我國化學工業(yè)二氧化碳排放影響因素研究

范體軍，駱瑞玲，2，范耀東，張莉莉，常香云

(1.華東理工大學商學院 上海 200237;2.石河子大學信息科學與技術學院 新疆 832000;3.復旦大學，上海 200052)

一、引言

全球氣候持續(xù)變暖已經成為當前人類面臨的主要挑戰(zhàn)，人類活動排放的二氧化碳與氣候變暖關系密切［1］。作為世界上最大的發(fā)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［2］，中國面臨著越來越大的壓力和挑戰(zhàn)。2009年5月20日召開的哥本哈根氣候變化會議圍繞著發(fā)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(huán)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(guī)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(fā)展觀，而且對于國家的可持續(xù)發(fā)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?；瘜W工業(yè)作為工業(yè)部門中高能耗、高污染的行業(yè)之一，自然成為了我國減排工作實施的重點領域。據(jù)統(tǒng)計，化工行業(yè)年排放工業(yè)廢水30多億噸，工業(yè)廢氣1.4萬億立方米，產生工業(yè)固體廢棄物8400多萬噸，分別占全國“三廢”排放總量的16%、7%和5%，位居工業(yè)行業(yè)的第1、4和5位。另一方面，盡管通過新的節(jié)能技術和減排技術已使我國化學工業(yè)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(yè)的能源效率比發(fā)達國家低10% －15%左右，一些產品單位能耗比發(fā)達國家高10% －20%左右。因此，化學行業(yè)二氧化碳減排工作的有效開展對于我國整體節(jié)能減排工作的突破和循環(huán)經濟的發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義和示范作用。

然而，對化學行業(yè)二氧化碳減排政策制定和實施離不開對該行業(yè)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(yè)節(jié)能減排政策。因此，研究化學行業(yè)的二氧化碳排放的影響因素具有重要的理論和現(xiàn)實意義，并能為制定可行的行業(yè)節(jié)能減排等環(huán)境政策提供參考。

二、國內外研究現(xiàn)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(lián)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［3］。Zhang(2003)利用沒有殘差的Laspeyres方法分析了中國工業(yè)部門1990－1997年能源消費的變化，研究結果表明1990－1997年工業(yè)部門所節(jié)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(xiàn)在黑色金屬、化學、非金屬礦物、機械制造四個部門［4］。Wu等(2005)根據(jù)中國各省的數(shù)據(jù)，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(yè)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(fā)現(xiàn)能源強度下降是中國碳排放強度下降的主要原因［6］。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(shù)量來實現(xiàn)［7］。

(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(huán)境相關的問題。Gould和 Kulshreshtha(1986)首次將最終需求、結構依存以及節(jié)約能源與薩斯喀徹溫省的能源消費結合起來［8］。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［9］。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(yè)部門排放二氧化碳的變化［10］。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(fā)現(xiàn)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［11］。Michael Dalton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］。Min Zhao、Lirong Tan等(2010)基于 LMDI方法利用1996年－2007年的歷史數(shù)據(jù)研究了上海工業(yè)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(yè)結構的調整成為抑制碳排放增長的因素［13］。Claudia Sheinbaum等(2010)采用LMDI方法定量研究了1970－2006年間墨西哥鋼鐵工業(yè)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］。Sebastian Lozano、Ester Gutierrez(2008)運用數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)研究了人口、能耗、碳排放和GDP之間的關系［15］。牛叔文、丁永霞等(2010)以亞太八國為對象，采用面板數(shù)據(jù)模型，分析了1971－2005年間能耗、GDP和二氧化碳之間的關系，他們的研究顯示發(fā)達國家的碳排放基數(shù)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(fā)展中國家則相反，我國的能耗和碳排放指標所優(yōu)于其他三個發(fā)展中國家，但次于發(fā)達國家［16］。Cheng F.Lee、Sue J.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(yè)1984年到1994年二氧化碳排放的關鍵因素，通過指數(shù)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(shù)，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(yè)的二氧化碳排放變化的影響，并提出了相應的政策建議［17］。

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(qū)域層面上，且大多關于西方國家和地區(qū)，而對在經濟領域具有重要地位的特定工業(yè)部門研究卻不多見，特別是采用定量實證分析化學工業(yè)碳排放的研究很少。

三、方法及數(shù)據(jù)來源

(一)二氧化碳排放量的估算

根據(jù)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(yè)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。

其中，Ei為i類能源的消費總量，F(xiàn)i為i類能源的碳排放強度，這里Fi的取值見表1。

表1 各類能源的碳排放系數(shù)

(二)化學工業(yè)二氧化碳排放量變化的因素分解模型

借鑒Kaya恒等式［18］，為了分析化學工業(yè)的二氧化碳排放量變化的影響因素，可以將化學工業(yè)二氧化碳排放總量分解為以下的影響因素:化學工業(yè)能源消費總量、化學工業(yè)具體部門能源消費比例、化學工業(yè)化石能源比例、化學工業(yè)化石能源結構以及能源碳排放系數(shù)。具體公式如(2)所示，公式(2)中的參數(shù)說明如表2。

同時，針對化學工業(yè)的能源消費總量，我們建立化學工業(yè)能源消費總量與化學工業(yè)經濟增長、部門結構、能耗強度之間的關系，如公式(3)所示。

表2 變量描述

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)［19］比較了各種不同的指數(shù)分解方法，認為對數(shù)平均指數(shù)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(yōu)勢，因此本文選擇LMDI(Log－Mean Divisia Index)方法。根據(jù) LMDI分解方法，可以推出如下等式。

(1)二氧化碳排放模型

其中t表示現(xiàn)期，0表示基期，表示現(xiàn)期相對基期二氧化碳排放的變化量;表示由化學工業(yè)能源消費變動引起的二氧化碳排放的變動，稱為能源消費效應;類似地，、、、分別表示部門能源消費效應、化學工業(yè)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。根據(jù)LMDI分解方法得到如下分解結果:

(2)能源消費模型

其中ΔE表示現(xiàn)期相對基期化學工業(yè)能源消費量的變動;ΔEQ、ΔEis、ΔEss、ΔEei分別表示化學工業(yè)能源消費量的經濟增長效應、化學工業(yè)產出比例效應、化學工業(yè)的部門結構效應、能耗強度效應。同樣地，根據(jù)LMDI分解方法得到如下分解結果:

聯(lián)立上述4－7式，可以得到各相關因素對二氧化碳排放量的影響:

圖1 中國化學工業(yè)1996－2007年二氧化碳排放模型分解結果累積圖

ΔC表示現(xiàn)期相對基期二氧化碳排放量的變動;ΔCEd、ΔCfe、ΔCes、ΔCec、ΔCQ、ΔCis、ΔCss、ΔCei分別表示部門能源消費效應、化學工業(yè)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(yè)產出比例效應、化學工業(yè)的部門結構效應、能耗強度效應。

(三)數(shù)據(jù)來源

本文分析了1996－2007年我國主要化學工業(yè)二氧化碳排放量的變動情況。1996－2007年的各部門的工業(yè)總產值數(shù)據(jù)來源于中國工業(yè)經濟統(tǒng)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(yè)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(yè)總產值。1996－2007年的二氧化碳排放量根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的數(shù)據(jù)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(tǒng)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，ΔCec=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(yè)二氧化碳排放相關，另外，一些經濟因素如工業(yè)總產值等也會影響化學工業(yè)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(yè)分為化學原料及化學制品制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、化學纖維制造業(yè)、橡膠制品業(yè)以及塑料制品業(yè)等5個部門。

(一)二氧化碳排放模型結果

根據(jù)(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(yè)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(yè)化石能源結構效應、化學工業(yè)化石能源比例效應的影響其次，化學工業(yè)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(yè)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(yè)二氧化碳排放量是逐年減少的，主要是由這幾年化學工業(yè)能源消費以及化學工業(yè)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(xiàn)明顯增長，到2004年，出現(xiàn)大幅度增長，此時則主要緣于化學工業(yè)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。

圖2 中國化學工業(yè)1996年和2007年二氧化碳排放模型分解結果

以1996年為基期，2007年為現(xiàn)期，根據(jù)4式的分解結果如圖2。2007年相對于1996年化學工業(yè)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(yè)具體5個部門(包括化學原料和化學制品制造業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、化學纖維制造業(yè)、橡膠制造業(yè)以及塑料制造業(yè))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(yè)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(jù)(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(fā)展和能耗強度變動是影響化學工業(yè)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(yè)經濟效應以及化學工業(yè)具體部門結構效應的影響較小。

圖4從更細致的層面反映了化學工業(yè)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(yè)以及化學纖維制造業(yè)的能耗強度下降很快，尤其在2001年以后。醫(yī)藥制造業(yè)、橡膠制品業(yè)以及塑料制品業(yè)的能耗強度減少較緩慢。說明化學原料和化學制品制造業(yè)以及化學纖維制造業(yè)兩個部門是化學工業(yè)所有部門中能耗較高、同時經濟發(fā)展也較高的部門。為了降低化學工業(yè)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(yè)以及化學纖維制造業(yè)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(jù)(6)式，以1996年為基期，2007年為現(xiàn)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(jù)(8)式，疊加后的結果如圖6所示。

以1996年為基期，2007年為現(xiàn)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(yè)二氧化碳排放量變動的貢獻程度。根據(jù)圖7及以上的分析，可以得到:

圖3 中國化學工業(yè)1996－2007年能源消費模型分解結果累積圖

圖4 中國化學工業(yè)1996－2007年各部門能耗強度變化

圖5 中國化學工業(yè)1996年和2007年能源消費模型分解結果

(1)經濟活動和能耗強度下降是影響中國化學工業(yè)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。

圖6 中國化學工業(yè)1996－2007年疊加分解結果累積圖

圖7 中國化學工業(yè)1996年和2007年疊加分解結果

(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(yè)二氧化碳減排與其經濟發(fā)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(fā)展，需要考慮更多的因素，如化石能源的減少，能源結構的優(yōu)化，部門結構的調整等等。

(3)由圖7可以看出，化學工業(yè)的經濟發(fā)展反而會降低其二氧化碳的排放，因此，應繼續(xù)關注我國化學工業(yè)的生產和發(fā)展，加大投入。

(4)能耗強度的下降無疑是化學工業(yè)二氧化碳減排最有力的貢獻因素，因此，為了提高化學工業(yè)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(fā)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(yè)具體部門結構的變動會增加能源的消費量，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(yè)以及化學纖維制造業(yè))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(yè)能源結構的優(yōu)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(yōu)化作為戰(zhàn)略性的減排政策是非常重要的，尤其是大力發(fā)展核能、風能以及太陽能等非化石能源。

五、結束語

全球氣候變化是當今世界最受矚目的問題之一，減少二氧化碳排放、節(jié)約能源已經成為世界各國關注的焦點。而化學工業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)同時也是高耗能、高排放的產業(yè)。本文通過LMDI因素分解法將化學工業(yè)二氧化碳排放變動影響因素分為部門能源消費、化學工業(yè)化石能源比例、化石能源結構、能源碳排放強度、經濟增長、化學工業(yè)產出比例、化學工業(yè)的部門結構、能耗強度等8個因素，并對其貢獻度作了分析比較。研究發(fā)現(xiàn)，經濟增長和能耗強度對化學工業(yè)二氧化碳排放量的影響最大，其次是化學工業(yè)經濟效應，能源結構及具體部門結構影響最小。分析結果不僅對于我國化學工業(yè)二氧化碳減排具有十分重要的意義，而且對于我國其他工業(yè)部門的二氧化碳減排也具有借鑒意義。

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