生存碳排放评估方法与指标体系研究

内容提要:在介绍国际温室气体排放评估进展的基础上,提出和诠释了生存碳排放的概念。生存碳排放包括直接碳排放和间接碳排放两大类,直接碳排放包括家庭能耗和私人交通两大类,间接碳排放包括食品、衣着、住房、日用品和出行等五大类。在介绍投入产出分析、生命周期分析和消费方式分析等常用的碳排放方法的基础上,指出生存碳排放的评估在很多情况下需要多种方法的综合运用,实地抽样调查和不确定性分析也是不可或缺的重要环节。为了进一步细化生存碳排放的特征,从家庭碳排放总量、家庭人均碳排放量、家庭单位收入碳排放量和基本生存碳排放量等角度提出了生存碳排放的评估指标,这些指标的建立有助于分析生存碳排放同家庭规模、家庭收入、家庭成员年龄结构、社会经济水平和地理环境等因素之间的相互关系及其相互影响。

关键词:生存碳排放;温室气体;碳足迹;气候变化

中图分类号:X823.02文献标识码:A文章编号:1003-4161(2010)01-0017-05

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一、引言

IPCC第四次评估报告指出:气候系统变暖是毋庸置疑的,人为导致的温室气体浓度增加很可能(90%以上的可信度)是导致这一变化的主要原因[1]。自工业化革命以来,人类社会已经累计排放了至少1.22万亿tCO₂[2],其中,80.75%的排放量是1950 年以后产生的[3]。国际社会已经充分认识到全球变暖和气候变化的事实,并针对各国和各地区的实际状况采取不同的气候变化应对措施。《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)以及《京都议定书》确定了国际气候变化减缓行动框架,一些发达国家已经实现了“可量化”的温室气体减排量,发展中国家也按照“共同但有区别的责任”原则为减缓和适应气候变化做出了贡献。

目前有关温室气体排放的评估主要集中在区域尺度和国家尺度,如UNFCCC要求各国提交温室气体清单。局地尺度上的温室气体排放研究也有一定的进展,其中张雷对新中国成立以来的各省区的一次能源碳排放格局的区域变化进行了分析[4],曲建升等对我国各省区2006年的二氧化碳排放量进行了计算,并根据CO₂排放总量、排放强度、人均排放量和排放密度四个指标就我国的区域碳排放特征作了详细论述[5]。目前,在更小尺度上,如基于家庭和人口的温室气体排放评估(即生存碳足迹或生存碳排放)方面的工作相对欠缺,尤其是发展中国家更需要开展相关研究,因为对发展中国家的人口来说,所享受的工业化成果和服务极少,生存排放量很低,生存排放的评估有可能反映出发达国家和发展中国家温室气体排放的根本特征。这也是本文的研究目标所在。

我们这里所指的生存碳排放,即在当前社会经济技术条件下,个人(家庭)为了满足自身基本生存发展需求而产生的温室气体排放。家庭及其成员是社会构成的基本单元,所以我们将家庭碳排放作为人口碳排放的评估对象。生存碳排放与社会经济水平有着密切联系,并受到家庭规模、收入水平、消费结构以及气候条件等因素的影响。有关居民能源消费及其对环境影响方面的研究国外开展得较多,Weber和Matthews等就美国家庭消费及其碳足迹进行了量化,指出家庭碳排放的差异主要源自家庭收入和支出的差异[6]。Bin和Dowlatabadi利用消费方式分析方法(Consumer Lifestyle Approach,CLA)研究了美国能源使用及其相关CO₂排放之间的关系[7]。Biesiot和Noorman对荷兰的家庭能源消费及其CO₂排放进行了分析,指出荷兰当时的家庭消费模式与可持续发展目标背道而驰[8]。我国学者魏一鸣进行了1998—2002年中国城镇和农村居民消费行为变化对终端能源消费及其CO₂排放的影响研究[9]。

目前,有关家庭能源需求及其环境影响的研究多数集中于国家或地区的平均水平上,而忽略了家庭规模、收入和支出之间的巨大差异。我们的研究目的也正是为了寻求这些差异对碳排放的影响。

二、生存碳排放的评估方法和内容

(一)生存碳排放的评估方法

生存碳排放的研究方法主要包括投入产出分析(IOA)、生命周期评价(LCA)和消费方式分析(CLA)三种。其中,投入产出分析是最为常用的研究方法。投入产出分析,又称“部门平衡”分析,或称“产业联系”分析,最早是由美国经济学家瓦•列昂捷夫(W.Leontief)提出来的。它主要通过编制投入产出表及建立相应的数学模型,反映经济系统各个部门(产业)之间的相互关系。自20世纪60年代以来,被地理学家广泛应用于区域产业构成分析、区域相互作用分析,以及资源利用与环境保护研究等方面[10]。在能源分析中它也是一种有效的方法。正是由于IOA的应用,解决了商品生产、运输和贸易中的能源使用及其CO₂间接排放的分配问题[7]。投入产出模型按所采用计量单位的不同可分为实物型和价值型两种模型,前者是按实物单位(如kg、t等)计量,后者则是按货币单位(如元、美元等)计量的。而且这一方法被不断发展,并与其他优化模型相结合以实现从若干投入产出平衡方案中选择一个最优方案,其中最常用的是线性规划与IOA的结合[11]。生存碳排放投入产出表(IOT)中的投入即家庭消费的各种能源产品和非能源产品和服务,产出即为由于投入而产生的直接和间接碳排放的总和。生命周期评价(LCA)是一种环境管理工具,不仅对当前的环境冲突进行有效的定量化的分析、评价,而且对产品以及人口“从摇篮到坟墓”全生命周期内所涉及的环境问题进行评价,因而是“面向产品环境管理”的重要支持工具[12]。生命周期评价注重研究系统在生态健康、人类健康和资源消耗领域内的环境影响,不考虑经济和社会方面的影响[13]。LCA可以对各项活动全过程的资源消耗及其对环境的影响开展彻底、全面、综合的认识。消费方式分析(CLA)是通过对消费者消费方式进行研究评估温室气体排放的方法。三种方法各有侧重,一些研究工作经常将CLA和IOA以及LCA和IOA结合起来研究碳排放问题,实地抽样调查和不确定性分析也是不可或缺的重要环节。IOA与LCA相结合的方法是近来才兴起的[14]。

(二)生存碳排放评估的主要内容

家庭能源消费产生的CO₂可以分为直接排放和间接排放两种(见图1)。直接排放主要指家庭能源产品的消费,如煤炭、石油制品、天然气以及电力等,这些能源产品主要用于家庭取暖、照明、烹饪以及私人交通等方面。间接排放涉及到除能源产品之外的其他家庭消费品,如家具、家电、食物、衣着、房屋以及休闲娱乐、医疗卫生和教育等间接产生的碳排放。

1.直接碳排放

(1)家庭能耗

家庭能耗是指民用建筑运行过程中消耗的能源,包括照明、采暖、空调和各类建筑内使用电器的能耗。考虑到我国城乡用能的差别,在此将能源分为矿物燃料、生物质燃料、沼气和电能。其中,矿物质燃料的各项系数参见《中国气候变化国别研究》给定的参数[16],生物质燃料的各项系数采用《中国甲烷排放现状》中给定的数据[17]。基于IPCC给出的温室气体清单编制方法中关于矿物燃料中对一次燃料和二次燃料的区分,我们也将对其进行区分,这主要是考虑到两者消费量计算的不同。其实在此项研究中无需考虑这一内容,矿物燃料的碳排放量都是采用燃料的实物消费量估算的。

矿物燃料燃烧CO₂排放量的计算方法可采用IPCC给出的参考方法,即:

Ef=(Cf×Pf—Sf)×Of

其中,Ef为矿物燃料燃烧CO₂排放量,Cf为燃料的消费量,Pf为燃料单位含碳量,Sf为固碳量,Of为氧化率。

生物质燃料燃烧排放的CH4计算方法[17]为:

Eb=Cb×Rb×Ob×Mb×16/12

其中,Eb为生物质燃烧CH4排放量,Cb为生物质消费量,Rb为生物质含碳率,Ob 为氧化率,Mb为某种生物质甲烷产生率,然后乘以16/12换算为甲烷排放量。在得到某种生物质燃烧的甲烷排放量后,再利用全球温室效应潜能(GWP)*可以将排放到大气中的CH4排放量转化成CO₂当量。

(2)私人交通

私人交通排放是指家庭独立拥有的机动车的燃料消耗产生的直接碳排放和机动车生产过程中的间接碳排放。直接碳排放根据每百公里耗油量来估算,间接碳排放根据生产耗能进行计算,即:

1)私人交通直接碳排放量

Epd =Nm ×Gm ×Mm×Im

其中,Epd为私人交通直接碳排放,Nm为机动车数量,Gm为机动车每百公里耗油量,Mm为机动车年均行驶里程,Im为单位油耗排放量。

2)私人交通碳排放总量

Ept=Epd +Epi

Ept为私人交通碳排放总量,Epd为私人交通直接碳排放,Epi为私人交通间接碳排放。

2.间接碳排放

(1)食品消费

食物是人类生存和发展的基本生活资料之一。食物消费通过多种途径对环境产生影响,如食物生产、加工和运输过程中由于能源的消费而产生的大量有害气体和物质。对食物的生命周期分析,包括粮食生产、存储、运输、加工、消费和消费后处理等五个方面进行食物消费过程中的碳排放分析,即对食物的生产—消费链环节上的能源使用进行分析。食品消费的排放评估国外已有较多研究,如有研究评估指出,食物部门的能源消耗量占发达国家能源总消耗量的15%-20%[18,19]。有关一些食物的CO₂排放当量详见Kramer[20]。可见,食品消费对生存碳排放的贡献率也是很大的。根据食物消费的种类及其消费量可以计算其碳排放量。

(2)衣着消费

衣着属于最基本的生活资料。我国是衣着消费大国,但传统纺织品从原料、生产、纺织品的使用到最后处置过程对自然环境和消费者健康都存在较大程度的不利影响,衣着质量主要强调在外观、质地和功能指标上达到指标要求,目前的研究还较少考虑和辨识衣着消费对环境带来的影响[21]。可以根据投入产出分析对衣着消费的间接碳排放量进行计算。

(3)住房消费

住房消费也是生存碳排放的重要组成部分,主要表现为建筑能耗产生的CO₂。建筑能耗包括建筑材料生产用能、建筑材料运输用能、房屋建造和维修过程中的用能以及民用建筑运行使用过程中消耗的能源。其中,不同的房屋建筑产生的碳排放量是不同的,主要取决于房屋年代、类型和建筑材料的种类。住房消费包括建筑材料、装潢材料、家具的消费和建筑能耗等部分,依据这些材料和工作的间接排放可以评估计算家庭和个人碳排放。魏一鸣等指出居住是最大的碳密集型行为[22]。

(4)日用品消费

日用品消费主要是指我们生活中的各种各样的家用电器及生活能源的使用、日常生活用品的消费。在低层次消费结构中,生存性用品消费主要表现为非耐用品的消费。随着消费结构层次的提高,消费者对发展性和享受性用品的消费不断增加,耐用品占有量也不断增长。有关日用品的能耗及其碳排放量可以参考荷兰Groningen大学的EAP数据库[23]。

有关学者指出,食品、衣着和居民设备用品及服务引起的间接CO₂排放占间接碳排放总量的50%以上[22]。

(5)出行消费

出行消费主要满足消费者出行的需要或者说空间位移的需要。出行消费过程中的CO₂排放主要来自石化能源的使用,其碳排放分为私人交通排放和公共交通排放两种,且其碳排放量根据交通工具和出行方式的不同而不同。这里仅指公共交通碳排放,因为私人交通另计为直接碳排放。

(6)其他消费

主要包括医疗保健、文化教育、休闲娱乐等服务性消费。由Shui对美国1997年居民消费碳排放的计算可知,此类消费占美国居民消费间接碳排放总量的6%左右[7]。此类消费的研究可以利用投入产出分析来进行量化估算。

3.生活垃圾

生活垃圾的碳排放主要指垃圾的堆放和运输排放,是面向生存活动末端的间接碳排放。垃圾场中的废物经过细菌处理后产生垃圾瓦斯,以体积论大约一半是CO₂,另一半是CH4,不同的垃圾产生不同的可降解有机碳(DOC),因而产生不同数量的CO₂和CH4。计算垃圾堆放的碳排放量要根据垃圾的内容物分别计算,各种参数可查IPCC相关指导手册[24]。

三、生存碳排放的评估指标

通过以上比较分析,我们借鉴国际通行的温室气体排放评估方案来发展基于家庭(人口)的碳排放评估指标,如家庭碳排放总量、家庭人均碳排放量、家庭单位收入碳排放量、基本生存排放量等指标来进行生存碳排放的特征分析,以此来确定温室气体排放与生存状况的关系。

(一)家庭碳排放总量

家庭碳排放总量Ei是我们研究的主要对象。通过该指标的研究,期望可以得出不同经济发展水平下同等生活水平的家庭以及相同经济发展条件下不同家庭的家庭消费对全球变暖的贡献情况。目前国内在该方面的研究非常欠缺,而这对社会基本单位—家庭的生活节能减耗有着深远的意义,这也是该研究进行的必要性之一。Weber等指出家庭碳排放受到多种因素的影响,其中家庭收支占有决定地位,家庭年支出越大,其碳排放量则越大[6]。

家庭碳排放总量的评估需要实地调查家庭产生碳排放的各个环节,包括直接排放和间接排放,在获得家庭生活和消费活动各个环节的具体消费量数据后,可以通过专门的碳排放评估方案(或换算方法),来计算家庭各个方面的碳排放量,累加后获得家庭碳排放量。家庭碳排放总量指标可以反映家庭的温室气体排放情况。

(二)家庭人均碳排放量

在获得家庭碳排放总量数据后,可以计算家庭人均碳排放量,即基于人口的碳排放量,其计算公式为:

Ep=Ei/p

其中,Ep为家庭人均碳排放量,Ei为家庭碳排放总量,p为家庭人口数量。

家庭人均碳排放量的高低直接反映人口生活水平的高低,反映不同地区的人口对有限排放空间的占有程度[25]。家庭人均碳排放量受到家庭规模和家庭消费结构等因素的影响,同样情况下,家庭规模越大,人均排放量越低。据Ironmonger研究,家庭成年人口比例的增加,有助于能源利用的经济性,即所谓的规模经济[26]。Weber和Matthews也指出家庭规模的扩大有助于生态有效性的提高[6]。也就是说像我国这样传统的四世同堂的大家庭更有利于节能减排,而西方发达国家现在出现的那种家庭成员越来越少而家庭数量急剧增加的趋势则不利于能源利用的有效性。实际上我们也要考虑家庭成员的年龄结构对家庭碳排放总量的影响差异,一般在研究过程中将家庭成员分为小孩和成年人两类。当然这也就成为家庭人均碳排放量的缺陷之一。但是该指标仍然有着重要的科学参考意义。

(三)家庭单位收入碳排放量

家庭单位收入碳排放量为家庭碳排放总量与家庭总收入的比值,其计算方法是:

Ee=Ei/e

其中,Ee为家庭单位收入碳排放量,Ei为家庭碳排放总量,e为家庭年收入。

家庭单位收入碳排放量反映了家庭经济状况、生活和消费方式与碳排放强度之间的关系。一般认为家庭收入同碳排放总量呈正相关[6]。通过家庭单位收入碳排放量的研究,找出家庭消费结构、收入水平与碳排放之间的关系,可以很好地指导家庭消费的合理性,提高家庭产品消费的利用效率,逐步建立有助于低碳社会发展的居家生活方式和消费理念。

(四)基本生存排放量

基本生存排放量是家庭生活各项必需活动所产生排放量,主要指用于满足基本的生活和生理需求的碳排放量。该指标的计算方法为:

El=Ei-Ec

其中,El为满足家庭成员生活必需的碳排放量,Ei为家庭碳排放总量,Ec为家庭消费中用于文化、社会活动、奢侈性消费等非生存必需活动所产生的碳排放量。

基本生存排放量可以消除由于经济水平差别带来的消费结构的差别,进一步获得有关基本生存质量的信息,判断奢侈性消费等在生存排放中的比例。基本生存排放量指标也有助于根据“缩减与趋同”原则,确定未来全球人均碳排放量的趋同值。

四、结论与探讨

生存碳排放是指在当前社会经济技术条件下,个人(家庭)为了满足自身生存发展需求而产生的温室气体排放,其评估内容包括直接碳排放和间接碳排放两大体系。其中,直接碳排放又包括家庭能耗和私人交通两大类,间接碳排放分为食品消费、衣着消费、住房消费、日用品消费和出行消费五大类。生活垃圾作为家庭代谢的最终排泄物,属于面向生存活动末端的间接碳排放。

生存碳排放的研究有助于决策者进行公平、有效的决策,并有利于建立基于人口和家庭节能减排目标以及基于“缩减趋同”原则的全球人均碳排放量目标,排除政治、经济等因素对排放配额分配的影响[27]。在生存碳排放理念框架下,我们提出了生存碳排放的四个指标,以进一步阐述生存碳排放的特征,这四个指标分别是:家庭碳排放总量、家庭人均碳排放量、家庭单位收入碳排放量和基本生存碳排放量。

这些指标的建立有助于分析生存碳排放同家庭规模、家庭收入、家庭成员年龄结构以及家庭所在地理环境等因素之间的相互关系及其相互影响。

生存排放的评估需要借助投入产出分析、生命周期评估和消费方式评估等方法进行,实地抽样调查也是不可或缺的重要环节。生存排放的评估及各指标的分析会存在一定的不确定性,主要表现为:

(1)在消费数据的分类和分析上,个别数据可能会出现重复计算情况。

(2)实地调查和数据采集工作中,由于生活环境和生活水平不同,可能在消费活动和物资的分类方面存在较大差别,在计算时需要进行适应性的调整。

(3)相关消费品的碳排放量计算主要通过LCA和IOA相结合的方法,这些方法的优化和应用过程中均会存在计算上的偏差。

(4)由于生产技术、生产工艺等的差异,不同产品和活动的碳排放系数会与实际情况存在一定的误差。

尽管在计算分析过程中会存在一定的误差,但作为一个灰色领域,生存碳排放的评估分析仍然是一项具有重要意义的工作。生存碳排放分析可以将国际温室气体排放评估工作落脚到具体人口,从而降低宏观数据按人口平均过程中的噪音,有助于进一步了解不同区域的人口在生存状况、享受工业福利的状况,以及碳排放和环境影响方面的差异。

基金项目:国家自然科学基金项目“我国欠发达地区人口温室气体排放行为与排放需求研究”(编号:40801232);国家科技支撑计划项目“全球环境变化人文因素的检测和分析技术研究”(编号:2007BAC03A11-05);中国科学院知识创新工程重要方向项目“应对气候变化影响的国别研究及策略”(编号:KZCX2-YW-305-5)。

注 释:

GWP是指单位质量某种气体排放在给定时期内,对全球变暖的影响与CO₂的相对比值。

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