楊傳明

(蘇州科技大學(xué) 商學(xué)院，江蘇 蘇州 215009)

一、引言與文獻(xiàn)綜述

中國自2007年起已成為世界第一碳排放大國，并直接導(dǎo)致了煙霧圍城、霧霾鎖國等環(huán)境問題。為了破解新常態(tài)下經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)共進(jìn)的難題，黨的十九大報(bào)告明確提出要建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系。在2018年5月召開的全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上，習(xí)近平總書記更是明確提出要加快形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在此背景下，分析現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)二氧化碳測算模型的優(yōu)缺點(diǎn)，構(gòu)建更為科學(xué)有效的模型測算產(chǎn)業(yè)全碳足跡，對界定減排責(zé)任、執(zhí)行減排計(jì)劃、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，均具有十分重要的意義。

對于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)二氧化碳測算模型，可依照碳排放量測算方法與碳排放量測算視角兩種方式進(jìn)行劃分。碳排放量測算方法主要包括能源消耗、生命周期、投入產(chǎn)出三大類；碳排放量測算視角則可劃分為生產(chǎn)碳排放視角、消費(fèi)碳排放視角、綜合碳排放視角。

(一)基于碳排放量測算方法的劃分

1.能源消耗測算模型。該模型是以統(tǒng)計(jì)資料為依托，根據(jù)產(chǎn)業(yè)能源消耗量以及碳排放系數(shù)估算二氧化碳排放量。測算過程對數(shù)據(jù)源要求相對較低，可有效防止由于統(tǒng)計(jì)口徑不同而產(chǎn)生數(shù)據(jù)遺漏情況。Gabaldón、邵帥等根據(jù)能源及電力折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)計(jì)算了陶瓷業(yè)、制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)的二氧化碳排放量[1-2]；Holmberg、張納軍等通過構(gòu)建能源消耗測算模型，估算了丹麥、中國所有產(chǎn)業(yè)的二氧化碳排放峰值[3-4]，雖然當(dāng)前能源消耗測算模型已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，但由于存在能源消耗量統(tǒng)計(jì)方法和測算尺度不同、排放系數(shù)未能及時(shí)調(diào)整等問題，可能導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量測算結(jié)果出現(xiàn)偏差或產(chǎn)生重復(fù)計(jì)算。

2.生命周期測算模型。該模型通過構(gòu)建生命周期清單分析測度對象的活動(dòng)環(huán)節(jié)，而后依據(jù)各環(huán)節(jié)的能源需求、原料使用、廢物排放等物質(zhì)流數(shù)據(jù)，測算各物質(zhì)流中產(chǎn)生的二氧化碳排放量。Verge、王兆君等利用該模型分析了農(nóng)業(yè)、輪胎等產(chǎn)業(yè)全生命周期碳排放量[5-6]，該模型的優(yōu)點(diǎn)在于可以量化到每一個(gè)活動(dòng)細(xì)節(jié)，充分考慮了二氧化碳排放量測算過程的全局性、整體性和綜合性；缺點(diǎn)是當(dāng)測度對象活動(dòng)環(huán)節(jié)非常復(fù)雜時(shí)，容易產(chǎn)生活動(dòng)環(huán)節(jié)劃分不清、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以獲得、計(jì)算工作量過大等問題。

3.投入產(chǎn)出測算模型。該模型基于投入產(chǎn)出法，依照投入產(chǎn)出表中的直接消耗系數(shù)與完全消耗系數(shù)，估算產(chǎn)業(yè)的直接和間接二氧化碳排放量。投入產(chǎn)出測算模型較其他兩種碳排放量測算模型有兩個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)：一是可以測算產(chǎn)業(yè)隱性間接二氧化碳排放量；二是當(dāng)測算對象為多個(gè)產(chǎn)業(yè)時(shí)，可以通過構(gòu)建直接消耗系數(shù)矩陣及完全消耗系數(shù)矩陣完成一次性測算，大大減輕了由于產(chǎn)業(yè)分類而衍生的工作量。徐沛豪等采用世界投入產(chǎn)出表測算了國際貿(mào)易中的隱性能源和碳排放[7]；Egilmez等利用投入產(chǎn)出法，計(jì)算了建筑業(yè)等產(chǎn)業(yè)的二氧化碳排放系數(shù)及最終產(chǎn)品的直接和間接二氧化碳排放量[8]。

(二)基于碳排放量測算視角的劃分

1.生產(chǎn)碳排放視角。該視角模型主要基于聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)公布的測算體系，從碳生產(chǎn)視角關(guān)注各產(chǎn)業(yè)內(nèi)部產(chǎn)生的顯性直接二氧化碳排放量。鄭蕾、Pauli等從該視角出發(fā)，依據(jù)統(tǒng)計(jì)資料中的產(chǎn)業(yè)能源消耗量，測算了服務(wù)業(yè)、畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)的直接碳排放[9-10]。該視角模型計(jì)算相對直接且原理簡單，但未考慮產(chǎn)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程中因使用中間投入而引致的隱性間接碳排放，忽略了區(qū)域及產(chǎn)業(yè)部門間復(fù)雜交錯(cuò)的碳轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，無法有效解決碳泄露及排放轉(zhuǎn)移問題，極易導(dǎo)致碳排放責(zé)任分配的不公平。

2.消費(fèi)碳排放視角。消費(fèi)碳排放視角是基于產(chǎn)業(yè)消費(fèi)需求，主要利用生命周期和投入產(chǎn)出測算模型，從碳消費(fèi)視角分析目標(biāo)的隱性間接二氧化碳排放量。張明志等學(xué)者利用生命周期測算模型，測算了制造業(yè)、供水業(yè)的隱性碳排放量[11]；Mozner通過構(gòu)建單區(qū)域或多區(qū)域投入產(chǎn)出測算模型，分析了產(chǎn)業(yè)出口貿(mào)易及生產(chǎn)過程中的能源消費(fèi)隱含碳[12]，基于消費(fèi)碳排放視角可以較好解決碳泄露及排放轉(zhuǎn)移問題，但無法詳細(xì)描述產(chǎn)業(yè)各部門二氧化碳的具體分布情況。

3.綜合碳排放視角。該視角模型基于生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放綜合視角，聯(lián)合使用投入產(chǎn)出測算模型與生命周期測算模型，從中微觀角度將產(chǎn)業(yè)碳排放依照生產(chǎn)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分解，系統(tǒng)追蹤相關(guān)產(chǎn)業(yè)的二氧化碳排放量，并逐步成為研究區(qū)域產(chǎn)業(yè)全過程碳排放及合理調(diào)整的有效手段。Egilmez等基于能源消費(fèi)及生產(chǎn)鏈綜合視角，設(shè)計(jì)了綜合模型分析投入產(chǎn)出表，并測算了細(xì)分產(chǎn)業(yè)的直接和間接碳排放變化情況[13]。

綜上分析可見，現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放測算模型種類繁多、各有利弊?？傮w而言，相關(guān)研究仍然存在以下三個(gè)方面的問題：

其一，絕大多數(shù)已有研究僅選擇了單一模型進(jìn)行估算，且多是僅關(guān)注產(chǎn)業(yè)二氧化碳直接排放量，忽視了產(chǎn)業(yè)間存在的隱性間接碳流；部分學(xué)者雖關(guān)注了間接二氧化碳排放，但主要從能源消費(fèi)視角進(jìn)行核算，忽略了能源轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)服務(wù)等其他活動(dòng)環(huán)節(jié)的隱性碳排放。綜合碳排放視角雖能在一定程度上從生產(chǎn)與消費(fèi)碳排放方面完成產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放測算工作，但當(dāng)前研究多以單一產(chǎn)業(yè)為分析對象，在針對多產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)碳排放量測算層面的研究仍亟待加強(qiáng)。

其二，利用投入產(chǎn)出模型可以較好分析產(chǎn)業(yè)直接與間接二氧化碳排放，但現(xiàn)有相關(guān)研究仍存在兩個(gè)問題：一是計(jì)算過程對于二氧化碳排放系數(shù)對角矩陣的設(shè)置過于簡單，無法全面計(jì)算多個(gè)產(chǎn)業(yè)所有活動(dòng)環(huán)節(jié)的碳排放，造成了一定的測算誤差；二是多只采用編寫成型的靜態(tài)投入產(chǎn)出表，未充分考慮產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)關(guān)系間的動(dòng)態(tài)隨機(jī)擾動(dòng)影響因素，缺乏對產(chǎn)業(yè)碳關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)特征與影響因素內(nèi)在關(guān)系的綜合分析。

其三，現(xiàn)有測算模型主要從排放機(jī)理、與經(jīng)濟(jì)或能源關(guān)系等方面直接切入計(jì)算二氧化碳排放量，覆蓋范圍仍不夠全面。碳足跡源自于生態(tài)足跡，ISO14067(2013)將其定義為衡量研究目標(biāo)在全生命周期中所排放的二氧化碳以及其他溫室氣體的二氧化碳轉(zhuǎn)化量，該方法從碳排放過程另辟蹊徑，顯示出更好的有效性和通用性。在當(dāng)前相關(guān)成果中，使用全碳足跡方法(綜合考慮產(chǎn)業(yè)間直接及間接碳足跡)針對產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放的動(dòng)態(tài)有效研究尚不成熟，對碳排放系數(shù)拓展明顯不足，缺乏結(jié)合影響因素的測算偏差研究。

二、構(gòu)建BEL-TCP模型

基于上節(jié)論述，本文借鑒IPCC研究體系，以劃分的產(chǎn)業(yè)部門為研究對象，追蹤其全碳足跡，并將全碳足跡劃分為直接和間接兩個(gè)部分：其中直接碳足跡定義為在本產(chǎn)業(yè)邊界內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)或服務(wù)活動(dòng)中直接產(chǎn)生的碳足跡；間接碳足跡定義為由于本產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)服務(wù)活動(dòng)中使用的中間產(chǎn)品或服務(wù)，而導(dǎo)致其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的碳足跡。在此基礎(chǔ)上，組合利用能源消耗、生命周期及投入產(chǎn)出測算模型，從綜合碳排放視角出發(fā)考慮各產(chǎn)業(yè)活動(dòng)環(huán)節(jié)，按照能源消耗、工業(yè)生產(chǎn)兩個(gè)過程修正直接消耗系數(shù)，并深入考慮特殊產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建平衡性投入產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)全碳足跡生命周期測算模型BEL-TCP(Balanced Economic Input Output Life Cycle Assessment of Industrial Total Carbon Footprint)。

在當(dāng)前綜合碳排放視角的研究模型中，公認(rèn)最為有效的為投入產(chǎn)出生命周期評價(jià)模型EIO-LCA，基本公式為：

X=R(I-A)-1y

(1)

其中X為各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品碳排放量，I為單位矩陣，A為直接消耗系數(shù)矩陣，y為產(chǎn)品最終需求；R為二氧化碳排放系數(shù)對角矩陣，矩陣中元素為各產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值的直接二氧化碳排放量。雖然EIO-LCA模型能較好分析產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量，但仍未擺脫現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)二氧化碳測算模型存在的三方面問題。為此，在原有EIO-LCA模型的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)BEL-TCP模型如下：

C=M(I-A)-1Y+Cs

(2)

其中C為涉及n個(gè)產(chǎn)業(yè)的全碳足跡矩陣，矩陣中元素為cij，i、j分別代表提供及使用產(chǎn)品或服務(wù)的產(chǎn)業(yè)部門序號；A為直接消耗系數(shù)矩陣，I為單位矩陣，(I-A)-1為里昂惕夫逆矩陣，Y改進(jìn)為投入產(chǎn)出表最終需求對角矩陣，Cs為特殊產(chǎn)業(yè)全碳足跡補(bǔ)充矩陣；M為碳足跡排放系數(shù)對角矩陣，mi為其中元素，代表第i個(gè)產(chǎn)業(yè)碳足跡排放系數(shù)。為了更好反映產(chǎn)業(yè)的全碳足跡，將mi拓展為能源消耗mi1及工業(yè)生產(chǎn)mi2兩個(gè)過程：

mi=mi1+mi2

(3)

進(jìn)一步而言，借助C中各行行元素之和cd便可以從生產(chǎn)視角挖掘產(chǎn)業(yè)碳足跡分布情況，C矩陣的第i行向量ci則描述了第i產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的碳足跡與其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)消費(fèi)需求的關(guān)系；cij反映了i產(chǎn)業(yè)在為j產(chǎn)業(yè)提供生產(chǎn)服務(wù)過程中產(chǎn)生的直接碳足跡，cij之和為i產(chǎn)業(yè)的直接碳足跡對應(yīng)cd的第i行元素；借助各列列元素之和ca可以從消費(fèi)視角解析產(chǎn)業(yè)碳足跡分布情況，第j列向量cj描述了第j產(chǎn)業(yè)消費(fèi)需求與其他產(chǎn)業(yè)直接碳足跡的關(guān)系，當(dāng)i不等于j時(shí)，cij代表了j產(chǎn)業(yè)的間接碳足跡，此時(shí)cj中各元素之和ca描述了其他產(chǎn)業(yè)為了滿足j產(chǎn)業(yè)消費(fèi)需求而產(chǎn)生的間接碳足跡。

三、中國產(chǎn)業(yè)全碳足跡測算

本節(jié)依據(jù)構(gòu)建的BEL-TCP模型進(jìn)行實(shí)例測算，由于最新的投入產(chǎn)出表為2015年延長表，因此選取2015年中國產(chǎn)業(yè)全碳足跡作為測算對象，并重點(diǎn)針對能源消耗過程、工業(yè)生產(chǎn)過程及特殊產(chǎn)業(yè)三個(gè)方面展開論述。

(一)能源消耗過程分析

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署2017年度報(bào)告指出，2000年至2016年全球主要經(jīng)濟(jì)體92.1%的二氧化碳排放量來自于能源消耗過程，是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)碳排放的核心產(chǎn)生源。在能源核算方式中，由于不同品種的能源碳含量迥異，且不同技術(shù)產(chǎn)生了各自的碳排放系數(shù)，使得能源碳足跡主要取決于能源消耗量及碳排放系數(shù)，因此設(shè)計(jì)式(4)：

(4)

1.能源二氧化碳排放系數(shù)計(jì)算。參考IPCC提供的方法，設(shè)計(jì)式(5)計(jì)算能源二氧化碳排放系數(shù)rje：

rje=NCVje×CEFje×COFje×(44/12)

(5)

其中NCVje為單位質(zhì)量的能源在燃燒過程中所產(chǎn)生的平均低位發(fā)熱量，數(shù)值綜合來源于《IPCC國家溫室氣體清單指南》及《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》；CEFje主要采用IPCC提供的碳排放系數(shù)，由于IPCC未提供直接性的原煤排放系數(shù)，所以本文對原煤排放系數(shù)進(jìn)行了估算。具體而言，基于中國2015年原煤不同煤類產(chǎn)量綜合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，求出煙煤及無煙煤產(chǎn)量占比分別為80.1%和19.9%，而后依照IPCC提供的煙煤及無煙煤碳排放系數(shù)，按產(chǎn)量占比取加權(quán)平均作為原煤的碳排放系數(shù)；COFje為碳氧化率因子，IPCC建議取值100%，但由于能源消耗及技術(shù)水平等限制，客觀要求在實(shí)際計(jì)算中需要進(jìn)行區(qū)分測算，鑒于油氣燃料設(shè)備碳氧化率差異不大，因此本文依照各能源所需生產(chǎn)設(shè)備的不同，對固體能源、油品及氣體燃料的COFje進(jìn)行三檔區(qū)分取值；44和12分別為二氧化碳和碳的分子量。

依據(jù)式(5)，整理一次能源(原煤、原油、天然氣)及含碳類能源(焦炭、洗精煤、其他洗煤、型煤、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、煉廠干氣、焦?fàn)t煤氣、其他煤氣、其他石油制品、其他焦化產(chǎn)品)的二氧化碳排放系數(shù)，見表1。

在能源二氧化碳排放系數(shù)計(jì)算過程中，由于電力能源來自于火力、水力、核能、風(fēng)能等多種發(fā)電方式，且每年發(fā)電方式占比以及火力發(fā)電消耗的能源種類和數(shù)量均不同，使得電力二氧化碳排放系數(shù)不斷浮動(dòng)。為此，單獨(dú)設(shè)計(jì)式(6)計(jì)算電力的二氧化碳排放系數(shù)ret：

(6)

其中ejet為第t年發(fā)電過程中第je種能源的消耗量，Eiet為第t年發(fā)電過程中第ie種發(fā)電方式向電網(wǎng)提供的電量，式中多數(shù)數(shù)據(jù)可結(jié)合《中國電力年鑒》、《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》中電力部門的投入產(chǎn)出狀況獲得，但現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)沒有包含火力發(fā)電中燃煤、燃油和燃?xì)獾募夹g(shù)容量。為此，本文首先利用2015年能源平衡表數(shù)據(jù)，計(jì)算出發(fā)電用固體、液體和氣體燃料對應(yīng)的二氧化碳排放量在總排放量中的比重，再將此比重轉(zhuǎn)變?yōu)闄?quán)重，以商業(yè)化最優(yōu)效率技術(shù)水平對應(yīng)的排放因子為基礎(chǔ)，利用式(6)計(jì)算出中國2015年電力ret為6.925tCO2/104kwh。

表1 一次及含碳類能源二氧化碳排放系數(shù)表

2.提供能源產(chǎn)業(yè)的二氧化碳修正系數(shù)計(jì)算。綜合IPCC及《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》解釋，能源消耗量主要包括國內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)能耗、能源轉(zhuǎn)換加工損失量(如原油加工成汽油、原煤加工為焦炭等過程)、能源出口及存貨三個(gè)部分。對于能源消耗量統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)行國內(nèi)外體系主要包括能源平衡表、能源消費(fèi)總量、終端能源消費(fèi)量三種核算方式。能源平衡表通過計(jì)算能源消耗及轉(zhuǎn)換加工過程的碳排放量，較好考慮了能源加工轉(zhuǎn)換效率及相關(guān)損失；能源消費(fèi)總量則不考慮能源轉(zhuǎn)換加工的消費(fèi)量，僅從能源生產(chǎn)角度核算一次能源的消耗量；終端能源消費(fèi)量基于能源終端消費(fèi)角度，計(jì)算一次和二次能源加工轉(zhuǎn)換后的消費(fèi)量。由于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》一次及含碳類能源終端能源消費(fèi)量不全，且未包含電力生產(chǎn)過程的能源損失。為此，部分學(xué)者利用能源平衡表中提供的終端消費(fèi)能源占能源消耗量比例進(jìn)行估算，或者將二氧化碳排放系數(shù)取置信區(qū)間下限直接進(jìn)行計(jì)算[14]，但此類方法由于缺乏切實(shí)數(shù)據(jù)保障，計(jì)算結(jié)果存在一定偏差。

(7)

(二)工業(yè)生產(chǎn)過程分析

該部分碳足跡主要是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中除了能源消耗外，在物理及化學(xué)過程所產(chǎn)生的碳足跡，相關(guān)mi2設(shè)置如下：

(8)

其中rjk2代表第k2個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程中第jk2環(huán)節(jié)的碳排放系數(shù)(tCO2/t產(chǎn)品)，qi為產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量；aij為直接消費(fèi)系數(shù)，代表第i產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品由于第j產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出的消耗量；xi為產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)出。在綜合已有研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合中國國情，重點(diǎn)考慮排放量大、影響廣泛的水泥、鋼鐵、合成氨三個(gè)生產(chǎn)過程的碳足跡。顯然，mi2是一個(gè)開放計(jì)算框架，可以根據(jù)實(shí)際情況對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)整，下文即對三個(gè)主要生產(chǎn)過程碳排放系數(shù)進(jìn)行說明：

1.水泥生產(chǎn)二氧化碳排放系數(shù)。水泥作為應(yīng)用最為廣泛的建筑材料，二氧化碳排放系數(shù)主要受到工藝排放、電力消耗、能源燃燒、熟料水泥占比等諸多因素影響。當(dāng)前，IPCC、WRI、WBCSD等機(jī)構(gòu)分別提出了各自的水泥碳排放系數(shù)，而由于中國水泥生產(chǎn)擁有自己的特點(diǎn)，如在水泥熟料中多含有微量有機(jī)碳或碳酸鹽，若直接運(yùn)用國際機(jī)構(gòu)的系數(shù)測算則會(huì)出現(xiàn)一定偏差，但目前中國尚未出臺統(tǒng)一的水泥碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文從直接與間接兩方面影響因素結(jié)合已有標(biāo)準(zhǔn)，分析水泥生產(chǎn)二氧化碳排放系數(shù)。

直接影響因素主要考慮水泥生產(chǎn)工藝中的一次及含碳類能源二氧化碳排放系數(shù)和碳酸鹽二氧化碳排放系數(shù)；間接影響因素主要考慮電力二氧化碳排放系數(shù)，其中一次及含碳類能源二氧化碳排放系數(shù)和電力二氧化碳排放系數(shù)分別見前文。對于碳酸鹽二氧化碳排放系數(shù)，雖然IPCC基于生料中的碳酸鹽及熟料中的氧化鈣含量已經(jīng)進(jìn)行了測算，但由于其推薦值為固定值，使得測算時(shí)容易產(chǎn)生誤差。就中國實(shí)際情況而言，現(xiàn)行水泥主要生產(chǎn)工藝包括水泥立窯和新型干法窯，兩者熟料二氧化碳排放系數(shù)分別集中于0.480tCO2/t～0.500tCO2/t區(qū)間、0.500tCO2/t～0.521tCO2/t區(qū)間[15]。本文取兩種生產(chǎn)工藝的平均值，分別為0.490tCO2/t和0.511tCO2/t，再結(jié)合《中國水泥年鑒》中關(guān)于水泥及水泥熟料產(chǎn)量，計(jì)算兩種生產(chǎn)工藝下熟料水泥及水泥產(chǎn)量比，得出碳酸鹽二氧化碳排放系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，綜合直接和間接影響因數(shù)，得出2015年中國水泥二氧化碳排放系數(shù)為0.469tCO2/t。

2.鋼鐵生產(chǎn)二氧化碳排放系數(shù)。鋼鐵生產(chǎn)過程主要包括電弧爐、堿性氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐轉(zhuǎn)換三種生產(chǎn)工藝。按照2015年《國際鋼鐵協(xié)會(huì)二氧化碳排放數(shù)據(jù)收集指南》及《中國鋼鐵統(tǒng)計(jì)年鑒》估算，電弧爐、堿性氧氣轉(zhuǎn)爐和平爐轉(zhuǎn)換三種生產(chǎn)工藝的二氧化碳排放因子分別為0.081、1.463、1.726，單位為tCO2/t粗鋼，三者的鋼鐵產(chǎn)量占比約為34.68%、57.96%、7.36%。根據(jù)生產(chǎn)工藝及產(chǎn)量占比，計(jì)算得出中國鋼鐵生產(chǎn)二氧化碳排放系數(shù)為1.003tCO2/t。

3.合成氨生產(chǎn)二氧化碳排放系數(shù)。當(dāng)前中國是世界上最大的化肥生產(chǎn)及消費(fèi)國，化肥主要原料用料是合成氨，現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)主要包括造氮?dú)錃?、脫硫、變換、變換氣脫硫與脫碳、碳化、甲醇合成、精煉、壓縮、氨合成、冷凍等工段。參照《中華人民共和國化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T4487》，結(jié)合生產(chǎn)工段，分析得出合成氨入爐天然氣中烷烴、一氧化碳、二氧化碳體積占比約為11.24%、42.17%、46.56%，結(jié)合三者二氧化碳排放系數(shù)計(jì)算可得2015年中國合成氨二氧化碳排放系數(shù)為1.439tCO2/t。

(三)特殊產(chǎn)業(yè)分析

部分特殊產(chǎn)業(yè)由于自身特點(diǎn)，仍產(chǎn)生了能源消耗過程及工業(yè)生產(chǎn)過程之外的碳足跡。為了保障碳足跡計(jì)算結(jié)果的全面性，本文對特殊產(chǎn)業(yè)碳足跡進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，主要考慮農(nóng)林牧漁業(yè)以及其他制造業(yè)。

1.農(nóng)林牧漁業(yè)。農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)生額外碳足跡的主要原因是由于土地利用變化而引起的碳吸收量變化，具體表現(xiàn)為林業(yè)及相關(guān)木質(zhì)生物量儲(chǔ)存量的變化。當(dāng)前，對于區(qū)域尺度土地利用碳吸收量測算主要采用兩種方法：方法一是氣象測量法，即借助氣象手段直接測量大氣與林業(yè)生物量的二氧化碳通量。由于氣象測量法應(yīng)用條件較高，故本文參照IPCC提出林木蓄積量測算法，將林木蓄積量換算為生物量，再依照轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算碳足跡通量ΔcijD1：

ΔcijD1=A·(GR-CR)·SVD·BEF·rijD1

(9)

針對所調(diào)查年份而言，A為現(xiàn)存林業(yè)面積，GR為林木蓄積量生長率，CR為林木蓄積量損失率，SVD為基本木材密度加權(quán)平均值，BEF為生物量轉(zhuǎn)換系數(shù)加權(quán)平均值，rijD1為氣候干物質(zhì)碳排放因子。由于中國森林資源每五年清查一次，使得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中每年林木總蓄積量數(shù)據(jù)不夠完整，因此以最近的第八次《中國森林資源清查報(bào)告》提供數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合歷年統(tǒng)計(jì)年鑒及中國林業(yè)發(fā)展報(bào)告，回歸擬合得到2013—2015年的林木總蓄積量時(shí)間序列數(shù)據(jù)。由于中國總體屬于亞熱帶和溫帶氣候，因此氣候干物質(zhì)碳排放因子選取兩種氣候的加權(quán)平均值。經(jīng)計(jì)算，GR、CR、SVD、BEF、rijD1的數(shù)值分別為4.821%、2.723%、0.462t/m3、1.785、0.5tCO2/t；在此基礎(chǔ)上，利用式(9)，計(jì)算得到2015年中國土地利用二氧化碳吸收量為141.87MtCO2，并將其納入Cs矩陣，在農(nóng)林牧漁業(yè)的直接碳足跡總量中進(jìn)行減扣，得到核算后的該產(chǎn)業(yè)凈直接碳足跡。

2.其他制造業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，中國廢棄物呈現(xiàn)了飛速增長勢頭，2015年中國工業(yè)固體廢棄物和城市固體廢棄物分別達(dá)到了32.70億噸和3.58億噸，連續(xù)七年成為全球最大的固體廢棄物產(chǎn)出國。在廢棄物處理過程中，二氧化碳產(chǎn)生源主要包括固體廢棄物填埋處理、固體廢棄物生物處理、固體廢棄物焚燒處理、廢水處理與排放四個(gè)處理過程，而固體廢棄物處理過程產(chǎn)生的二氧化碳占比高達(dá)95%以上[16]。因此，本文將工業(yè)固體廢棄物和城市固體廢棄物界定為關(guān)鍵核算對象。

對于固體廢棄物處理過程產(chǎn)生的二氧化碳排放量，主要計(jì)算方法為理論一階衰減動(dòng)力方法與缺省法。理論一階衰減動(dòng)力方法通過設(shè)置一階衰減模式公式，模擬隨時(shí)間變化溫室氣體的產(chǎn)生量，而后通過與溫室氣體換算系數(shù)來計(jì)算二氧化碳排放量。該方法可以較好地反映固體廢棄物時(shí)間降解過程，但由于IPCC等機(jī)構(gòu)均未提供公式通用參數(shù)的推薦值或缺省值，降低了不同區(qū)域計(jì)算的可行性；缺省法原理是依據(jù)不同經(jīng)濟(jì)地區(qū)特點(diǎn)設(shè)置區(qū)別性可降解有機(jī)碳評價(jià)固體廢棄物，繼而計(jì)算固體廢棄物所產(chǎn)生的溫室氣體。相較于理論一階衰減動(dòng)力方法而言，該方法數(shù)據(jù)要求量相對較少且容易修改。

因此，本文基于缺省法原理，通過設(shè)置質(zhì)量平衡方程反映固體廢棄物碳降解過程，進(jìn)而計(jì)算工業(yè)固體廢棄物、城市固體廢棄物處理過程產(chǎn)生的碳足跡，設(shè)置公式如下：

SWClsms·SWFlsms·(44/12)

(10)

對于工業(yè)固體廢棄物而言，當(dāng)前各國主要采用回收再利用方式處理工業(yè)固體廢棄物，其余部分則主要采取填埋方式。中國工業(yè)固體廢棄物回收再利用率已經(jīng)由1987年的27.23%上升到2015年的78.24%，該過程碳足跡通過投入產(chǎn)出表的計(jì)算已經(jīng)有所展示，因而此處主要考慮按填埋處理的工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生的二氧化碳排放量。綜合IPCC指南缺省參數(shù)及《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，計(jì)算得出2015年中國工業(yè)固體廢棄物填埋處理率、固體廢棄物碳含量比例及有機(jī)碳占碳總量比例分別為35.01%、15.22%、5.37%。對于城市固體廢棄物而言，基于固體廢棄物中各組成部分的重量比例、IPCC可降解有機(jī)碳推薦值和估算公式的整合，算出2015年中國城市固體廢棄物填埋處理總量占比為96.94%、固體廢棄物生物處理總量占比為1.29%、固體廢棄物焚燒處理總量占比為1.78%，三種處理過程的固體廢棄物處理率修正值分別為80%、40%、60%；固體廢棄物碳含量比例為50.62%，有機(jī)碳占碳總量比例為6.51%；利用所得參數(shù)和式(10)，計(jì)算得到2015年的中國固體廢棄物二氧化碳排放量為15.36MtCO2。由于廢棄物處理過程屬于其他制造業(yè)，且是該產(chǎn)業(yè)處理其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢棄物，因此在求得該過程二氧化碳排放量后，借助Cs矩陣直接加入其他制造業(yè)的間接碳足跡中。

基于能源消耗、工業(yè)生產(chǎn)和特殊產(chǎn)業(yè)各過程參數(shù)運(yùn)算所得值，利用BEL-TCP模型最終計(jì)算得到2015年中國產(chǎn)業(yè)全碳足跡為18 309.40MtCO2，其中直接碳足跡為12 140.72MtCO2，間接碳足跡為6 168.68MtCO2。

四、不同因素對碳足跡測算結(jié)果的影響

由于產(chǎn)業(yè)全碳足跡測算過程復(fù)雜和影響因素眾多，實(shí)際測算過程中往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失情況，客觀要求采用因素忽略與數(shù)據(jù)替代等次優(yōu)方法，但次優(yōu)方法極易導(dǎo)致測算偏差，因此測算各影響因素對于結(jié)果的測算偏差，成為決定采用何種次優(yōu)方法的先決條件。由上節(jié)分析可見，利用BEL-TCP模型測算產(chǎn)業(yè)全碳足跡時(shí)除傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)能耗外，需要進(jìn)一步考慮能源消耗過程中能源轉(zhuǎn)換加工損失量、能源出口存貨兩個(gè)因素，工業(yè)生產(chǎn)過程中水泥生產(chǎn)、鋼鐵生產(chǎn)、合成氨生產(chǎn)三個(gè)因素以及特殊產(chǎn)業(yè)中的農(nóng)林牧漁業(yè)和其他制造業(yè)兩個(gè)因素，為了方便描述，將以上七個(gè)影響因素分別依次命名為FA1～FA7。為了更好進(jìn)行分析，本文通過改變測算條件，分析各影響因素對于最終結(jié)果的測算偏差，其中每次測算僅忽略一個(gè)因素，其他因素均加以考慮(見表2)。

表2 忽略不同影響因素的測算偏差表 (單位：MtCO2)

由表2可見，不考慮能源轉(zhuǎn)換加工損失量因素(FA1)，會(huì)將所有能源均被認(rèn)為是投入消耗的能源，從而忽略部分能源在轉(zhuǎn)化加工后又會(huì)作為新能源消耗導(dǎo)致該部分能源被重復(fù)計(jì)算，造成直接碳足跡及總碳足跡出現(xiàn)增加和間接碳足跡出現(xiàn)減少的情況；由于部分能源以商品形式出口或者成為庫存而忽略能源出口存貨因素(FA2)，則會(huì)使該部分能源雖在國外消耗或尚未被消耗，但亦被記入國內(nèi)的直接消耗量，導(dǎo)致直接碳足跡和總碳足跡被高估，從而間接碳足跡被低估；由于水泥生產(chǎn)(FA3)、鋼鐵生產(chǎn)(FA4)、合成氨生產(chǎn)(FA5)、其他制造業(yè)(FA7)四個(gè)因素產(chǎn)生的碳足跡均歸入間接碳足跡，使在忽略該類因素時(shí)間接碳足跡和總碳足跡有所減少，而對直接碳足跡無影響；當(dāng)考慮農(nóng)林牧漁業(yè)(FA6)因素時(shí)產(chǎn)生的碳會(huì)吸收直接碳足跡，不影響間接碳足跡，忽略時(shí)則會(huì)增加直接碳足跡及總碳足跡。

就影響程度而言，結(jié)果最為精確的是考慮所有的因素，在因素中對總碳足跡影響最大的為FA4，忽略偏差達(dá)到-1.70%；其次分別為FA3、FA2、FA5，忽略偏差分別為-1.57%、1.47%、-1.32%，以上四個(gè)因素顯示了很強(qiáng)的影響程度；FA6、FA1忽略偏差位居第二層次，分別為0.77%、0.28%；FA7影響程度最小，忽略偏差為-0.08%。就影響正負(fù)而言，F(xiàn)A2、FA6被忽略時(shí)會(huì)導(dǎo)致總碳足跡的增加，忽略其余五個(gè)因素則會(huì)減少總碳足跡。就影響范圍而言，忽略FA3、FA4、FA5、FA7對于直接碳足跡無影響，但對間接及總碳足跡產(chǎn)生了影響；忽略FA6對間接碳足跡無影響，而對直接及總碳足跡產(chǎn)生影響；忽略FA1、FA2則對三個(gè)碳足跡均產(chǎn)生影響。

基于以上分析，在數(shù)據(jù)來源不充分或計(jì)算精度要求不同時(shí)，可以依據(jù)各因素的影響范圍及影響程度，在偏差允許范圍內(nèi)，結(jié)合不同研究目標(biāo)對產(chǎn)業(yè)全碳足跡進(jìn)行選擇性計(jì)算。

五、結(jié)論

當(dāng)前，中國已經(jīng)將經(jīng)濟(jì)低碳發(fā)展目標(biāo)作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長期規(guī)劃，客觀要求合理準(zhǔn)確測算產(chǎn)業(yè)全碳足跡。本文首先從碳排放量及碳排放視角系統(tǒng)梳理現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)二氧化碳測算模型，探尋各模型的優(yōu)缺點(diǎn)；再從三個(gè)方面對現(xiàn)有測算模型存在的問題進(jìn)行綜合性分析；而后從綜合碳排放視角出發(fā)，引入產(chǎn)業(yè)全碳足跡概念，構(gòu)建BEL-TCP測算模型，并重點(diǎn)分析了能源消耗、生產(chǎn)服務(wù)及特殊產(chǎn)業(yè)三個(gè)影響過程。通過中國產(chǎn)業(yè)全碳足跡實(shí)例研究發(fā)現(xiàn)：BEL-TCP模型可以有效克服現(xiàn)有測算模型的缺點(diǎn)，完善測算內(nèi)容、簡化測算步驟、提升測算效率；結(jié)合能源消耗過程中能源轉(zhuǎn)換加工損失量、能源出口及存貨，生產(chǎn)服務(wù)過程中水泥、鋼鐵、合成氨生產(chǎn)以及農(nóng)林牧漁業(yè)和其他制造業(yè)特殊產(chǎn)業(yè)影響因素，通過改變忽略條件計(jì)算影響因素偏差，分析測算模型的準(zhǔn)確性及適用性。

BEL-TCP測算模型的基礎(chǔ)在于投入產(chǎn)出表，而由于投入產(chǎn)出表編制異常復(fù)雜，中美等國均每隔五年編制一份新表，期間修正延長表一次，這在一定程度上造成了數(shù)據(jù)時(shí)滯。為此，下一步研究將重點(diǎn)考慮如何構(gòu)建高精度函數(shù)，以更好修正投入產(chǎn)出表，及時(shí)反饋?zhàn)钚聝?nèi)外部環(huán)境變化，夯實(shí)BEL-TCP產(chǎn)業(yè)全碳足跡測算模型的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。