耿 涌 董會(huì)娟,2 郗鳳明 劉 竹,2

(1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧沈陽(yáng)110016;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京100049)

應(yīng)對(duì)氣候變化的碳足跡研究綜述＊

耿 涌1董會(huì)娟1,2郗鳳明1劉 竹1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所,遼寧沈陽(yáng)110016;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院,北京100049)

由溫室氣體引起的全球變暖問(wèn)題已引起國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注,隨著全球變暖成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn),碳足跡成為一個(gè)新的研究方法并迅速得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。本文從碳足跡的起源和各種定義入手,系統(tǒng)闡述了碳足跡的概念,并從不同角度探討了碳足跡的各種分類(lèi)。本文重點(diǎn)介紹了碳足跡的計(jì)算方法,主要包括投入產(chǎn)出分析方法、生命周期評(píng)價(jià)法、IPCC計(jì)算方法和碳足跡計(jì)算器等四大類(lèi),并總結(jié)和比較了四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究系統(tǒng)地進(jìn)行了歸納和總結(jié),客觀分析和評(píng)價(jià)了當(dāng)前碳足跡的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題。本文還介紹了目前國(guó)際上四個(gè)主要的碳足跡評(píng)估標(biāo)準(zhǔn):英國(guó)的PAS 2050:2008標(biāo)準(zhǔn)、世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)協(xié)會(huì)和世界資源研究院共同發(fā)起制定的GHG議定書(shū)、日本的標(biāo)準(zhǔn)仕樣書(shū)TS Q 0010標(biāo)準(zhǔn)和ISO 14067標(biāo)準(zhǔn),并以GHG議定書(shū)和PAS 2050兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為例分析了進(jìn)行碳足跡評(píng)估的重要前提——邊界界定問(wèn)題。最后對(duì)碳足跡研究的重點(diǎn)領(lǐng)域和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

碳足跡;生命周期評(píng)價(jià);投入產(chǎn)出分析;邊界;標(biāo)準(zhǔn)

自19世紀(jì)工業(yè)革命以來(lái),能源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞和氣候變化等各種環(huán)境問(wèn)題逐漸顯現(xiàn),目前尤以二氧化碳等溫室氣體引起的氣候變暖問(wèn)題最為嚴(yán)峻。全球變暖問(wèn)題已引起了國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注,《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》、《京都議定書(shū)》以及2009年受到高度關(guān)注的哥本哈根會(huì)議,都表明了國(guó)際社會(huì)在應(yīng)對(duì)全球變暖問(wèn)題方面所進(jìn)行的不懈努力。

我國(guó)政府對(duì)于全球氣候變暖問(wèn)題高度重視,國(guó)務(wù)院在2009年11月26日正式提出2020年我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的發(fā)展目標(biāo),將其作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃,并制定相應(yīng)的國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)和考核辦法。在此背景下,我國(guó)將逐漸加大關(guān)于碳減排的研究力度,并急需合適的研究方法解決相關(guān)的碳排放量化評(píng)價(jià)問(wèn)題。碳足跡是目前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)可的用于應(yīng)對(duì)氣候變化、解決定量評(píng)價(jià)碳排放強(qiáng)度的研究方法,為此,我們開(kāi)展關(guān)于碳足跡研究的文獻(xiàn)綜述,從概念、分類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算和邊界確定等多角度介紹國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳足跡研究的最新進(jìn)展,為我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、系統(tǒng)推進(jìn)節(jié)能減排工作奠定科學(xué)理論基礎(chǔ)。

1 碳足跡的概念

“足跡”這個(gè)概念最早起源于哥倫比亞大學(xué)的Rees和Wackernagel提出的生態(tài)足跡的概念,即要維持特定人口生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的或者能夠吸納人類(lèi)所排放的廢物的、具有生物生產(chǎn)力的土地面積[1]。碳足跡源于生態(tài)足跡的概念,最早出現(xiàn)于英國(guó),并在學(xué)界、非政府組織和新聞媒體的推動(dòng)下迅速發(fā)展起來(lái)[2]。

碳足跡雖然起源于生態(tài)足跡的概念,卻有其特有的含義[3],即考慮了全球變暖潛能(GWP)的溫室氣體排放量的一種表征[4]。關(guān)于碳足跡的概念,目前社會(huì)各界的定義各不相同。爭(zhēng)議主要有兩個(gè)方面,第一:碳足跡的研究對(duì)象是二氧化碳的排放量還是用二氧化碳當(dāng)量表示的所有溫室氣體的排放量(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為二氧化碳當(dāng)量排放量);第二:碳足跡的表征是用重量單位還是土地面積單位。

維德曼等[5]列出了碳足跡的不同定義,并對(duì)碳足跡的概念進(jìn)行了明確的界定和探討。他們將碳足跡定義為:一項(xiàng)活動(dòng)中直接和間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量,或者產(chǎn)品的各生命周期階段累積的二氧化碳排放量,并明確指出碳足跡是對(duì)二氧化碳排放量的衡量,且用重量單位表示。哈蒙德(Hammond)在Nature上發(fā)表文章強(qiáng)調(diào)碳足跡是一個(gè)人或一項(xiàng)活動(dòng)所產(chǎn)生的“碳重量”,甚至建議稱(chēng)碳足跡為“碳重量”[6]。而歐盟對(duì)碳足跡的定義是指一個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)的整個(gè)生命周期中所排放的二氧化碳和其它溫室氣體的總量[7]。荷威奇(Hertwich)和波都(Baldo)等學(xué)者也將碳足跡定義為一個(gè)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈或生命周期所產(chǎn)生的二氧化碳和其它溫室氣體的排放總量[8-9]。

綜合碳足跡的各種定義發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學(xué)者都用重量單位來(lái)表征碳足跡,而以二氧化碳排放量和二氧化碳當(dāng)量排放量為研究對(duì)象的學(xué)者均不少。因此,本文認(rèn)為碳足跡概念在維德曼和敏克斯定義的基礎(chǔ)上進(jìn)一步修改比較合理,即:一項(xiàng)活動(dòng)、一個(gè)產(chǎn)品(或服務(wù))的整個(gè)生命周期、或者某一地理范圍內(nèi)直接和間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量(或二氧化碳當(dāng)量排放量)。這里值得注意的是碳足跡的定義要合理、清晰、一致,以便保證所開(kāi)展的碳足跡計(jì)算的準(zhǔn)確性和科學(xué)性[10]。

2 碳足跡分類(lèi)

根據(jù)對(duì)碳足跡研究對(duì)象和研究尺度等的不同,碳足跡的分類(lèi)也不盡相同。如按照研究對(duì)象不同碳足跡可分為:產(chǎn)品碳足跡、企業(yè)碳足跡和個(gè)人碳足跡;按照研究尺度不同碳足跡可分為:國(guó)家碳足跡、區(qū)域碳足跡和家庭碳足跡;按照計(jì)算邊界和范圍不同碳足跡又可分為:直接碳足跡和間接碳足跡。此外,也可以按照國(guó)際氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)的分類(lèi)方法,按部門(mén)不同將碳足跡分為:能源部門(mén)碳足跡、工業(yè)過(guò)程和產(chǎn)品使用部門(mén)碳足跡、農(nóng)林和土地利用變化部門(mén)碳足跡、廢棄物部門(mén)碳足跡等。

產(chǎn)品碳足跡是指產(chǎn)品或服務(wù)從搖籃到墳?zāi)沟恼麄€(gè)生命周期中所產(chǎn)生的二氧化碳排放量(或二氧化碳當(dāng)量排放量)。企業(yè)碳足跡指在企業(yè)所界定的范圍內(nèi)產(chǎn)生的直接和間接二氧化碳排放量(或二氧化碳當(dāng)量排放量)。個(gè)人碳足跡是指每個(gè)人日常生活中的衣、食、住、行等所導(dǎo)致的二氧化碳排放量(或二氧化碳當(dāng)量排放量)。目前網(wǎng)絡(luò)上流行的碳足跡計(jì)算器多用來(lái)估算個(gè)人、家庭、企業(yè)和產(chǎn)品的碳足跡。安德魯斯(Andrews)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)76個(gè)在線碳足跡計(jì)算器中有52個(gè)是計(jì)算個(gè)人和家庭碳足跡的,12個(gè)是計(jì)算工業(yè)碳足跡的,10個(gè)是計(jì)算企業(yè)碳足跡的,只有2個(gè)是計(jì)算產(chǎn)品碳足跡的[11]。

3 碳足跡的計(jì)算方法

碳足跡的計(jì)算方法多種多樣,包括投入產(chǎn)出法(inputoutput,I-O)、生命周期評(píng)價(jià)法(life cycle assessment,LCA)、《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》計(jì)算方法(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為IPCC方法)[12]、碳足跡計(jì)算器[13]等,而尤以 I-O法、LCA法和IPCC法應(yīng)用較多。

3.1 投入產(chǎn)出法(I-O法)

投入產(chǎn)出法(I-O法)是由美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家瓦西里.列昂惕夫(Wassily Leontief)創(chuàng)立的,目前已經(jīng)作為一種成熟的工具,廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域。I-O法利用投入產(chǎn)出表進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)平衡方程反映初始投入、中間投入、總投入,中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品、總產(chǎn)出之間的關(guān)系,反映其中各個(gè)流量之間的來(lái)源與去向,也反映了各個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)主體之間的相互依存關(guān)系[14]。投入產(chǎn)出法將深刻復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵與簡(jiǎn)潔明了的數(shù)學(xué)表達(dá)形式完美結(jié)合,是經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分析不可替代的工具[15]。

目前已有不少學(xué)者應(yīng)用I-O法進(jìn)行碳足跡的計(jì)算。根據(jù)研究對(duì)象與周邊地區(qū)的貿(mào)易類(lèi)型不同,I-O法可分為單邊投入產(chǎn)出模型(single-region input-output,SRIO)、雙邊投入產(chǎn)出模型(two-region input-output,TRIO)和多邊投入產(chǎn)出模型(multi-region input-output,MRIO)[16-18]。三種模型對(duì)應(yīng)的貿(mào)易類(lèi)型如圖1所示,類(lèi)型A中各個(gè)國(guó)家或區(qū)域之間是相互獨(dú)立的,不存在貿(mào)易交換;類(lèi)型B中各區(qū)域之間存在單向貿(mào)易,但不存在反饋環(huán);類(lèi)型C中不僅考慮了區(qū)域間的相互貿(mào)易,而且考慮了相互貿(mào)易之間的反饋環(huán)。投入產(chǎn)出法是一種自下而上的計(jì)算方法,計(jì)算過(guò)程缺少詳細(xì)的細(xì)節(jié),但模型一旦建立比較省時(shí)省力,比較適合于宏觀尺度上溫室氣體排放的計(jì)算。

圖1 投入產(chǎn)出法的三種貿(mào)易模型Fig.1 Three trade types of input-output analysis

3.2 生命周期評(píng)價(jià)法(LCA法)

生命周期評(píng)價(jià)法(LCA法)是評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品、服務(wù)、過(guò)程或活動(dòng)在其整個(gè)生命周期內(nèi)所有投人及產(chǎn)出對(duì)環(huán)境造成的和潛在的影響的方法[19],是傳統(tǒng)的從“搖籃”到“墳?zāi)埂钡挠?jì)算方法。LCA法已經(jīng)納入 ISO14000環(huán)境管理體系,具體包括互相聯(lián)系、不斷重復(fù)進(jìn)行的四個(gè)步驟:目的與范圍的確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋。

LCA法是一種自上而下的方法,計(jì)算過(guò)程比較詳細(xì)和準(zhǔn)確,適合于微觀層面碳足跡的計(jì)算。目前其在碳排放評(píng)估方面的應(yīng)用主要集中于產(chǎn)品或服務(wù)的碳足跡計(jì)算,且已有成熟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)供參考,如英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)頒布的面向公眾的標(biāo)準(zhǔn)(publicly available specification)PAS 2050:2008,正在制定的碳足跡標(biāo)準(zhǔn)ISO 14067。

由于LCA法和I-O法各有優(yōu)缺點(diǎn)(見(jiàn)表1),因此有學(xué)者提出了一種將LCA和I-O結(jié)合在一起的混合LCA法[20-21],其融合二者之長(zhǎng)以補(bǔ)其短。雖然混合LCA法已有十多年的歷史,然而幾乎沒(méi)有用于碳足跡方面的研究。

表1 I-O法和LCA法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Tab.1 Comparision of I-O analysis and LCA analysis

3.3 IPCC計(jì)算方法

IPCC方法是指聯(lián)合國(guó)氣候變化委員會(huì)編寫(xiě)的國(guó)家溫室氣體清單指南,其提供了計(jì)算溫室氣體排放的詳細(xì)方法,并成為國(guó)際上公認(rèn)和通用的碳排放評(píng)估方法。在最新修訂版本IPCC 2006中,IPCC方法將研究區(qū)域分為能源部門(mén)、工業(yè)過(guò)程和產(chǎn)品使用部門(mén)、農(nóng)林和土地利用變化部門(mén)、廢棄物部門(mén)四大部門(mén),其中:

(1)能源部門(mén)是指依靠能源燃燒驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)體部門(mén)。能源部門(mén)通常是溫室氣體排放清單中最重要的部門(mén),一般占二氧化碳排放量的90%以上和溫室氣體總排放量的75%。

(2)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品使用部門(mén)是指從工業(yè)過(guò)程、產(chǎn)品中使用溫室氣體、化石燃料碳的非能源使用(即作為原料)產(chǎn)生的溫室氣體排放。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中化石燃料作為燃料使用產(chǎn)生的排放列入能源部門(mén)考核。

(3)農(nóng)林和土地利用變化部門(mén)的碳排放包括農(nóng)業(yè)活動(dòng)和林地變化等引起的溫室氣體排放。農(nóng)業(yè)通常為碳源,主要包括稻田甲烷排放、農(nóng)田氧化亞氮排放、動(dòng)物消化道甲烷排放、動(dòng)物糞便管理中產(chǎn)生的甲烷和氧化亞氮排放。

(4)廢棄物處置部門(mén)主要估算源來(lái)自固體廢棄物處置、固體廢棄物的生物處理、廢棄物的焚化和露天燃燒、廢水處理和排放等過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳、甲烷和氧化亞氮排放。

在IPCC計(jì)算方法中,針對(duì)不同的部門(mén),碳足跡的計(jì)算方法往往不完全相同,但最簡(jiǎn)單最常用的方法是:碳排放量=活動(dòng)數(shù)據(jù)×排放因子。由于生產(chǎn)工藝、地域分布和技術(shù)水平等的差異,各國(guó)的排放因子往往不同。IPCC給出了不同生產(chǎn)工藝和不同國(guó)家的各種缺省排放因子,在沒(méi)有相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下可以直接采用IPCC提供的缺省排放因子。

IPCC計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)是詳細(xì)、全面地考慮了幾乎所有的溫室氣體排放源,并提供了具體的排放原理和計(jì)算方法。然而其缺點(diǎn)是僅適用于研究封閉的孤島系統(tǒng)的碳足跡,是從生產(chǎn)角度計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)的直接碳足跡,無(wú)法從消費(fèi)角度計(jì)算隱含碳排放。

3.4 碳足跡計(jì)算器

碳足跡計(jì)算器是網(wǎng)絡(luò)上很流行的碳足跡計(jì)算軟件,通常用來(lái)計(jì)算個(gè)人和家庭每日消耗能源而產(chǎn)生的二氧化碳排放量。通常利用簡(jiǎn)單的排放因子公式將電、油、氣和煤等消耗量轉(zhuǎn)化為二氧化碳的排放量,或者根據(jù)運(yùn)輸工具的類(lèi)型和運(yùn)輸距離來(lái)計(jì)算相應(yīng)的二氧化碳排放量。例如保護(hù)國(guó)際中國(guó)項(xiàng)目組及美國(guó)大自然保護(hù)協(xié)會(huì)提供的碳足跡計(jì)算器,其基本計(jì)算公式為:

(1)家居用電的二氧化碳排放量(kg)=耗電度數(shù)(kWh)×0.785 kg/kWh;

(2)開(kāi)車(chē)的二氧化碳排放量(kg)=油耗公升數(shù)(L)×0.785(kg/L);

(3)乘坐飛機(jī)的二氧化碳排放量(kg):

200 km以內(nèi)的短途旅行=公里數(shù)(km)×0.275(kg/km);200-1 000 km的中途旅行=55+0.105(kg/km)×(公里數(shù)-200);1 000 km以上的長(zhǎng)途旅行=公里數(shù)(km)×0.139(kg/km)。

然后按照30年冷杉吸收111 kg二氧化碳計(jì)算需要植多少棵樹(shù)來(lái)補(bǔ)償,從而將“公眾日常消費(fèi)——二氧化碳排放——碳補(bǔ)償”這一鏈條直觀而簡(jiǎn)潔地呈現(xiàn)出來(lái)[22]。

碳足跡計(jì)算器多種多樣,由于不同碳足跡計(jì)算器的復(fù)雜程度和包含的計(jì)算項(xiàng)目不同,因此結(jié)果往往差別往往很大甚至相互矛盾[13]。雖然碳足跡計(jì)算器計(jì)算結(jié)果不是很精確,但由于其操作簡(jiǎn)單,易于理解,而且使公眾可以隨時(shí)上網(wǎng)計(jì)算自己每天生活中排放的二氧化碳量,幫助每個(gè)人有意識(shí)地檢查自己日常生活中的習(xí)慣性行為,繼而采取行動(dòng)減少二氧化碳排放。因此碳足跡計(jì)算器對(duì)于提高公眾碳足跡意識(shí)和低碳行為具有重要作用。

4 碳足跡研究概況

隨著碳足跡研究方法的日益流行,自2007年以來(lái),研究碳足跡的相關(guān)文章層出不窮。然而,碳足跡研究主要集中在國(guó)外,國(guó)內(nèi)的研究還比較少,仍處于起步階段。

4.1 國(guó)外研究狀況

國(guó)外對(duì)碳足跡的研究比較深入,研究角度、研究對(duì)象和研究方法也多種多樣,其中國(guó)家、區(qū)域和家庭尺度上的研究較多。在國(guó)家尺度上,荷威奇(Hertwich)等利用MRIO模型從國(guó)家尺度上分別計(jì)算了盧森堡等73個(gè)國(guó)家和13個(gè)地區(qū)的碳足跡,發(fā)現(xiàn)各國(guó)碳足跡差別明顯,其中盧森堡、香港和美國(guó)分別以33.8噸/(人·年)(t/py)、29.0 t/py和28.6 t/py的碳足跡量位居前三,馬拉維和孟加拉國(guó)等非洲國(guó)家碳足跡最低,約為1 t/py;從全球來(lái)看,72%的碳足跡是由于家庭消費(fèi)引起的,而投資和政府消費(fèi)分別為18%和10%;發(fā)達(dá)國(guó)家碳足跡更側(cè)重于運(yùn)輸和產(chǎn)品生產(chǎn)方面,而發(fā)展中國(guó)家則更傾向于食品和服務(wù)方面[8]。

在城市尺度上,Browne等運(yùn)用碳足跡方法計(jì)算了愛(ài)爾蘭利默里克市固體廢棄物的產(chǎn)量、處置率和回收率等對(duì)環(huán)境的影響,并通過(guò)降低廢物產(chǎn)量、增加回收率以及進(jìn)行填埋處理等因素的調(diào)整進(jìn)行預(yù)案分析,其中將填埋率降至14%的方案最優(yōu)[23]。Shimada開(kāi)發(fā)了一種基于宏觀經(jīng)濟(jì)工具的區(qū)域碳足跡計(jì)算模型,并分別以滋賀縣和京都市為案例計(jì)算了區(qū)域二氧化碳排放,該方法把區(qū)域分為工業(yè)部門(mén)、商業(yè)部門(mén)、居住部門(mén)、客運(yùn)部門(mén)和貨運(yùn)部門(mén)五個(gè)部門(mén)進(jìn)行計(jì)算,為實(shí)現(xiàn)政府制定的2030年低碳目標(biāo)進(jìn)行了預(yù)案分析。

其研究結(jié)果表明:可以在實(shí)現(xiàn)2030年低碳目標(biāo)的同時(shí)保持G DP 1.6%的年增長(zhǎng)率,其中社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化和技術(shù)措施是重要影響因素,而土地規(guī)劃、可再生資源和生活方式等相關(guān)措施的作用日益明顯。Sovacool等從交通工具、建筑和工業(yè)能源使用、農(nóng)業(yè)、廢棄物四個(gè)來(lái)源計(jì)算了北京、倫敦、紐約、墨西哥等12個(gè)城市的碳足跡,并分析了人均收入、人口密度、運(yùn)輸方式以及電力供應(yīng)四個(gè)主要因素對(duì)不同國(guó)家碳足跡的影響。

在家庭尺度上,Druckman等則利用類(lèi)多邊投入產(chǎn)出(quasi-multi-regional input-output,QMRIO)模型計(jì)算了英國(guó)1990-2004年的家庭碳足跡,并從產(chǎn)品和服務(wù)中的隱含碳、家庭直接能源使用、私家車(chē)和航空四個(gè)方面探討了碳足跡情況。他們研究發(fā)現(xiàn)隱含碳所占的比例最大,能源使用次之,最后是私家車(chē)和航空,而生活需求的增多是碳排放增加的主要原因之一,不過(guò)滿足人們基本需求的基礎(chǔ)設(shè)施造成的碳排放也不可忽略[17]。Weber等利用MEIO模型研究了美國(guó)家庭的碳足跡,考慮了家庭規(guī)模、收入和支出等因素對(duì)碳足跡的影響,對(duì)教育、健康、交通、能耗、休閑娛樂(lè)、服裝、飲食等13個(gè)消費(fèi)種類(lèi)進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)能耗和交通的碳排放強(qiáng)度較高,且低收入和支出家庭的碳排放主要是集中在基本需求消費(fèi)種類(lèi),且隨收支水平增加,娛樂(lè)等高級(jí)消費(fèi)種類(lèi)的碳排放比重上升。

從其它角度研究碳足跡的學(xué)者也不少。Larsen等用法從消費(fèi)觀角度研究了特隆赫姆(Trondheim)市服務(wù)部門(mén)的直接碳足跡和間接碳足跡,發(fā)現(xiàn)間接碳足跡約占整個(gè)城市服務(wù)部門(mén)碳排放的93%,其中19%來(lái)自特隆赫姆市,50%來(lái)自特隆赫姆市以外的挪威其他地方,22%來(lái)自挪威以外的其他國(guó)家。Rule用法計(jì)算了地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、水力發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電四種可再生發(fā)電技術(shù)的碳足跡,對(duì)比發(fā)現(xiàn)潮汐發(fā)電碳足跡最低,為1.8 g CO2/kWh,其次為風(fēng)能3.0 g CO2/kWh,水力發(fā)電4.6 g CO2/kWh,而地?zé)岚l(fā)電碳足跡最大,為5.6 g CO2/kWh。Eva等研究了希臘賓館的碳足跡,探索通過(guò)采取節(jié)約能源的措施來(lái)適應(yīng)政府出臺(tái)的能源政策。

4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)碳足跡的研究還比較少,且研究比較淺顯,多集中于政策性和倡導(dǎo)性的范疇,鮮有深入的研究。樊瑛等提出了設(shè)定暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的基準(zhǔn)碳排量的思想,并介紹了HVAC系統(tǒng)碳足跡的分析方法,提出了評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境影響程度的兩個(gè)指標(biāo):碳排量和單位輸出能量的碳排量。郭運(yùn)功等計(jì)算了1995-2006年上海市能源利用的總碳足跡、各能源類(lèi)型和產(chǎn)業(yè)類(lèi)型的碳足跡、碳足跡的產(chǎn)值和生態(tài)壓力值,并以此為基礎(chǔ),利用嶺回歸函數(shù)進(jìn)行STIRPAT模型擬合,進(jìn)一步研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放足跡之間的關(guān)系,最后提出適應(yīng)性的管理策略。陳紅敏對(duì)利用投入產(chǎn)出法計(jì)算隱含碳排放的框架進(jìn)行了擴(kuò)展,并利用該框架計(jì)算分析了2002年中國(guó)各部門(mén)最終消費(fèi)和使用中的隱含碳排放情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn),建筑業(yè)是隱含碳排放最高的部門(mén),部門(mén)分類(lèi)水平的粗細(xì)對(duì)于各部門(mén)生產(chǎn)過(guò)程隱含碳排放的核算結(jié)果具有較大的影響。

綜合國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn),國(guó)外碳足跡的研究比較成熟,研究角度多種多樣,既有國(guó)家和區(qū)域尺度的研究,也有家庭和特定部門(mén)的研究;既有直接碳足跡和間接碳足跡的對(duì)比研究,也有生產(chǎn)性碳足跡和消費(fèi)性碳足跡的研究。碳足跡的評(píng)估方法也多種多樣,以各種I-O法的應(yīng)用較多。然而,國(guó)內(nèi)對(duì)碳足跡的實(shí)質(zhì)性研究還較少,且研究方法和視角均比較單一,有待于進(jìn)一步的完善,從而更好地推動(dòng)我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

5 碳足跡的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

碳足跡作為一個(gè)新概念,其評(píng)估方法和邊界界定還比較模糊,迫切需要統(tǒng)一、規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)約束。目前關(guān)于碳足跡的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不斷推出,主要包括歐盟的溫室氣體盤(pán)查議定書(shū)、英國(guó)的PAS 2050:2008、日本的TS Q 0010和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在制定的ISO 14067等。

5.1 英國(guó)的(Publicly Available Specification)PAS 2050:2008標(biāo)準(zhǔn)

PAS 2050由英國(guó)的碳基金(Carbon Trust)公司①碳基金(Carbon Trust)是一個(gè)由政府投資、以企業(yè)模式運(yùn)作的獨(dú)立公司,成立于2001年。目標(biāo)是通過(guò)幫助商業(yè)和公共部門(mén)減少二氧化碳的排放,捕獲低碳技術(shù)的商業(yè)機(jī)會(huì),從而幫助英國(guó)走向低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)。以及環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部(Department for Environment,Food and Rural Affairs,Defra)共同發(fā)起,由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(British Standard Institute,BSI)制定,于2008年10月底正式發(fā)布。PAS 2050是產(chǎn)品和服務(wù)生命周期溫室氣體排放評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),是全球第一部產(chǎn)品碳足跡標(biāo)準(zhǔn),為產(chǎn)品和服務(wù)碳足跡的評(píng)估和比較提供了一種可參考的標(biāo)準(zhǔn)化方法。PAS的宗旨是幫助企業(yè)真正了解他們的產(chǎn)品對(duì)氣候變化的影響,尋找在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和供應(yīng)等過(guò)程中降低溫室氣體排放的機(jī)會(huì),最終開(kāi)發(fā)出碳足跡較小的新產(chǎn)品,能在應(yīng)對(duì)氣候變化方面發(fā)揮更大的作用[38]。

5.2 溫室氣體議定書(shū)(The Greenhouse Gas Protocol)標(biāo)準(zhǔn)

溫室氣體議定書(shū)(下文簡(jiǎn)稱(chēng)為GHG議定書(shū))由世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)協(xié)會(huì)(World Business Council for Sustainable Development,WBCSD)和世界資源研究院(World Resource Institute,WRI)于1998年共同發(fā)起,目的是想透過(guò)一個(gè)開(kāi)放的、透明的多方利害相關(guān)者參與機(jī)制,為企業(yè)開(kāi)發(fā)一套溫室氣體的國(guó)際性評(píng)估和報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)。GHG議定書(shū)于2001年10月發(fā)布第一版,經(jīng)修正后于2004年發(fā)布第二版。此標(biāo)準(zhǔn)不僅提供了企業(yè)碳足跡評(píng)估和報(bào)告標(biāo)準(zhǔn),而且提供了使用指南協(xié)助企業(yè)進(jìn)行溫室氣體管理。WBCSD和WRI還將于2010年發(fā)布產(chǎn)品生命周期標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)仕樣書(shū)(TS)TS Q 0010標(biāo)準(zhǔn)

TS Q 0010標(biāo)準(zhǔn)由制定,于2009年4月正式發(fā)布,是關(guān)于產(chǎn)品碳足跡評(píng)估和標(biāo)識(shí)的一般性原則規(guī)范。此規(guī)范詳細(xì)介紹了適用范圍、引用標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品碳足跡的量化方法等。目前,此規(guī)范尚未成為正式的日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5.4 ISO 14067標(biāo)準(zhǔn)

ISO 14067標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在制定的產(chǎn)品碳足跡標(biāo)準(zhǔn),預(yù)計(jì)將于2011年3月制定完成。此標(biāo)準(zhǔn)由兩部分組成:第一部分為量化/計(jì)算(Quantification),第二部分為溝通/標(biāo)示(Communication)。標(biāo)示部分參考ISO 14020環(huán)境標(biāo)示系列,溫室氣體盤(pán)查部分將參考ISO 14064溫室氣體系列,生命周期評(píng)估部分將參考ISO 14040生命周期評(píng)價(jià)系列。ISO 14067標(biāo)準(zhǔn)頒布后,其它碳足跡相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將終止或根據(jù)此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正。

6 碳足跡的邊界界定

碳足跡評(píng)估邊界的界定隨研究對(duì)象和研究視角不同存在很大差異,對(duì)計(jì)算結(jié)果起著決定性作用,是計(jì)算碳足跡的前提和關(guān)鍵。GHG議定書(shū)和PAS 2050這兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)均將碳足跡的邊界問(wèn)題作為重要一部分進(jìn)行了詳細(xì)界定。本文分別以兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為例,詳細(xì)說(shuō)明碳足跡的邊界問(wèn)題。

6.1 GHG議定書(shū)標(biāo)準(zhǔn)的邊界界定

GHG議定書(shū)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)的是如何計(jì)算企業(yè)的碳足跡,其將碳足跡的邊界劃分為組織邊界和操作邊界。組織邊界可以通過(guò)權(quán)益股份額或管轄控制范圍兩種方式來(lái)確定,組織邊界確定后就可以進(jìn)行碳足跡的計(jì)算。計(jì)算時(shí)根據(jù)操作邊界的不同可以細(xì)分為三個(gè)層次(見(jiàn)圖2):層次1為直接溫室氣體排放,指由公司所屬的排放源直接產(chǎn)生的溫室氣體排放量,例如公司內(nèi)鍋爐、加熱爐和汽車(chē)等的燃燒排放,生產(chǎn)過(guò)程排放等;層次2為公司所購(gòu)買(mǎi)的電力和熱力產(chǎn)生的溫室氣體的排放;層次3:其它處理過(guò)程產(chǎn)生的直接排放,如原材料的提取和生產(chǎn)、購(gòu)買(mǎi)燃料的運(yùn)輸過(guò)程、購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品和服務(wù)的使用過(guò)程等所產(chǎn)生的排放。其中層次1為直接排放,層次2和層次3為間接排放。

圖2 GHG議定書(shū)邊界示意圖Fig.2 Diagram of GHG Protocal boundary

6.2 PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)的邊界界定

PAS2050標(biāo)準(zhǔn)是計(jì)算產(chǎn)品/服務(wù)碳足跡的參考指南,其以LCA法為基礎(chǔ),根據(jù)產(chǎn)品種類(lèi)規(guī)則(Product Category Rules,PCR)確定整個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)的生命周期階段,分別界定了原材料、能源、生產(chǎn)資料、生產(chǎn)和服務(wù)提供、經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用和最終處置等九個(gè)方面的邊界。PAS2050考慮了兩種類(lèi)型的邊界:企業(yè)——企業(yè)(Business-to-Business,BTB)和企業(yè)——消費(fèi)者(Business-to-Consumer,BTC)。BTC型邊界包括原材料、生產(chǎn)、分配和零售、消費(fèi)者使用、最終處置或回收五個(gè)階段,是從搖籃到墳?zāi)沟娜芷谶^(guò)程。而B(niǎo)TB型則僅包括原材料、生產(chǎn)、分配至另一生產(chǎn)商三個(gè)階段,不包括最終產(chǎn)品的分配和零售、消費(fèi)者使用和最終處置階段。兩種類(lèi)型邊界區(qū)別見(jiàn)圖3。

圖3 PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)中兩種產(chǎn)品碳足跡邊界對(duì)比Fig.3 Comparision of two types product carbon footprint boundaries in PAS 2050

6.3 GHG議定書(shū)標(biāo)準(zhǔn)和PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)邊界對(duì)比

GHG議定書(shū)標(biāo)準(zhǔn)和PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)分別從企業(yè)角度和產(chǎn)品角度進(jìn)行碳足跡的評(píng)估,邊界界定的區(qū)別在于前者是從縱向考慮,而后者從橫向進(jìn)行界定,但二者有一定的交叉,其區(qū)別見(jiàn)圖4。由于兩者界定的角度不同,因此計(jì)算結(jié)果沒(méi)有可比性,甚至相差很大。例如:安德魯斯分別用GHG議定書(shū)標(biāo)準(zhǔn)和PAS 2050標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算了當(dāng)?shù)匾粋€(gè)面包生產(chǎn)公司和其產(chǎn)品的碳足跡,分別為5.56 t CO2e和1.01 t CO2e,相差 5 倍[11]。

圖4 產(chǎn)品碳足跡和公司碳足跡的邊界對(duì)比Fig.4 Comparision of the boundaries of product and corporate carbon footprint

7 研究展望

隨著氣候變暖問(wèn)題日益嚴(yán)峻,碳足跡已不僅僅是一個(gè)流行于社會(huì)各界的新詞匯,而更將成為研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。與其它概念和方法相比,碳足跡更容易吸引公眾的注意力,其可能會(huì)成為樹(shù)立消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)和增強(qiáng)產(chǎn)品環(huán)境效應(yīng)關(guān)注度的切入點(diǎn)[2]。綜上所述,我們認(rèn)為碳足跡有待于在以下幾方面進(jìn)一步研究:

(1)新方法和新模型的涌現(xiàn)。碳足跡的計(jì)算方法多種多樣,包括I-O法、LCA法、IPCC法和碳足跡計(jì)算器等。然而每種方法都有其優(yōu)勢(shì)和不足,因此新的計(jì)算方法和模型的開(kāi)發(fā)對(duì)于碳足跡的進(jìn)一步完善具有重要作用?；旌螸CA法既具有LCA法的詳細(xì)性、準(zhǔn)確性,又不失I-O法的完整性,是一種高級(jí)的方法。應(yīng)用混合LCA法進(jìn)行碳足跡研究無(wú)疑將是一種挑戰(zhàn)。

(2)排放因子的區(qū)域化。IPCC法作為國(guó)際上比較通用的方法之一,得到了廣泛的認(rèn)同。然而由于其排放因子多是全球和國(guó)家尺度上的缺省值,不能準(zhǔn)確地代表某一地區(qū)的真實(shí)情況,因此進(jìn)一步完善和修正溫室氣體的排放因子,實(shí)現(xiàn)排放因子區(qū)域化是十分必要的。

(3)邊界的科學(xué)劃分。研究目的和數(shù)據(jù)的獲取狀況決定了碳足跡的計(jì)算方法和研究邊界。合理的邊界確定可以有效避免重復(fù)計(jì)算,從而更有針對(duì)性地提出減排措施和建議。這里,購(gòu)買(mǎi)的區(qū)域外生產(chǎn)的產(chǎn)品或服務(wù)而引起的碳足跡是否應(yīng)該列入考慮范圍,間接碳排放生命周期階段如何進(jìn)行合理的劃分和碳儲(chǔ)存等問(wèn)題都是急需學(xué)界予以解決的工作。

(4)碳足跡的科學(xué)利用。目前碳足跡的應(yīng)用還存在一些爭(zhēng)議,例如:碳足跡會(huì)不會(huì)也像“千年蟲(chóng)、“薩斯”等新詞匯一樣隨著媒體報(bào)道的逐漸減少以及公眾對(duì)其逐漸熟悉,頭上的光環(huán)也慢慢黯淡和消失。還有就是僅僅強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的碳足跡是否會(huì)誤導(dǎo)人們過(guò)分關(guān)注碳排放,而忽視產(chǎn)品可能造成的酸雨、光化學(xué)煙霧等其它環(huán)境效應(yīng)[4,7]。因此,如何正確把握碳足跡的概念并有效運(yùn)用碳足跡方法來(lái)提出科學(xué)的減排對(duì)策、實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)、應(yīng)對(duì)氣候變暖問(wèn)題,也將是碳足跡研究的重要領(lǐng)域。

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A Review of the Research on Carbon Footprint Responding to Climate Change

GENG Yong1DONG Hui-juan1,2XI Feng-ming1LIU Zhu1,2
(1.Institute of Applied Ecology,Chinese Academy of Sciences,Shenyang Liaoning,110016,China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)

The problem of global warming,caused by greenhouse gases,has aroused increasing attention from the international community.With the increasing concerns on global warming,carbon footprint analysis has become a new method for assessing regional greenhouse gas emissions and has been widely applied by academia.This paper first presents the origin and the different definitionson carbonfootprint,clearly clarifies the concept of carbon footprint and then explores different categorization approaches on carbon footprint.The main focus of this paper isto introduce different calculation methods on carbon footprint analysis,including life cycle assessment,input-output analysis,the IPCC method and carbon footprint calculator.Advantages and disadvantages of the four calculation methods are also summarized and compared.On the basis of this,we review the current research progress at home and abroad and identify the key issues.We also introduce four main evaluation standards on carbon footprint:the British Standard PAS 2050:2008,the Greenhouse Gas Protocol made by World Business Council for Sustainable Development and World Resource Institute,the Japanes standard TS Q 0010,and ISO 14067.Besides,the important premise of how to solve the boundary problem on carbon footprint evaluation is recognized based upon both GHG Protocal standard and PAS 2050 standard.We finally present the future research perspectives on carbon footprint analysis.

carbon footprint;life cycle assessment;input-output analysis;boundary;standard

F205;X24

A

1002-2104(2010)10-0006-07

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.002

2010-04-25

耿涌,博士,研究員,博導(dǎo),主要研究方向?yàn)檠h(huán)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)和環(huán)境管理等。

＊本文受到中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃項(xiàng)目(No.2008-318),遼寧省自然科學(xué)基金(No.20092078),沈陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目 (No.1091147-9-00),中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所博士啟動(dòng)基金(No.Y0SBS161S3)的資助。

(編輯:于 杰)