湖南省碳排放總量核算與碳源結(jié)構(gòu)分析

□文/楊順順

（湖南省社會(huì)科學(xué)院 湖南·長沙）

［提要］“碳達(dá)峰、碳中和”的“雙碳目標(biāo)”對(duì)區(qū)域碳排放總量核算的科學(xué)性提出更高要求。本文對(duì)湖南省碳排放總量和碳源結(jié)構(gòu)實(shí)施清單進(jìn)行分析，結(jié)果顯示：2015～2019 年間，湖南碳排放總量在3.86 億～3.93 億噸CO2e 之間波動(dòng)；湖南能耗碳排放處于2.95 億～3.19 億噸CO2e 區(qū)間，約占碳排放總量的76%，其中煤類排放占75%～80%；湖南工業(yè)過程碳排放處于0.79 億～0.85 億噸CO2e 區(qū)間，約占碳排放總量的22%，其中采掘工業(yè)約占70%；湖南農(nóng)業(yè)土地利用碳排放（不含農(nóng)業(yè)能耗）處于0.07 億～0.09 億噸CO2e 區(qū)間，約占碳排放總量的2%，其中養(yǎng)殖業(yè)略高于種植業(yè)，CH4 排放略高于N2O 排放。

引言

“CO2排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”是中國在2015 年巴黎氣候大會(huì)上提出的“2030年左右碳達(dá)峰且碳強(qiáng)度較2005 年下降60%～65%”承諾的進(jìn)一步發(fā)展和深化，“碳達(dá)峰、碳中和”的“雙碳目標(biāo)”體現(xiàn)了國際氣候政治博弈中的大國擔(dān)當(dāng)。為促進(jìn)“雙碳目標(biāo)”的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前各省市、行業(yè)部門都在謀劃制訂“雙碳”行動(dòng)方案，而科學(xué)準(zhǔn)確的碳排放核算是支撐“雙碳目標(biāo)”的基礎(chǔ)要素。湖南作為全國僅有的兩個(gè)“兩型社會(huì)”建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)之一，要實(shí)現(xiàn)“綠色大省”向“生態(tài)強(qiáng)省”的轉(zhuǎn)變，也必須厘清碳排放存量、趨勢(shì)，以更好落實(shí)“雙碳”要求，在國家氣候承諾中作出自身貢獻(xiàn)。本文以湖南為案例進(jìn)行碳排放核算和相關(guān)分析。

當(dāng)前，學(xué)界在碳排放核算方面存在一些不完備之處：一是受數(shù)據(jù)獲得限制，往往采用能源燃用（能耗）碳排放指代區(qū)域的全部碳排放，但能耗碳排放只占區(qū)域碳排放的較大比例，并不能準(zhǔn)確反映區(qū)域碳排放的總體趨勢(shì)；二是計(jì)算能耗碳排放時(shí)，常未剔除能源的非燃用比例（如，石化產(chǎn)業(yè)中石油作為產(chǎn)品原料等），導(dǎo)致能耗碳排放被高估；三是非能耗碳排放核算中計(jì)算工業(yè)過程碳排放時(shí)，也常僅計(jì)算水泥生產(chǎn)過程碳排放，而忽視了鋼鐵等其他生產(chǎn)過程中對(duì)碳排放亦有主要影響的產(chǎn)品類型；四是除能耗、工業(yè)過程碳排放外，農(nóng)業(yè)土地利用碳排放也是碳排放總量的一項(xiàng)來源，但很少被納入碳排放量估計(jì)中。本文在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可支持的情況下，將應(yīng)對(duì)上述不足之處，盡可能全面地對(duì)湖南省碳排放總量進(jìn)行核算和分析。

一、能耗碳排放核算及碳源結(jié)構(gòu)分析

（一）核算思路?；茉慈加檬翘寂欧抛钪饕獊碓?，一般采用“化石能源消費(fèi)量×對(duì)應(yīng)能源的碳排放系數(shù)”估算碳排放量（部分研究中還會(huì)引入有效氧化分?jǐn)?shù)）。本文在前述公式的基礎(chǔ)上，扣除能源消費(fèi)中的損失量（數(shù)據(jù)來源于歷年《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》），并利用IPCC（政府間氣候變化專門委員會(huì)）2006 年《國家溫室氣體清單指南》，將化石能源燃用中產(chǎn)生的CH4、N2O 通過GWP（全球增溫潛勢(shì)）折算為CO2e（二氧化碳當(dāng)量，部分研究中采用碳當(dāng)量，則為二氧化碳當(dāng)量除以3.67），則煤類、油品能源以及天然氣的排放系數(shù)分別為2.8092、2.1554 和1.6458 噸CO2e/噸標(biāo)煤。據(jù)此測算2015～2019 年間湖南能耗碳排放總量，并分解為不同能源種類和產(chǎn)業(yè)類型，以及終端或加工轉(zhuǎn)換能耗的碳排放量。

（二）碳源結(jié)構(gòu)分析。表1 結(jié)果顯示，2015～2019 年間湖南能耗碳排放大約在2.95 億～3.19 億噸CO2e 區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，排放量最高值出現(xiàn)在2017 年，而后隨經(jīng)濟(jì)增速下調(diào)而略有下降，2019 年全省能耗碳排放量2.97 億噸CO2e。（表1）

表1 2015～2019 年湖南省能耗碳排放核算結(jié)果一覽表

化石能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面，煤類能源的排放量始終占據(jù)能耗碳排放的絕大比例，排放量區(qū)間約為2.25 億～2.58 億噸CO2e，但近年來隨煤類能源消費(fèi)量的下降，其碳排放占比波動(dòng)下滑，由2015 年的80.15%下降至2019 年的75.89%；油品能源和天然氣消費(fèi)碳排放量占比都略有上升，其中油品能源碳排放量約占能耗碳排放總量的17%～22%；而天然氣燃用碳排放量占比較低，2015～2019 年間其碳排放量占能耗碳排放總量的比例處于1.69%～2.22%區(qū)間，受“氣化湖南”工程深入推進(jìn)影響，其碳排放量雖總量較少但呈高速增長態(tài)勢(shì)。

產(chǎn)業(yè)部門結(jié)構(gòu)碳排放方面，工業(yè)部門依然處于能耗碳排放的主導(dǎo)地位，約占能耗碳排放總量的63%～69%。近年來，隨著工業(yè)節(jié)能技改力度的加強(qiáng)，工業(yè)能耗碳排放占比處于下降通道，由2015 年的68.46%下降至2019 年的63.38%；服務(wù)業(yè)能耗碳排放占比居第二位，約占總排放量的兩成，服務(wù)業(yè)中交通運(yùn)輸倉儲(chǔ)和郵政業(yè)又占其一半份額；城鄉(xiāng)生活能耗碳排放占比居第三位，近年來其占比一直在7%左右波動(dòng)；而農(nóng)業(yè)和建筑業(yè)能耗碳排放占比相對(duì)較小，兩者比例分別處于3.58%～4.10%和2.15%～2.47%區(qū)間。由于工業(yè)能耗碳排放占比的下降，服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)碳排放占比處于相對(duì)穩(wěn)定的提升態(tài)勢(shì)。

能耗碳排放產(chǎn)生途徑方面，終端能耗碳排放仍是主要方式，約占能耗碳排放總量的75%；而2015～2019 年間能源加工轉(zhuǎn)換（主要指火力發(fā)電、供熱、煉焦等過程）碳排放量占能耗碳排放總量的比例處于23.18%～27.37%區(qū)間，受非化石能源發(fā)電旦逐步提升影響，能源加工轉(zhuǎn)換碳排放呈波動(dòng)略有下行趨勢(shì)。

二、工業(yè)過程碳排放核算及碳源結(jié)構(gòu)分析

（一）核算思路。相較于化石能源燃用碳排放，工業(yè)過程碳排放與能源燃燒不同且情況較為復(fù)雜，與生產(chǎn)工藝關(guān)系緊密，導(dǎo)致不同研究中排放系數(shù)可能差異較大?！秶覝厥覛怏w清單指南》中對(duì)工業(yè)過程碳排放的核算涉及到采掘工業(yè)（如水泥、石灰、玻璃等）、化學(xué)工業(yè)（如氨氣、硝酸、電石等）、金屬工業(yè)（如鋼鐵、原鋁、鉛鋅等）生產(chǎn)過程碳排放，以及燃料溶劑使用中臭氧損耗物質(zhì)的揮發(fā)等。本文根據(jù)歷年《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》工業(yè)主要產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)情況，核算采掘工業(yè)（水泥、平板玻璃）、化學(xué)工業(yè)（純堿、合成氨）和金屬工業(yè)（粗鋼）三大類五小類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的碳排放量，核算公式采用“產(chǎn)品產(chǎn)量×對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的碳排放系數(shù)”，由于各類生產(chǎn)工藝應(yīng)用占比不明確，故按照各類工藝占相同比例確定碳排放系數(shù)。水泥、平板玻璃、純堿、合成氨、粗鋼生產(chǎn)過程碳排放系數(shù)（噸 CO2e/噸產(chǎn)品）分別取 0.521、0.202、0.117、2.101和1.060，據(jù)此測算2015～2019 年間湖南工業(yè)過程各類產(chǎn)品碳排放量及總量。

（二）碳源結(jié)構(gòu)分析。表2 中數(shù)據(jù)顯示，2015～2019 年間湖南工業(yè)過程碳排放大約在0.80 億～0.85 億噸CO2e 區(qū)間內(nèi)波動(dòng)上升，排放量最低值出現(xiàn)在2018 年，2019 年全省工業(yè)過程碳排放量0.85 億噸CO2e。（表 2）

表2 2015～2019 年湖南省工業(yè)過程碳排放核算結(jié)果一覽表

工業(yè)部門結(jié)構(gòu)方面，首先采掘工業(yè)貢獻(xiàn)了工業(yè)過程碳排放的絕大比例，大約有70%的工業(yè)過程碳排放來源于采掘工業(yè)，尤其是水泥生產(chǎn)上，近年來采掘工業(yè)過程碳排放占比呈逐年下降趨勢(shì)；其次是金融工業(yè)，由于缺乏原鋁數(shù)據(jù)，本文僅討論了粗鋼生產(chǎn)，其工業(yè)過程碳排放量占比約為25%左右，近兩年來提升至30%左右；最后是化學(xué)工業(yè)，其工業(yè)過程碳排放量占比不高且呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，近年來占比已逐漸不足2%。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，水泥和粗鋼生產(chǎn)是工業(yè)過程碳排放的主要來源。近年來，水泥、粗鋼生產(chǎn)工業(yè)過程碳排放量分別約為6，000 萬噸 CO2e/年和 2，500 萬噸 CO2e/年，2019 年水泥和粗鋼生產(chǎn)工業(yè)過程碳排放量占到總量的98%，可見湖南工業(yè)過程碳排放與基礎(chǔ)設(shè)施、房地產(chǎn)建設(shè)關(guān)系較為緊密。此外，合成氨生產(chǎn)工業(yè)過程碳排放量約為100 萬噸CO2e/年，而玻璃和純堿生產(chǎn)工業(yè)過程碳排放量則相對(duì)較小，對(duì)總體碳排放趨勢(shì)影響甚微。

三、農(nóng)業(yè)土地利用碳排放核算及碳源結(jié)構(gòu)分析

（一）核算思路。一般進(jìn)行土地利用碳排放的研究中，往往計(jì)算建設(shè)用地、耕地、林地、牧草地等類型，通常認(rèn)為建設(shè)用地和耕地屬于碳源，而林地、牧草地、水域等屬于碳匯。此類算法中，由于建設(shè)用地碳排放被認(rèn)為是承載人類生產(chǎn)生活行為而導(dǎo)致的碳排放，事實(shí)上核算方式相當(dāng)于前文的能耗碳排放、工業(yè)碳排放，為避免重復(fù)核算，不在本部分考察；同時(shí)，考慮到本文主要進(jìn)行碳源核算，故僅對(duì)農(nóng)業(yè)用地碳排放進(jìn)行核算。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程主要以非CO2（主要是N2O 和CH4）的形式排放溫室氣體。《國家溫室氣體清單指南》給出了農(nóng)業(yè)中各個(gè)土地利用類型、化肥施用、牲畜和糞便管理過程中的碳排放計(jì)算方式。參考數(shù)據(jù)的可得性，本文主要測算除農(nóng)業(yè)能源消費(fèi)外，種植業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、中大型牲畜養(yǎng)殖兩類情況產(chǎn)生的碳排放。

種植業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)部分主要測算：（1）耕地中農(nóng)用化學(xué)品（如氮肥）、人畜糞肥施用，以及作物殘余物和礦質(zhì)土壤中礦化均產(chǎn)生直接N2O-N 排放，由于目前僅化肥施用量有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)參考，本部分僅計(jì)算化肥施用造成的N2O-N 排放，其排放因子采用0.01kgN2O-N/kgN 和 0.003kgN2O-N/kgN（灌水稻田），并假設(shè)復(fù)混肥含氮率為30%，化肥對(duì)旱地和水田按面積平均施用。（2）耕地的間接N2O 排放主要源于氮的揮發(fā)與再沉降和流失于徑流的氮兩大來源。對(duì)于前者，IPCC 指出由于跨界大氣輸送特別復(fù)雜，沉降氮并非全部源于本地區(qū)，因此排放因子選用應(yīng)特別謹(jǐn)慎，按其缺省的發(fā)揮因子和排放因子換算，氮肥施用揮發(fā)再沉降氮的綜合排放因子采用0.001kgN2O-N/kgN。對(duì)于后者，按照在長江流域的相關(guān)研究，本文選擇氮肥施用溶淋和徑流的氮損失率為20%（IPCC 缺省值為30%），其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為N2O 的轉(zhuǎn)化率為0.0075kgN2O-N/kgN。

大型牲畜養(yǎng)殖部分主要測算畜禽養(yǎng)殖過程產(chǎn)生的CH4和N2O 排放。（1）IPCC 中對(duì)畜禽養(yǎng)殖的糞便管理過程CH4排放可按照畜禽種類、年均溫、所處區(qū)域進(jìn)行簡單估算。按照湖南年均溫范圍，取大型牲畜的排放因子每頭（只）奶牛、其他牛、豬、羊分別為 16kg、1kg、3kg 和 0.17kgCH4/年。（2）牲畜糞便流失于徑流的氮，排放因子分別取每頭（只）牛、豬（按肉豬）、羊（按山羊）50kg、4.87kg、4.06kgN/年，再按轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步換算為 N2O-N。此外，因生產(chǎn)周期不同，牛按存欄量計(jì)算，豬、羊按出欄量計(jì)算。

此外，在IPCC 報(bào)告中還計(jì)算了土壤碳投入和碳變化引發(fā)的碳排放，如按照《國家溫室氣體清單指南》，溫帶土壤種植有機(jī)作物的缺省排放因子為8kgN2O-N/公頃；水灌稻田中土壤有機(jī)質(zhì)厭氧分解過程產(chǎn)生的CH4，與土壤類型、溫度、作物品種、水灌方式、土壤添加有機(jī)物相關(guān)。受數(shù)據(jù)所限，這些碳排放源本文未進(jìn)行估計(jì)。

按上述思路，采集歷年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，即可測算2015～2019 年間湖南農(nóng)業(yè)土地利用的碳排放量及其結(jié)構(gòu)。

（二）碳源結(jié)構(gòu)分析。表3 中數(shù)據(jù)顯示，2015～2019 年間湖南農(nóng)業(yè)土地利用（不含農(nóng)業(yè)能耗）碳排放大約在0.07 億～0.09億噸CO2e 區(qū)間內(nèi)波動(dòng)下降，2019 年全省農(nóng)業(yè)土地利用碳排放量 0.079 億噸 CO2e。

表3 2015～2019 年農(nóng)業(yè)土地利用（不含農(nóng)業(yè)能耗）碳排放核算結(jié)果一覽表

種植養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)碳排放方面，湖南農(nóng)業(yè)土地利用碳排放中養(yǎng)殖業(yè)略高于種植業(yè)，在總量中約占57%～60%，2019 年占比下降較明顯，這主要是由于湖南屬于水稻和生豬大省，2019 年生豬出欄量下滑較大，牲畜養(yǎng)殖過程碳排放有明顯降低。

溫室氣體類型結(jié)構(gòu)方面，CH4造成的碳排放要略高于N2O，CH4和N2O 排放分別約占農(nóng)業(yè)土地利用碳排放的55%和45%。CH4排放來自于牲畜養(yǎng)殖，而N2O 排放90%以上來源于種植業(yè)化肥施用，事實(shí)上這兩類溫室氣體排放均處于下降周期，湖南氮肥施用量呈逐年下降態(tài)勢(shì)，而影響CH4排放的牛存欄量和豬出欄量也在近年有所下降。從長周期來看，隨牲畜養(yǎng)殖量的恢復(fù)和化肥減量化施用的深入，未來CH4排放的占比可能還會(huì)有所提升。（表3）

四、研究結(jié)論

2019 年湖南碳排放總量為 3.90 億噸 CO2e，2015～2019 年間全省碳排放總量在3.86～3.93 億噸CO2e 之間波動(dòng)。按不同的碳排放源分析，湖南以能耗碳排放為主，工業(yè)過程碳排放次之，農(nóng)業(yè)土地利用碳排放再次之。2019 年，能耗碳排放、工業(yè)過程碳排放和農(nóng)業(yè)土地利用碳排放分別占全省碳排放的76.10%、21.88%和2.02%，能耗碳排放占比略呈下降趨勢(shì)，工業(yè)過程碳排放占比略呈上升趨勢(shì)。若將工業(yè)過程碳排放計(jì)入工業(yè)源，農(nóng)業(yè)土地利用碳排放計(jì)入農(nóng)業(yè)源，則2019 年按產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)碳源比例，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)碳排放以及居民生活消費(fèi)碳排放分別占全省碳排放總量的5.28%、70.12%、1.88%、17.07%和5.80%。可見，加強(qiáng)工業(yè)部門碳減排是如期實(shí)現(xiàn)湖南“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵抓手。在具體操作舉措上，2030 年前應(yīng)主要關(guān)注工業(yè)部門節(jié)能降碳，湖南在全國碳交易試點(diǎn)上并未獲得先機(jī)，在當(dāng)前國家推進(jìn)用能權(quán)交易探索的背景下，可加快參與碳市場、用能權(quán)市場建設(shè)與融合，實(shí)現(xiàn)以市場化機(jī)制促進(jìn)能源消費(fèi)前端控制與碳效率提升相結(jié)合。在遠(yuǎn)景上，針對(duì)工業(yè)過程碳排放的相對(duì)剛性需求，應(yīng)更注重工藝技術(shù)改進(jìn)和CCS（碳捕捉和儲(chǔ)存）技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，以及森林、濕地碳匯建設(shè)，以更快地助推碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。