碳排放的一些基本數據

今天，我們可能很希望了解實現碳減排或碳中和的具體路徑，了解碳排放的根本來源，以及被消耗的碳資源的最終服務領域。從源頭和去向上分析碳排放產生的原因，可以幫助我們更好地理解資源、經濟發展和控制排放之間的關系。在此之前，我們有必要對一些基礎數據進行概括性地分析。

以下的內容主要是圖表形式展現，在第一部分中列出了：

? 中國與全世界人均碳排放數據和對比

? 扣除國際貿易影響的實際碳排放水平

? 中美兩國全球碳排放占比變化

? 碳排放的來源

? 各行業碳消費的比例關系

? 單位GDP能耗

? 能源生產的單位碳消耗

? 人均GDP增長與人均碳消耗的對比

中國的人均碳排放在2019年達到了7噸左右。下面的這個曲線表明，從2000年開始，隨著中國加入世界貿易組織，加入全球化發展，給中國經濟發展帶來巨大動力，從2000年2.5噸左右的人均碳排放，快速增長至7噸。

圖1. 中國人均碳排放數據

盡管人均碳排放發展迅速，與全球人均碳排放相比，中國的人均碳排放仍低于主要發達經濟體：美國、加拿大、澳大利亞、日本、韓國。同時低于以能源出口為主要經濟形式的沙特、阿聯酋、土耳其、蒙古、哈薩克斯坦。基本與墨西哥、智利、阿根廷、埃及持平。

圖2. 2019年全球人均碳排放對比

當我們衡量或比較全球碳排放量時，往往是基于全社會生產的排放量，即，一個國家自己境內產生的碳排放量。實際上，這些生產的一部分被用來作為國際貿易，輸出到其它國家，也就是替其它國家實現了碳排放（反之亦然，進口碳排放）。

為了發掘實際用于自身消費的碳排放數據，正確估算消耗碳排放值，去除貿易影響，顯示實際的消費碳值，有下面的消費碳排放數據。

目前，中國每年有100億噸碳排放，其中有10億噸碳排放與出口相關，剩余的90億噸是中國國內消費產生的。

圖3. 年度實際碳排放總量與基于消費的碳排放量對比

全球范圍內，誰的排放最多？歷史情況如何？

以下是中美兩國在全球碳排放所占比例的對比。到2019年，中國碳排放占全球的28%，美國已經下降為15%. 美國在一戰到二戰之間，成為全球經濟領導者，當時全球的碳排放占全球總量的一半。

圖4. 中美碳排放全球占比變化

排放總量與經濟總量、人口直接相關。中國在近二十年中，快速成長為全球第二大經濟體，同時人口第一，碳排放占比達到28%有深刻的意義。下圖是全球碳排放地圖，主要經濟體、人口大國的碳排放占主導地位。中國、美國、俄羅斯、日本、印度、印尼、伊朗、加拿大、澳大利亞、德國、巴西、墨西哥、南非、沙特、土耳其等國家碳排放占比較高。

圖5. 2019年全球不同國家與地區碳排放占比

那么碳的來源是什么呢？

碳排放的主要來源是燃燒化石燃料，以及工業生產水泥造成的。

下圖是中國碳排放來源及其變化。包括：煤炭，石油，天然氣，水泥生產等。可見，碳排放的來源與能源結構直接相關，而且會隨著社會發展，結構發生變化。2000年后，中國的煤炭用量劇增，石油與天然氣的占比也在增加。

圖6. 中國的碳排放來源

圖7. 中國碳排放來源的各自占比

上面的圖表著重于二氧化碳。但是，二氧化碳并不是唯一的溫室氣體。其他氣體，包括甲烷和一氧化二氮，也對全球變暖產生了重大影響。下面的圖表是各個行業消費的等效二氧化碳溫室氣體排放值。

圖8. 2016年中國各個行業等效碳排放數據

由于能源對碳排放的貢獻很大，因此減少能源消耗不可避免地有助于減少排放。但是，一些能源消耗對于人類的福祉和生活水平的提高至關重要。

因此，單位GDP能耗密度是一個更有意義的指標。它可以衡量單位國內生產總值所消耗的能源數量。它有效地表明一個國家使用能源的效率。較低的能耗密度意味著每單位GDP需要的能源更少。

圖9. 中國的單位GDP能耗密度

由上圖可見，中國的單位能耗密度持續降低，說明中國在技術進步與節能減排方面做出的巨大努力。下面的圖是對比中國與世界其它國家或地區在能耗密度上的差別。中國當時（2016年）與加拿大、俄羅斯、沙特、伊朗基本持平，略高于澳大利亞；低于美國、歐洲的平均水平。

圖10. 2016年全球能耗密度對比

上圖所示的能耗密度是監測各國在減排方面的一項重要指標。另一個關聯的關鍵部分是碳排放密度，即：每單位能源排放的二氧化碳量，也是越小越好。

圖11. 中國單位能源所消耗的碳值

圖12. 全球單位能源消耗碳值對比（2016年）

實際上，我們可以通過以下方式減少排放量：1）使用更少的能源；2）使用低碳能源。目前，全球都在更快地推動新能源發展，隨著我們將能源結構向低碳能源（例如可再生能源或核能）過渡，我們每單位能源排放的碳量就可以減少。

碳排放是不是意味著GDP增長越快，排放就越多？

為了減少排放并同時實現繁榮，我們必須將經濟增長與碳排放脫鉤。以下是中國的人均碳排放和人均GDP變化數據，可見中國承擔了發展的責任，GDP增速遠高于碳排放增速。從2010年以來的10年，中國的人均碳排放數據基本維持穩定。

圖13. 中國的人均碳排放和人均GDP變化數據

全球溫室氣體排放來自何處？

全球每年大概產生50億噸二氧化碳排放，為了防止這種溫室氣體引起更快速的氣候變化，我們需要制定減排指標。為了弄清楚如何有效地減排，我們首先需要明白排放從何而來。

下面這張圖表顯示了2016年全球溫室氣體排放量的細分。這是《氣候觀察》和世界資源研究所發布的最新的按行業劃分的全球排放量細分。

圖14. 各行業碳排放占比

從該圖可以看到，總體而言，近四分之三的排放量來自能源使用。幾乎有五分之一來自農業和土地使用 （當我們將整個糧食系統（包括加工、包裝、運輸和零售）考慮在內時，這一比例增加到四分之一）；其余8％來自工業和廢物。

為了解每個行業類別中包含的內容，我對每個行業進行了簡短描述。這些描述來自政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的《第五次評估報告》。

排放來自許多部門：我們需要許多解決方案來使經濟脫碳

從下面的細分中可以明顯看出，全球排放的原因是多方面的。這意味著僅靠電力、運輸、食物或控制森林砍伐是不夠的，沒有單一或簡單的解決方案來應對氣候變化。

即使在占排放量近四分之三的能源部門內，也沒有簡單的解決方法。即使我們可以完全減少電力供應的碳排放，我們也需要使所有供暖和交通運輸電氣化。而且，我們仍然需要處理來自航運和航空業的排放——目前還沒有低碳技術來應對這些排放。

為了達到凈零排放，我們需要在許多領域進行創新。單一的解決方案將使我們無法實現目標。

讓我們一步一步地瀏覽餅圖中的每個部分和子部分。

能源（電力，熱力和交通）：73.2％

→ 工業能耗：24.2％

鋼鐵（7.2％）：鋼鐵生產中與能源有關的排放。

化學和石化（3.6％）：與化肥，制藥，制冷劑，油氣提取等生產相關的能源相關排放。

糧食和煙草（1％）：煙草制品生產和食品加工中與能源有關的排放（將農產品原料轉化為最終產品，例如將小麥轉化為面包）。

有色金屬（0.7％）：有色金屬是鐵含量很少的金屬：包括鋁，銅，鉛，鎳，錫，鈦和鋅，以及黃銅等合金。這些金屬的制造需要能量，這會導致排放。

紙和紙漿（0.6％）：與木材轉化為紙和紙漿相關的能源相關排放。

機械（0.5％）：機械生產中與能源有關的排放。

其他行業（10.6％）：其他行業的制造業與能源相關的排放，包括采礦和采石，建筑，紡織，木材產品和運輸設備（例如汽車制造業）。

→ 運輸：16.2％

這包括少量的電力（間接排放）以及燃燒化石燃料到電力運輸活動的所有直接排放。這些數字不包括機動車輛或其他運輸設備制造過程中的排放量–包括在之前的“工業能源使用量”中。

公路運輸（11.9％）：包括汽車，卡車，卡車，卡車，摩托車和公共汽車在內的各種形式的公路運輸所燃燒的汽油和柴油所產生的排放。公路運輸排放量的60％來自乘客旅行（汽車，摩托車和公共汽車）；其余的40％來自公路貨運（貨車和卡車）。這意味著，如果我們可以使整個道路運輸行業電氣化，并過渡到完全脫碳的電力結構，則可以將全球排放量切實減少11.9％。

航空（1.9％）：旅客旅行和貨運以及國內和國際航空的排放。航空排放量的81％來自旅客旅行；和19％的運費。7客運航空的排放量中有60％來自國際旅行，而40％來自國內。

運輸（1.7％）：船上汽油或柴油燃燒產生的排放。這包括客運和貨運海上旅行。

鐵路（0.4％）：客運和貨運鐵路旅行的排放量。

管道（0.3％）：燃料和商品（例如，石油，天然氣，水或蒸汽）通常需要通過管道運輸（在國家內部或國家之間）。這需要能量輸入，從而導致排放。劣質的管道也可能泄漏，導致甲烷直接排放到大氣中-但是，這方面被歸類為“能源生產中的散逸性排放”。

→ 建筑能耗：17.5％

住宅建筑（10.9％）：照明，電器，炊具等的發電和家庭取暖所產生的與能源有關的排放。

商業建筑（6.6％）：照明，電器等的發電以及辦公室，飯店和商店等商業建筑中與暖氣有關的能源相關排放。

→ 未確定的燃料燃燒（7.8％）

其他燃料產生的能源相關排放，包括電力和生物質熱；現場熱源；熱電聯產（CHP）；核工業；和抽水蓄能。

→ 能源生產產生的逸散排放：5.8％

石油和天然氣的逸散排放（3.9％）：逸散是在油氣提取和運輸過程中，由于損壞或維護不善的管道，甲烷經常偶然泄漏到大氣中。這還包括火炬——在石油設施中故意燃燒天然氣。油井在開采過程中會釋放出包括甲烷在內的氣體——生產商通常沒有現有的管道網絡來運輸它，或者提供有效捕獲和運輸所需的具備成本效益的基礎設施。但是根據環境法規，他們需要以某種方式處理它：故意燃燒它通常是一種廉價的方法。

煤炭的逸散排放（1.9％）：逸散排放是煤礦開采過程中甲烷的意外泄漏。

→ 農業和漁業能源消耗（1.7％）

在農業和漁業中使用機械產生的與能源有關的排放，例如農業機械和漁船的燃料。

直接工業過程：5.2％

水泥（3％）：二氧化碳的產生是化學轉化過程的副產品，該化學轉化過程用于生產水泥的組成部分熟料。在該反應中，石灰石（CaCO3）轉化為石灰（CaO），并產生副產物CO2。水泥生產還從能源輸入中產生排放物-這些相關的排放物包括在“工業能源使用”中。反過來，如果能夠利用石灰與CO2結合，重新生成碳酸鈣，則是典型的碳捕集與封存技術。

化學品和石化產品（2.2％）：溫室氣體可以作為化學過程的副產品產生，例如，在生產氨的過程中會排放CO 2 ，該氨用于凈化水源，清潔產品以及作為制冷劑，并用于生產許多材料，包括塑料，化肥，農藥和紡織品。化學和石化制造業也從能源輸入中產生排放物-這些相關的排放物包括在“工業能源使用”中。

廢棄物：3.2％

廢水（1.3％）：動植物，人類及其廢物中的有機物和殘留物可以收集到廢水系統中。當該有機物分解時，會產生甲烷和一氧化二氮。

垃圾填埋場（1.9％）：垃圾填埋場通常是低氧環境。在這些環境中，有機物分解時會轉化為甲烷。

農業，林業和土地利用：18.4％

農業，林業和土地利用直接占溫室氣體排放的18.4％。整個食品系統（包括制冷，食品加工，包裝和運輸）約占溫室氣體排放量的四分之一。我們在這里詳細介紹一下。

草地（0.1％）：當草地退化時，這些土壤會失去碳，在此過程中轉化為二氧化碳。相反，當恢復草地（例如從農田中）時，碳會被隔離。因此，此處的排放是指這些碳損失以及來自草地生物量和土壤的碳損失的凈余額。

耕地（1.4％）：根據耕地使用的管理方法，碳可能會損失或封存到土壤和生物量中。這影響了二氧化碳排放的平衡：耕地退化時會排放出CO2。或在恢復時被隔離。碳庫的凈變化被記錄在二氧化碳的排放中。這不包括牲畜放牧地。

砍伐森林（2.2％）：林業覆蓋面變化產生的二氧化碳凈排放量。這意味著重新造林被算作“負排放”，毀林被算作“正排放”。因此，林業凈變化是林業損失與收益之間的差額。排放是基于森林中失去的碳儲量以及森林土壤中碳儲量的變化而產生的。

焚燒農作物（3.5％）：焚燒農業殘留物（稻米，小麥，甘蔗和其他農作物等農作物的剩余植被）會釋放二氧化碳，一氧化二氮和甲烷。農民經常在收獲后焚燒農作物殘余物，以備收農作物的土地。

水稻種植（1.3％）：淹水的稻田通過稱為“厭氧消化”的過程產生甲烷。由于水淹稻田的低氧環境，土壤中的有機物轉化為甲烷。1.3％似乎很可觀，但重要的是要說明這一點：大米約占世界卡路里供應量的五分之一，是全球數十億人口的主要農作物。

農業土壤（4.1％）：將合成氮肥施用于土壤時會產生一氧化二氮（一種強溫室氣體）。這包括農業土壤中所有農產品的排放，包括人類直接食用的食物，動物飼料，生物燃料和其他非糧食作物（如煙草和棉花）。

牲畜和糞肥（5.8％）：動物（主要是反芻動物，例如牛和羊）通過“腸內發酵”過程產生溫室氣體-當消化系統中的微生物分解食物時，它們會產生甲烷作為副產物。這意味著牛肉和羊肉往往具有較高的碳足跡，少吃東西是減少飲食中碳排放的有效方法。

一氧化二氮和甲烷可由低氧條件下的動物糞便分解產生。當在狹窄區域（例如奶牛場，牛肉飼養場，豬場和家禽場）管理大量動物時，通常會發生這種情況，在這些區域中，糞便通常以大堆存儲或在瀉湖和其他類型的糞便管理系統中處置這里的“牲畜”排放僅包括牲畜的直接排放–他們不考慮土地用途變化對牧場或動物飼料的影響。

圖15. 2016年中國各行業碳排放

碳達峰碳中和與經濟發展的關系

中國要在2030年實現碳達峰，2060年實現碳中和。同時，中國要在2050年前后，新中國成立100周年時，成為中等發達國家。

圖16. 全球GDP對比。

這意味著，中國的人均GDP在等同2019年數據情況下，需要增長到3萬到4萬美元。按照當前與這個人均GDP對應的人均碳排放應為10～15噸。

所以實現碳達峰、碳中和的目標是非常有挑戰的，

→ 首先是經濟需要繼續增長，繼續提升人均GDP水平，勢必增加人均碳排放數量

→ 目前的碳排放構成，在燃料線上，主要是煤炭的消耗。如何減少煤炭消耗，或者減少使用煤炭的碳排放（CCUS）是非常困難的

→ 從行業分析，電力/取暖/制造/建筑等是產生碳排放的主要需求。如何改變電力生產的結構、改變取暖方式，使用更多的清潔能源、可再生能源，同時保障經濟發展和生產生活需求，非常困難。

盡管挑戰艱巨，但實現路徑可以從兩個方面入手：

從源頭入手，對于碳排放源：煤炭、石油、天然氣、水泥的使用進行結構化調整。根據資源分配和能源安全保障設定配額目標。總體上，如果能夠更多地使用天然氣，將對碳減排起到非常關鍵的作用。如果無法減少煤炭使用，應該對碳使用從源端測算碳排放的價格，然后在消費端通過稅收補償碳捕集、封存和利用的支出。這是碳市場最基本的定價原則，通過消費端的征收，可以分步調整稅額，按照2030～2060兩個目標調整稅額，實現平穩過渡。消費端征收還可以避免“碳資產走私”行為。

從終端消費行業入手，推進節能減排。最重要的還是市場手段，為碳資產定價，首先可以引導能源結構轉型，由富碳的化石能源向清潔能源和可再生能源轉移。能源結構的變化將改變消費方式，再電氣化以及其它工業生產所需的還原劑的使用將改變交通、工業和建筑等高碳排放行業向節能環保方向轉變，同時也會改變碳資產的價值，形成正向的反饋，加速減排目標的實現。

另外，對于碳減排不要一哄而上，以能源為例，當前碳減排首要的工作是向清潔能源和可再生能源轉型，從發電側入手；電網側為碳減排主要是提供傳輸和分配服務，在任務節奏上要分清主次；在交通、工業和建筑領域對再電氣化、氫的利用等還是要以市場為主導，為碳稅立法，強化碳資產定價，政府主導招標采購碳捕集、封存與再利用等方案，任何政策的推進應該以科學測算為基礎，避免資本狂歡，概念炒作。