我国化学工业二氧化碳排放影响因素研究

范体军，骆瑞玲，2，范耀东，张莉莉，常香云

(1.华东理工大学商学院 上海 200237;2.石河子大学信息科学与技术学院 新疆 832000;3.复旦大学，上海 200052)

一、引言

全球气候持续变暖已经成为当前人类面临的主要挑战，人类活动排放的二氧化碳与气候变暖关系密切［1］。作为世界上最大的发展中国家和第二大能源生产和消费国，以及仅次于美国的二氧化碳排放国家［2］，中国面临着越来越大的压力和挑战。2009年5月20日召开的哥本哈根气候变化会议围绕着发展中国家是否应该承担减排义务展开了激烈的交锋，抑制气候变化制定合理有效的环境政策成为了国际上的研究热点。中国也一直采取政策、措施来积极应对气候变化，中央在“十一五”规划纲要明确提出，到2010年单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末要降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%，并将其列为重要的约束性指标。同时，我国政府于2009年11月26日正式宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40% －45%。因此，研究二氧化碳碳减排问题不仅有利于落实科学发展观，而且对于国家的可持续发展，减缓全球气候变化具有积极的意义。

事实上，二氧化碳减排的最有效措施是以重点领域作为突破口和重要抓手。化学工业作为工业部门中高能耗、高污染的行业之一，自然成为了我国减排工作实施的重点领域。据统计，化工行业年排放工业废水30多亿吨，工业废气1.4万亿立方米，产生工业固体废弃物8400多万吨，分别占全国“三废”排放总量的16%、7%和5%，位居工业行业的第1、4和5位。另一方面，尽管通过新的节能技术和减排技术已使我国化学工业主要耗能产品的单位能耗有不同程度的降低，但单位产品的能耗和排放与国际先进水平相比仍有一定差距。就能源利用效率而言，我国化学工业的能源效率比发达国家低10% －15%左右，一些产品单位能耗比发达国家高10% －20%左右。因此，化学行业二氧化碳减排工作的有效开展对于我国整体节能减排工作的突破和循环经济的发展具有重要现实意义和示范作用。

然而，对化学行业二氧化碳减排政策制定和实施离不开对该行业的碳减排影响因素分析。究竟哪些因素推动了能耗量的增长和碳排量的变动?哪些部门是主要的耗能部门或者是最大的碳排放源?等等，只有充分掌握上述影响碳排放的因素，才能有针对性地制定和实施有效的行业节能减排政策。因此，研究化学行业的二氧化碳排放的影响因素具有重要的理论和现实意义，并能为制定可行的行业节能减排等环境政策提供参考。

二、国内外研究现状

目前与本文研究相关的文献主要集中碳排放强度以及碳排放因素两个方面。

(1)碳排放强度

Greening等(1998)对10个OECD国家(丹麦、芬兰、法国、联邦德国、意大利、日本、挪威、瑞典、英国和美国)的生产部门(1971－1991年)进行了分析，认为生产部门能源强度下降是其碳排放强度下降的主要原因，同时能源价格等一些其他因素对碳排放强度有很大影响［3］。Zhang(2003)利用没有残差的Laspeyres方法分析了中国工业部门1990－1997年能源消费的变化，研究结果表明1990－1997年工业部门所节约能源的87.8%是由于实际能源强度下降引起的，能源下降主要体现在黑色金属、化学、非金属矿物、机械制造四个部门［4］。Wu等(2005)根据中国各省的数据，利用一种新的三层分析法研究了1996－1999年中国二氧化碳排放“突然下降”的原因，研究结果表明:工业部门能源强度下降的速度以及劳动生产率的缓慢下降是化石燃料利用二氧化碳排放下降的决定因素［5］。Fan等(2007)分析了1980－2003年一次能源利用和物质生产部门终端能源利用的碳排放强度变化情况，研究发现能源强度下降是中国碳排放强度下降的主要原因［6］。魏一鸣等(2008)在《中国能源报告(2008):碳排放研究》中对中国能源消费与碳排放进行了研究指出中国碳排放强度高于世界平均水平，但是下降较快，中国碳排放强度仍存在一定的下降空间，减缓二氧化碳排放增长的重点是降低能源强度、降低能源消费结构中的高碳能源比例、增加低碳能源消费、以及控制人口数量来实现［7］。

(2)碳排放因素

许多学者利用因素分解方法和投入产出理论，研究了二氧化碳气体排放变化的影响因素以及与环境相关的问题。Gould和 Kulshreshtha(1986)首次将最终需求、结构依存以及节约能源与萨斯喀彻温省的能源消费结合起来［8］。Rose和Chen(1991)运用投入产出结构分解方法来解释1972－1982年美国经济的中间部门的基于燃料和其他投入之间的中间燃料替代［9］。Chang和Lin(1998)利用投入产出结构分解法分析了1981－1991年台湾二氧化碳排放趋势和工业部门排放二氧化碳的变化［10］。Fan(2006)等分析了1975－2000年人口、经济、技术对中国、世界、高收入国家、较高的中等收入国家、较低的中等收入国家、低收入国家的二氧化碳排放的影响，研究发现人口、经济、技术对不同收入水平国家二氧化碳排放量的影响是不同的［11］。Michael Dalton等(2008)的研究中指出从长远的角度来看，人口老龄化会减少二氧化碳的排放，人口的年龄结构对二氧化碳的排放和能源利用等产生影响，如果在人口相对较少的情况下，排放量几乎会降低 40%［12］。Min Zhao、Lirong Tan等(2010)基于 LMDI方法利用1996年－2007年的历史数据研究了上海工业部门的碳排放影响因素，结果表明经济产出效应是推动碳排放增长的主要因素，而能源强度的降低和能源结构、产业结构的调整成为抑制碳排放增长的因素［13］。Claudia Sheinbaum等(2010)采用LMDI方法定量研究了1970－2006年间墨西哥钢铁工业部门的能耗和碳排放情况，他们指出经济活动效应使能耗在所研究时间范围内增长了227%，而结构效应和能源效率效应则分别使能耗减少5%，90%［14］。Sebastian Lozano、Ester Gutierrez(2008)运用数据包络分析(DEA)研究了人口、能耗、碳排放和GDP之间的关系［15］。牛叔文、丁永霞等(2010)以亚太八国为对象，采用面板数据模型，分析了1971－2005年间能耗、GDP和二氧化碳之间的关系，他们的研究显示发达国家的碳排放基数和能源利用率高，单位能耗和单位GDP排放的二氧化碳低，而发展中国家则相反，我国的能耗和碳排放指标所优于其他三个发展中国家，但次于发达国家［16］。Cheng F.Lee、Sue J.Lin(2001)利用投入产出结构分解的方法研究了影响台湾石化行业1984年到1994年二氧化碳排放的关键因素，通过指数分解分析、投入产出理论以及结构分解方法，识别出二氧化碳排放系数，能源强度、能源替代、增值率、中间需求、国内最终需求、最终出口需求等8个因素台湾石化行业的二氧化碳排放变化的影响，并提出了相应的政策建议［17］。

综上可以看出，尽管目前关于碳减排研究较多，但多集中在国家或者区域层面上，且大多关于西方国家和地区，而对在经济领域具有重要地位的特定工业部门研究却不多见，特别是采用定量实证分析化学工业碳排放的研究很少。

三、方法及数据来源

(一)二氧化碳排放量的估算

根据IPCC给出的温室气体排放指导方针目录(1996年修订版)，中国化学工业的二氧化碳排放量可以采用以下公式进行估算，如式(1)所示。

其中，Ei为i类能源的消费总量，Fi为i类能源的碳排放强度，这里Fi的取值见表1。

表1 各类能源的碳排放系数

(二)化学工业二氧化碳排放量变化的因素分解模型

借鉴Kaya恒等式［18］，为了分析化学工业的二氧化碳排放量变化的影响因素，可以将化学工业二氧化碳排放总量分解为以下的影响因素:化学工业能源消费总量、化学工业具体部门能源消费比例、化学工业化石能源比例、化学工业化石能源结构以及能源碳排放系数。具体公式如(2)所示，公式(2)中的参数说明如表2。

同时，针对化学工业的能源消费总量，我们建立化学工业能源消费总量与化学工业经济增长、部门结构、能耗强度之间的关系，如公式(3)所示。

表2 变量描述

为了下文叙述方便，将(2)、(3)式分别称为二氧化碳排放模型、能源消费模型。Ang(2004)［19］比较了各种不同的指数分解方法，认为对数平均指数分解法(LMDI)在其理论基础、适用性以及结果解释等方面具有优势，因此本文选择LMDI(Log－Mean Divisia Index)方法。根据 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表示现期，0表示基期，表示现期相对基期二氧化碳排放的变化量;表示由化学工业能源消费变动引起的二氧化碳排放的变动，称为能源消费效应;类似地，、、、分别表示部门能源消费效应、化学工业化石能源比例效应、化石能源结构效应、能源碳排放强度效应。根据LMDI分解方法得到如下分解结果:

(2)能源消费模型

其中ΔE表示现期相对基期化学工业能源消费量的变动;ΔEQ、ΔEis、ΔEss、ΔEei分别表示化学工业能源消费量的经济增长效应、化学工业产出比例效应、化学工业的部门结构效应、能耗强度效应。同样地，根据LMDI分解方法得到如下分解结果:

联立上述4－7式，可以得到各相关因素对二氧化碳排放量的影响:

图1 中国化学工业1996－2007年二氧化碳排放模型分解结果累积图

ΔC表示现期相对基期二氧化碳排放量的变动;ΔCEd、ΔCfe、ΔCes、ΔCec、ΔCQ、ΔCis、ΔCss、ΔCei分别表示部门能源消费效应、化学工业化石能源比例效应、化石能源结构效应、能源碳排放强度效应、经济增长效应、化学工业产出比例效应、化学工业的部门结构效应、能耗强度效应。

(三)数据来源

本文分析了1996－2007年我国主要化学工业二氧化碳排放量的变动情况。1996－2007年的各部门的工业总产值数据来源于中国工业经济统计年鉴 1997、1998、2000、2001、2002、2003、2004、2006、2007，由于未得到1998年和2004年的工业总产值，因此本文通过前后两年平均得到1998年和2004年的工业总产值。1996－2007年的二氧化碳排放量根据国家发改委能源研究所的数据计算得到。各部门的能源消费量以及煤炭、石油、天然气等的能源消耗来源于中国统计年鉴1996－2007。在本文中假定三种能源的二氧化碳排放强度保持不变，因此，ΔCec=0。

四、结果分析及讨论

能源消费、能源强度以及能源结构都与化学工业二氧化碳排放相关，另外，一些经济因素如工业总产值等也会影响化学工业二氧化碳的排放。LMDI方法可以有效地识别这些关键因素的影响程度。本文将化学工业分为化学原料及化学制品制造业、医药制造业、化学纤维制造业、橡胶制品业以及塑料制品业等5个部门。

(一)二氧化碳排放模型结果

根据(4)式，以1996年为基年，逐年变动累积得到的结果如图1所示。

结果显示，在1996年至2007年之间，中国化学工业二氧化碳排放量的变动基本上可以由能源消费量的变动来解释，化学工业化石能源结构效应、化学工业化石能源比例效应的影响其次，化学工业具体部门的能源消费效应的影响最小。从整体趋势来看，化学工业能源消费的增长增加了二氧化碳排放量，而化石能源结构效应以及化石能源比例效应的负向变化抑制了二氧化碳的排放。另外，1996年至1999年间，化学工业二氧化碳排放量是逐年减少的，主要是由这几年化学工业能源消费以及化学工业具体部门能源消费的降低所致。随着部门及总体能源消费的增加，二氧化碳排放开始出现明显增长，到2004年，出现大幅度增长，此时则主要缘于化学工业化石能源比例效应及能源消费效应，即能源消耗，尤其是大量的化石能源的消耗直接导致了二氧化碳排放量的增加。

图2 中国化学工业1996年和2007年二氧化碳排放模型分解结果

以1996年为基期，2007年为现期，根据4式的分解结果如图2。2007年相对于1996年化学工业二氧化碳排放量的变动中，能源消费效应的贡献度为172.86%，化石能源比例效应和化石能源结构效应的贡献度分别为－5.08%、－67.43%，而化学工业具体5个部门(包括化学原料和化学制品制造业、医药制造业、化学纤维制造业、橡胶制造业以及塑料制造业)的能源消费效应的贡献率仅为－0.34%。自上世纪90年代中期以后，煤炭在化石能源中的比例有所下降，石油和天然气的比重有所上升。三种化石能源中，煤炭的二氧化碳排放强度最高，石油次之，天然气最低。因此，化学工业化石能源的结构变动有利于减少二氧化碳的排放。在全球气候变暖、温室气体排放不断增加的压力下，除了调整化石能源结构以外，还应大力推进新能源(包括风电、核电和水电)的使用比例。

(二)能源消费模型结果

根据(6)式，以1996年为基年，逐年变动累积得到的结果如图(3)和(4)所示。

从图3可以看出，经济发展和能耗强度变动是影响化学工业能源消费量的最主要的两个因素，其中，经济增长增加了二氧化碳的排放，而能耗强度变动减少了二氧化碳排放。而化学工业经济效应以及化学工业具体部门结构效应的影响较小。

图4从更细致的层面反映了化学工业中具体5个部门能耗强度的变化情况。其中，化学原料和化学制品制造业以及化学纤维制造业的能耗强度下降很快，尤其在2001年以后。医药制造业、橡胶制品业以及塑料制品业的能耗强度减少较缓慢。说明化学原料和化学制品制造业以及化学纤维制造业两个部门是化学工业所有部门中能耗较高、同时经济发展也较高的部门。为了降低化学工业二氧化碳排放量，提高能源效率，应该加强化学原料和化学制品制造业以及化学纤维制造业的经济投入，同时通过改善相应设备，增加清洁能源比重，降低化石能源消费。

根据(6)式，以1996年为基期，2007年为现期，分解结果如图5所示。

(三)叠加结果

在(4)、(6)两式分解结果的基础上，根据(8)式，叠加后的结果如图6所示。

以1996年为基期，2007年为现期，叠加后的结果如图7所示。

图7全面地反映了各影响因素对1996－2007年中国化学工业二氧化碳排放量变动的贡献程度。根据图7及以上的分析，可以得到:

图3 中国化学工业1996－2007年能源消费模型分解结果累积图

图4 中国化学工业1996－2007年各部门能耗强度变化

图5 中国化学工业1996年和2007年能源消费模型分解结果

(1)经济活动和能耗强度下降是影响中国化学工业1996－2007年二氧化碳排放的两个最重要的因素。能耗强度的下降明显减少了二氧化碳的排放，但仍无法抵消经济增长导致的二氧化碳排放量的增加。

图6 中国化学工业1996－2007年叠加分解结果累积图

图7 中国化学工业1996年和2007年叠加分解结果

(2)中国整体经济增长导致的二氧化碳排放源于经济增长对能源的需求和消耗，这也造成了化学工业二氧化碳减排与其经济发展之间的矛盾。为了在减少二氧化碳排放的同时不会抑制经济的发展，需要考虑更多的因素，如化石能源的减少，能源结构的优化，部门结构的调整等等。

(3)由图7可以看出，化学工业的经济发展反而会降低其二氧化碳的排放，因此，应继续关注我国化学工业的生产和发展，加大投入。

(4)能耗强度的下降无疑是化学工业二氧化碳减排最有力的贡献因素，因此，为了提高化学工业的能源利用效率，降低二氧化碳排放，需要不断降低能耗强度，可以通过增加研发投入、改进技术以及改善相应设备、增加新能源比重入手。

(5)化学工业具体部门结构的变动会增加能源的消费量，因此需要调整各部门的结构，关注高耗能部门(化学原料和化学制品制造业以及化学纤维制造业)的能源消费，增加较低耗能部门的投入，以期降低能源消耗。

(6)化学工业能源结构的优化减少了二氧化碳的排放，虽然相对而言，能源结构的贡献率不是很大，但是能源结构的优化作为战略性的减排政策是非常重要的，尤其是大力发展核能、风能以及太阳能等非化石能源。

五、结束语

全球气候变化是当今世界最受瞩目的问题之一，减少二氧化碳排放、节约能源已经成为世界各国关注的焦点。而化学工业是国民经济的支柱产业同时也是高耗能、高排放的产业。本文通过LMDI因素分解法将化学工业二氧化碳排放变动影响因素分为部门能源消费、化学工业化石能源比例、化石能源结构、能源碳排放强度、经济增长、化学工业产出比例、化学工业的部门结构、能耗强度等8个因素，并对其贡献度作了分析比较。研究发现，经济增长和能耗强度对化学工业二氧化碳排放量的影响最大，其次是化学工业经济效应，能源结构及具体部门结构影响最小。分析结果不仅对于我国化学工业二氧化碳减排具有十分重要的意义，而且对于我国其他工业部门的二氧化碳减排也具有借鉴意义。

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