應對氣候變化的碳足跡研究綜述＊

耿 涌 董會娟,2 郗鳳明 劉 竹,2

(1.中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所,遼寧沈陽110016;2.中國科學院研究生院,北京100049)

應對氣候變化的碳足跡研究綜述＊

耿 涌1董會娟1,2郗鳳明1劉 竹1,2

(1.中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所,遼寧沈陽110016;2.中國科學院研究生院,北京100049)

由溫室氣體引起的全球變暖問題已引起國際社會的普遍關注,隨著全球變暖成為社會關注的熱點,碳足跡成為一個新的研究方法并迅速得到學術界的認可。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。本文重點介紹了碳足跡的計算方法,主要包括投入產(chǎn)出分析方法、生命周期評價法、IPCC計算方法和碳足跡計算器等四大類,并總結和比較了四種方法的優(yōu)缺點。在此基礎上,對國內外相關研究系統(tǒng)地進行了歸納和總結,客觀分析和評價了當前碳足跡的研究現(xiàn)狀和存在的問題。本文還介紹了目前國際上四個主要的碳足跡評估標準:英國的PAS 2050:2008標準、世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)協(xié)會和世界資源研究院共同發(fā)起制定的GHG議定書、日本的標準仕樣書TS Q 0010標準和ISO 14067標準,并以GHG議定書和PAS 2050兩個標準為例分析了進行碳足跡評估的重要前提——邊界界定問題。最后對碳足跡研究的重點領域和發(fā)展方向進行了展望。

碳足跡;生命周期評價;投入產(chǎn)出分析;邊界;標準

自19世紀工業(yè)革命以來,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題最為嚴峻。全球變暖問題已引起了國際社會的普遍關注,《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、《京都議定書》以及2009年受到高度關注的哥本哈根會議,都表明了國際社會在應對全球變暖問題方面所進行的不懈努力。

我國政府對于全球氣候變暖問題高度重視,國務院在2009年11月26日正式提出2020年我國單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%的發(fā)展目標,將其作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃,并制定相應的國內統(tǒng)計、監(jiān)測和考核辦法。在此背景下,我國將逐漸加大關于碳減排的研究力度,并急需合適的研究方法解決相關的碳排放量化評價問題。碳足跡是目前國內外普遍認可的用于應對氣候變化、解決定量評價碳排放強度的研究方法,為此,我們開展關于碳足跡研究的文獻綜述,從概念、分類、標準、計算和邊界確定等多角度介紹國內外關于碳足跡研究的最新進展,為我國應對氣候變化、系統(tǒng)推進節(jié)能減排工作奠定科學理論基礎。

1 碳足跡的概念

“足跡”這個概念最早起源于哥倫比亞大學的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)濟發(fā)展所需要的或者能夠吸納人類所排放的廢物的、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,并在學界、非政府組織和新聞媒體的推動下迅速發(fā)展起來[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]。關于碳足跡的概念,目前社會各界的定義各不相同。爭議主要有兩個方面,第一:碳足跡的研究對象是二氧化碳的排放量還是用二氧化碳當量表示的所有溫室氣體的排放量(下文簡稱為二氧化碳當量排放量);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,并對碳足跡的概念進行了明確的界定和探討。他們將碳足跡定義為:一項活動中直接和間接產(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)表文章強調碳足跡是一個人或一項活動所產(chǎn)生的“碳重量”,甚至建議稱碳足跡為“碳重量”[6]。而歐盟對碳足跡的定義是指一個產(chǎn)品或服務的整個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)等學者也將碳足跡定義為一個產(chǎn)品的供應鏈或生命周期所產(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)學者都用重量單位來表征碳足跡,而以二氧化碳排放量和二氧化碳當量排放量為研究對象的學者均不少。因此,本文認為碳足跡概念在維德曼和敏克斯定義的基礎上進一步修改比較合理,即:一項活動、一個產(chǎn)品(或服務)的整個生命周期、或者某一地理范圍內直接和間接產(chǎn)生的二氧化碳排放量(或二氧化碳當量排放量)。這里值得注意的是碳足跡的定義要合理、清晰、一致,以便保證所開展的碳足跡計算的準確性和科學性[10]。

2 碳足跡分類

根據(jù)對碳足跡研究對象和研究尺度等的不同,碳足跡的分類也不盡相同。如按照研究對象不同碳足跡可分為:產(chǎn)品碳足跡、企業(yè)碳足跡和個人碳足跡;按照研究尺度不同碳足跡可分為:國家碳足跡、區(qū)域碳足跡和家庭碳足跡;按照計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,也可以按照國際氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)的分類方法,按部門不同將碳足跡分為:能源部門碳足跡、工業(yè)過程和產(chǎn)品使用部門碳足跡、農林和土地利用變化部門碳足跡、廢棄物部門碳足跡等。

產(chǎn)品碳足跡是指產(chǎn)品或服務從搖籃到墳墓的整個生命周期中所產(chǎn)生的二氧化碳排放量(或二氧化碳當量排放量)。企業(yè)碳足跡指在企業(yè)所界定的范圍內產(chǎn)生的直接和間接二氧化碳排放量(或二氧化碳當量排放量)。個人碳足跡是指每個人日常生活中的衣、食、住、行等所導致的二氧化碳排放量(或二氧化碳當量排放量)。目前網(wǎng)絡上流行的碳足跡計算器多用來估算個人、家庭、企業(yè)和產(chǎn)品的碳足跡。安德魯斯(Andrews)經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)76個在線碳足跡計算器中有52個是計算個人和家庭碳足跡的,12個是計算工業(yè)碳足跡的,10個是計算企業(yè)碳足跡的,只有2個是計算產(chǎn)品碳足跡的[11]。

3 碳足跡的計算方法

碳足跡的計算方法多種多樣,包括投入產(chǎn)出法(inputoutput,I-O)、生命周期評價法(life cycle assessment,LCA)、《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》計算方法(下文簡稱為IPCC方法)[12]、碳足跡計算器[13]等,而尤以 I-O法、LCA法和IPCC法應用較多。

3.1 投入產(chǎn)出法(I-O法)

投入產(chǎn)出法(I-O法)是由美國經(jīng)濟學家瓦西里.列昂惕夫(Wassily Leontief)創(chuàng)立的,目前已經(jīng)作為一種成熟的工具,廣泛應用于經(jīng)濟學領域。I-O法利用投入產(chǎn)出表進行計算,通過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)出之間的關系,反映其中各個流量之間的來源與去向,也反映了各個生產(chǎn)活動、經(jīng)濟主體之間的相互依存關系[14]。投入產(chǎn)出法將深刻復雜的經(jīng)濟內涵與簡潔明了的數(shù)學表達形式完美結合,是經(jīng)濟系統(tǒng)分析不可替代的工具[15]。

目前已有不少學者應用I-O法進行碳足跡的計算。根據(jù)研究對象與周邊地區(qū)的貿易類型不同,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]。三種模型對應的貿易類型如圖1所示,類型A中各個國家或區(qū)域之間是相互獨立的,不存在貿易交換;類型B中各區(qū)域之間存在單向貿易,但不存在反饋環(huán);類型C中不僅考慮了區(qū)域間的相互貿易,而且考慮了相互貿易之間的反饋環(huán)。投入產(chǎn)出法是一種自下而上的計算方法,計算過程缺少詳細的細節(jié),但模型一旦建立比較省時省力,比較適合于宏觀尺度上溫室氣體排放的計算。

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

3.2 生命周期評價法(LCA法)

生命周期評價法(LCA法)是評估一個產(chǎn)品、服務、過程或活動在其整個生命周期內所有投人及產(chǎn)出對環(huán)境造成的和潛在的影響的方法[19],是傳統(tǒng)的從“搖籃”到“墳墓”的計算方法。LCA法已經(jīng)納入 ISO14000環(huán)境管理體系,具體包括互相聯(lián)系、不斷重復進行的四個步驟:目的與范圍的確定、清單分析、影響評價和結果解釋。

LCA法是一種自上而下的方法,計算過程比較詳細和準確,適合于微觀層面碳足跡的計算。目前其在碳排放評估方面的應用主要集中于產(chǎn)品或服務的碳足跡計算,且已有成熟的相關標準供參考,如英國標準協(xié)會頒布的面向公眾的標準(publicly available specification)PAS 2050:2008,正在制定的碳足跡標準ISO 14067。

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

表1 I-O法和LCA法的優(yōu)缺點對比Tab.1 Comparision of I-O analysis and LCA analysis

3.3 IPCC計算方法

IPCC方法是指聯(lián)合國氣候變化委員會編寫的國家溫室氣體清單指南,其提供了計算溫室氣體排放的詳細方法,并成為國際上公認和通用的碳排放評估方法。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、工業(yè)過程和產(chǎn)品使用部門、農林和土地利用變化部門、廢棄物部門四大部門,其中:

(1)能源部門是指依靠能源燃燒驅動的經(jīng)濟體部門。能源部門通常是溫室氣體排放清單中最重要的部門,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)過程和產(chǎn)品使用部門是指從工業(yè)過程、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)過程中化石燃料作為燃料使用產(chǎn)生的排放列入能源部門考核。

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

(4)廢棄物處置部門主要估算源來自固體廢棄物處置、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程中產(chǎn)生的二氧化碳、甲烷和氧化亞氮排放。

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

IPCC計算方法的優(yōu)點是詳細、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算方法。然而其缺點是僅適用于研究封閉的孤島系統(tǒng)的碳足跡,是從生產(chǎn)角度計算研究區(qū)域內的直接碳足跡,無法從消費角度計算隱含碳排放。

3.4 碳足跡計算器

碳足跡計算器是網(wǎng)絡上很流行的碳足跡計算軟件,通常用來計算個人和家庭每日消耗能源而產(chǎn)生的二氧化碳排放量。通常利用簡單的排放因子公式將電、油、氣和煤等消耗量轉化為二氧化碳的排放量,或者根據(jù)運輸工具的類型和運輸距離來計算相應的二氧化碳排放量。例如保護國際中國項目組及美國大自然保護協(xié)會提供的碳足跡計算器,其基本計算公式為:

(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)開車的二氧化碳排放量(kg)=油耗公升數(shù)(L)×0.785(kg/L);

(3)乘坐飛機的二氧化碳排放量(kg):

200 km以內的短途旅行=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二氧化碳計算需要植多少棵樹來補償,從而將“公眾日常消費——二氧化碳排放——碳補償”這一鏈條直觀而簡潔地呈現(xiàn)出來[22]。

碳足跡計算器多種多樣,由于不同碳足跡計算器的復雜程度和包含的計算項目不同,因此結果往往差別往往很大甚至相互矛盾[13]。雖然碳足跡計算器計算結果不是很精確,但由于其操作簡單,易于理解,而且使公眾可以隨時上網(wǎng)計算自己每天生活中排放的二氧化碳量,幫助每個人有意識地檢查自己日常生活中的習慣性行為,繼而采取行動減少二氧化碳排放。因此碳足跡計算器對于提高公眾碳足跡意識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,研究碳足跡的相關文章層出不窮。然而,碳足跡研究主要集中在國外,國內的研究還比較少,仍處于起步階段。

4.1 國外研究狀況

國外對碳足跡的研究比較深入,研究角度、研究對象和研究方法也多種多樣,其中國家、區(qū)域和家庭尺度上的研究較多。在國家尺度上,荷威奇(Hertwich)等利用MRIO模型從國家尺度上分別計算了盧森堡等73個國家和13個地區(qū)的碳足跡,發(fā)現(xiàn)各國碳足跡差別明顯,其中盧森堡、香港和美國分別以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,馬拉維和孟加拉國等非洲國家碳足跡最低,約為1 t/py;從全球來看,72%的碳足跡是由于家庭消費引起的,而投資和政府消費分別為18%和10%;發(fā)達國家碳足跡更側重于運輸和產(chǎn)品生產(chǎn)方面,而發(fā)展中國家則更傾向于食品和服務方面[8]。

在城市尺度上,Browne等運用碳足跡方法計算了愛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環(huán)境的影響,并通過降低廢物產(chǎn)量、增加回收率以及進行填埋處理等因素的調整進行預案分析,其中將填埋率降至14%的方案最優(yōu)[23]。Shimada開發(fā)了一種基于宏觀經(jīng)濟工具的區(qū)域碳足跡計算模型,并分別以滋賀縣和京都市為案例計算了區(qū)域二氧化碳排放,該方法把區(qū)域分為工業(yè)部門、商業(yè)部門、居住部門、客運部門和貨運部門五個部門進行計算,為實現(xiàn)政府制定的2030年低碳目標進行了預案分析。

其研究結果表明:可以在實現(xiàn)2030年低碳目標的同時保持G DP 1.6%的年增長率,其中社會經(jīng)濟結構變化和技術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、農業(yè)、廢棄物四個來源計算了北京、倫敦、紐約、墨西哥等12個城市的碳足跡,并分析了人均收入、人口密度、運輸方式以及電力供應四個主要因素對不同國家碳足跡的影響。

在家庭尺度上,Druckman等則利用類多邊投入產(chǎn)出(quasi-multi-regional input-output,QMRIO)模型計算了英國1990-2004年的家庭碳足跡,并從產(chǎn)品和服務中的隱含碳、家庭直接能源使用、私家車和航空四個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,不過滿足人們基本需求的基礎設施造成的碳排放也不可忽略[17]。Weber等利用MEIO模型研究了美國家庭的碳足跡,考慮了家庭規(guī)模、收入和支出等因素對碳足跡的影響,對教育、健康、交通、能耗、休閑娛樂、服裝、飲食等13個消費種類進行了探討,發(fā)現(xiàn)能耗和交通的碳排放強度較高,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種類,且隨收支水平增加,娛樂等高級消費種類的碳排放比重上升。

從其它角度研究碳足跡的學者也不少。Larsen等用法從消費觀角度研究了特隆赫姆(Trondheim)市服務部門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城市服務部門碳排放的93%,其中19%來自特隆赫姆市,50%來自特隆赫姆市以外的挪威其他地方,22%來自挪威以外的其他國家。Rule用法計算了地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、水力發(fā)電和風能發(fā)電四種可再生發(fā)電技術的碳足跡,對比發(fā)現(xiàn)潮汐發(fā)電碳足跡最低,為1.8 g CO2/kWh,其次為風能3.0 g CO2/kWh,水力發(fā)電4.6 g CO2/kWh,而地熱發(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,探索通過采取節(jié)約能源的措施來適應政府出臺的能源政策。

4.2 國內研究現(xiàn)狀

國內對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性的范疇,鮮有深入的研究。樊瑛等提出了設定暖通空調(HVAC)系統(tǒng)的基準碳排量的思想,并介紹了HVAC系統(tǒng)碳足跡的分析方法,提出了評價系統(tǒng)對環(huán)境影響程度的兩個指標:碳排量和單位輸出能量的碳排量。郭運功等計算了1995-2006年上海市能源利用的總碳足跡、各能源類型和產(chǎn)業(yè)類型的碳足跡、碳足跡的產(chǎn)值和生態(tài)壓力值,并以此為基礎,利用嶺回歸函數(shù)進行STIRPAT模型擬合,進一步研究經(jīng)濟發(fā)展與碳排放足跡之間的關系,最后提出適應性的管理策略。陳紅敏對利用投入產(chǎn)出法計算隱含碳排放的框架進行了擴展,并利用該框架計算分析了2002年中國各部門最終消費和使用中的隱含碳排放情況。

結果發(fā)現(xiàn),建筑業(yè)是隱含碳排放最高的部門,部門分類水平的粗細對于各部門生產(chǎn)過程隱含碳排放的核算結果具有較大的影響。

綜合國內外研究發(fā)現(xiàn),國外碳足跡的研究比較成熟,研究角度多種多樣,既有國家和區(qū)域尺度的研究,也有家庭和特定部門的研究;既有直接碳足跡和間接碳足跡的對比研究,也有生產(chǎn)性碳足跡和消費性碳足跡的研究。碳足跡的評估方法也多種多樣,以各種I-O法的應用較多。然而,國內對碳足跡的實質性研究還較少,且研究方法和視角均比較單一,有待于進一步的完善,從而更好地推動我國低碳經(jīng)濟的發(fā)展和減排目標的實現(xiàn)。

5 碳足跡的評估標準

碳足跡作為一個新概念,其評估方法和邊界界定還比較模糊,迫切需要統(tǒng)一、規(guī)范化的標準來約束。目前關于碳足跡的規(guī)范和標準不斷推出,主要包括歐盟的溫室氣體盤查議定書、英國的PAS 2050:2008、日本的TS Q 0010和國際標準化組織正在制定的ISO 14067等。

5.1 英國的(Publicly Available Specification)PAS 2050:2008標準

PAS 2050由英國的碳基金(Carbon Trust)公司①碳基金(Carbon Trust)是一個由政府投資、以企業(yè)模式運作的獨立公司,成立于2001年。目標是通過幫助商業(yè)和公共部門減少二氧化碳的排放,捕獲低碳技術的商業(yè)機會,從而幫助英國走向低碳經(jīng)濟社會。以及環(huán)境、食品和農村事務部(Department for Environment,Food and Rural Affairs,Defra)共同發(fā)起,由英國標準協(xié)會(British Standard Institute,BSI)制定,于2008年10月底正式發(fā)布。PAS 2050是產(chǎn)品和服務生命周期溫室氣體排放評估標準,是全球第一部產(chǎn)品碳足跡標準,為產(chǎn)品和服務碳足跡的評估和比較提供了一種可參考的標準化方法。PAS的宗旨是幫助企業(yè)真正了解他們的產(chǎn)品對氣候變化的影響,尋找在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)和供應等過程中降低溫室氣體排放的機會,最終開發(fā)出碳足跡較小的新產(chǎn)品,能在應對氣候變化方面發(fā)揮更大的作用[38]。

5.2 溫室氣體議定書(The Greenhouse Gas Protocol)標準

溫室氣體議定書(下文簡稱為GHG議定書)由世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)協(xié)會(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,目的是想透過一個開放的、透明的多方利害相關者參與機制,為企業(yè)開發(fā)一套溫室氣體的國際性評估和報告標準。GHG議定書于2001年10月發(fā)布第一版,經(jīng)修正后于2004年發(fā)布第二版。此標準不僅提供了企業(yè)碳足跡評估和報告標準,而且提供了使用指南協(xié)助企業(yè)進行溫室氣體管理。WBCSD和WRI還將于2010年發(fā)布產(chǎn)品生命周期標準。

5.3 標準仕樣書(TS)TS Q 0010標準

TS Q 0010標準由制定,于2009年4月正式發(fā)布,是關于產(chǎn)品碳足跡評估和標識的一般性原則規(guī)范。此規(guī)范詳細介紹了適用范圍、引用標準以及產(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家標準。

5.4 ISO 14067標準

ISO 14067標準是國際標準化組織正在制定的產(chǎn)品碳足跡標準,預計將于2011年3月制定完成。此標準由兩部分組成:第一部分為量化/計算(Quantification),第二部分為溝通/標示(Communication)。標示部分參考ISO 14020環(huán)境標示系列,溫室氣體盤查部分將參考ISO 14064溫室氣體系列,生命周期評估部分將參考ISO 14040生命周期評價系列。ISO 14067標準頒布后,其它碳足跡相關標準將終止或根據(jù)此國際標準進行修正。

6 碳足跡的邊界界定

碳足跡評估邊界的界定隨研究對象和研究視角不同存在很大差異,對計算結果起著決定性作用,是計算碳足跡的前提和關鍵。GHG議定書和PAS 2050這兩個國際標準均將碳足跡的邊界問題作為重要一部分進行了詳細界定。本文分別以兩個標準為例,詳細說明碳足跡的邊界問題。

6.1 GHG議定書標準的邊界界定

GHG議定書標準針對的是如何計算企業(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。組織邊界可以通過權益股份額或管轄控制范圍兩種方式來確定,組織邊界確定后就可以進行碳足跡的計算。計算時根據(jù)操作邊界的不同可以細分為三個層次(見圖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,例如公司內鍋爐、加熱爐和汽車等的燃燒排放,生產(chǎn)過程排放等;層次2為公司所購買的電力和熱力產(chǎn)生的溫室氣體的排放;層次3:其它處理過程產(chǎn)生的直接排放,如原材料的提取和生產(chǎn)、購買燃料的運輸過程、購買的產(chǎn)品和服務的使用過程等所產(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議定書邊界示意圖Fig.2 Diagram of GHG Protocal boundary

6.2 PAS 2050標準的邊界界定

PAS2050標準是計算產(chǎn)品/服務碳足跡的參考指南,其以LCA法為基礎,根據(jù)產(chǎn)品種類規(guī)則(Product Category Rules,PCR)確定整個產(chǎn)品或服務的生命周期階段,分別界定了原材料、能源、生產(chǎn)資料、生產(chǎn)和服務提供、經(jīng)營場所、運輸、存儲、使用和最終處置等九個方面的邊界。PAS2050考慮了兩種類型的邊界:企業(yè)——企業(yè)(Business-to-Business,BTB)和企業(yè)——消費者(Business-to-Consumer,BTC)。BTC型邊界包括原材料、生產(chǎn)、分配和零售、消費者使用、最終處置或回收五個階段,是從搖籃到墳墓的全生命周期過程。而BTB型則僅包括原材料、生產(chǎn)、分配至另一生產(chǎn)商三個階段,不包括最終產(chǎn)品的分配和零售、消費者使用和最終處置階段。兩種類型邊界區(qū)別見圖3。

圖3 PAS 2050標準中兩種產(chǎn)品碳足跡邊界對比Fig.3 Comparision of two types product carbon footprint boundaries in PAS 2050

6.3 GHG議定書標準和PAS 2050標準邊界對比

GHG議定書標準和PAS 2050標準分別從企業(yè)角度和產(chǎn)品角度進行碳足跡的評估,邊界界定的區(qū)別在于前者是從縱向考慮,而后者從橫向進行界定,但二者有一定的交叉,其區(qū)別見圖4。由于兩者界定的角度不同,因此計算結果沒有可比性,甚至相差很大。例如:安德魯斯分別用GHG議定書標準和PAS 2050標準計算了當?shù)匾粋€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

隨著氣候變暖問題日益嚴峻,碳足跡已不僅僅是一個流行于社會各界的新詞匯,而更將成為研究的焦點和熱點。與其它概念和方法相比,碳足跡更容易吸引公眾的注意力,其可能會成為樹立消費者環(huán)保意識和增強產(chǎn)品環(huán)境效應關注度的切入點[2]。綜上所述,我們認為碳足跡有待于在以下幾方面進一步研究:

(1)新方法和新模型的涌現(xiàn)。碳足跡的計算方法多種多樣,包括I-O法、LCA法、IPCC法和碳足跡計算器等。然而每種方法都有其優(yōu)勢和不足,因此新的計算方法和模型的開發(fā)對于碳足跡的進一步完善具有重要作用。混合LCA法既具有LCA法的詳細性、準確性,又不失I-O法的完整性,是一種高級的方法。應用混合LCA法進行碳足跡研究無疑將是一種挑戰(zhàn)。

(2)排放因子的區(qū)域化。IPCC法作為國際上比較通用的方法之一,得到了廣泛的認同。然而由于其排放因子多是全球和國家尺度上的缺省值,不能準確地代表某一地區(qū)的真實情況,因此進一步完善和修正溫室氣體的排放因子,實現(xiàn)排放因子區(qū)域化是十分必要的。

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

(4)碳足跡的科學利用。目前碳足跡的應用還存在一些爭議,例如:碳足跡會不會也像“千年蟲、“薩斯”等新詞匯一樣隨著媒體報道的逐漸減少以及公眾對其逐漸熟悉,頭上的光環(huán)也慢慢黯淡和消失。還有就是僅僅強調產(chǎn)品的碳足跡是否會誤導人們過分關注碳排放,而忽視產(chǎn)品可能造成的酸雨、光化學煙霧等其它環(huán)境效應[4,7]。因此,如何正確把握碳足跡的概念并有效運用碳足跡方法來提出科學的減排對策、實現(xiàn)減排目標、應對氣候變暖問題,也將是碳足跡研究的重要領域。

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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,主要研究方向為循環(huán)經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學和環(huán)境管理等。

＊本文受到中國科學院百人計劃項目(No.2008-318),遼寧省自然科學基金(No.20092078),沈陽市科技計劃項目 (No.1091147-9-00),中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所博士啟動基金(No.Y0SBS161S3)的資助。

(編輯:于 杰)