經濟上的成本。它將氣候變化中二氧化碳排放量造成的損害以貨幣價值來表示，而且考慮到大氣中二氧化碳等溫室氣體的影響會隨時間而累計，它還將未來的損失折算為現值。因此，碳排放的社會成本度量了碳排放的成本，它是現在額外經濟損失與額外排放造成的未來經濟損失現值之和。
地球大氣中重要的溫室氣體包括8種，即水蒸氣、臭氧、二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟氮化物、全氟化碳和六氟化硫。前面兩種氣體在時空分布較大，故不納入減排范疇；后面六種溫室氣體中，以二氧化碳為最主要的溫室氣體，在排放測算時，一般是通過全球變暖潛能（Global Warming Potential， GWP）將其他溫室氣體換算成二氧化碳當量（CO2 Equivalent）。因此通過相應的換算，SCC可以用來作為衡量所有溫室氣體社會成本的一個基本計量單位。具體的換算方法見圖3，舉例而言，以二氧化碳排放計算的排放重量是以碳計算的排放重量的3.67倍，其他溫室氣體依此類推。
圖 3： 溫室氣體轉換為二氧化碳的1995 IPCC GWP 值
SCC與碳的市場價格不同。碳的市場價格反映的是碳排放權交易的價格。碳排放權是氣候政策，比如歐盟的碳排放權交易制度（Emission Trading System ，以下簡稱ETS）所賦予的權利。碳的市場價格就是碳排放權根據市場供需要求所形成的價格。SCC也與碳減排的邊際成本（the marginal abatement cost ，簡稱MAC）不同。碳減排的邊際成本反映的是減少排放二氧化碳而導致的邊際成本，而不是由于排放所造成的損害價值。在特定的假設下，這3個價格可能相等，比如，如果碳市場涵括了所有的排放、市場是完全競爭的，那么市場價格=MAC。而且，在成本效益政策之下，所有的排放那個主體的MAC都會相等。而最優的氣候政策往往要求MAC=SCC。SCC和MAC的關系具體可見圖4。
圖4：SCC和MAC關系圖。
（atmospheric concentrations pathway指的是大氣中二氧化碳濃度的路徑）
