水泥工业碳排放强度及脱钩弹性分析

石建屏，徐黎黎，孙会宁，王忠祥，申东

(1.绵阳职业技术学院材料工程系，四川绵阳 621000；2.绵阳师范学院资源环境工程学院，四川绵阳 621000)

水泥工业碳排放强度及脱钩弹性分析

石建屏1，徐黎黎1，孙会宁1，王忠祥1，申东2

(1.绵阳职业技术学院材料工程系，四川绵阳 621000；2.绵阳师范学院资源环境工程学院，四川绵阳 621000)

水泥工业是CO2的主要排放源，采用IPCC碳排放模型测算2006—2015年水泥工业碳排放量及碳排放强度，并运用Tapio脱钩指标对经济增长与碳排放脱钩弹性进行测评，为水泥工业发展规划、制定节能减排政策提供依据。研究表明，单位GDP碳排放强度从2006年的0.37 t/万元下降到2015年的0.23 t/万元，“十一五”、“十二五”期间分别下降了21.89%和22.83%；2015年我国经济增长与水泥工业碳排放呈现强脱钩状态，表明减少碳排放具有明显效果，主要原因是水泥产量出现显著下降。

水泥工业；碳排放；排放强度；GDP；脱钩弹性

2015年我国水泥产量23.48亿t，约占世界水泥总产量的60%，人均水泥累计消费量已经达到发达国家峰值水平。尤其值得关注的是，2015年水泥需求量呈现出25年来首次大幅度的负增长，比2014年减少1.3亿t，同比增速下滑超过5%，我国水泥消费进入饱和或下降期的特征已显现。水泥生产消耗大量资源及煤、电等能源，释放出CO2温室气体[1]。水泥工业是工业部门中CO2的主要排放源之一[1-2]。许多学者从人口、资源、环境、经济等角度研究了水泥工业碳减排问题，建立数学模型并测算碳排放量及其强度，提出了一系列减少碳排放量的有效措施及对策建议[3-7]。同时，国内学者应用Tapio脱钩指标对全球CO2排放最多的18个国家和中国部分省市在研究期内的碳排放与经济增长脱钩弹性进行了比较分析[8-9]。本文主要根据2006—2015年中国水泥产量、综合能耗、国内生产总值和人口等统计数据，计算水泥工业“十一五”和“十二五”期间碳排放量及其强度，并应用Tapio脱钩理论分析节能减排效果，以期为实现水泥工业可持续发展提供参考。

1 碳排放强度与脱钩弹性研究方法

1.1 碳排放计算公式

根据水泥生产基本原理，水泥工业CO2排放主要由燃料燃烧、碳酸盐分解、电能消耗、有机碳燃烧4部分构成。在实际生产中，电能消耗产生的CO2仅占4%，有机碳燃烧产生的CO2仅占1.23%，两者所占比例很小[1-2]。基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)《国家温室气体排放清单指南》CO2排放量数学模型[8]，结合我国水泥实际生产情况，将CO2排放强度分为两部分：原料煅烧时的CO2排放强度E1；水泥加工中的CO2排放强度E2。

(1)

式中，TE为水泥工业碳排放量，t；E为水泥单位产品碳排放强度，t/t；Q为水泥工业产量，t；ei为第i种燃料或原料的碳排放系数，t/t；ri为单位水泥产品第i种燃料或原料的消耗定额，t/t。[1-2]

单位GDP碳排放强度是指碳排放量与国内生产总值(GDP)的比值(t/万元)，反映了经济增长对高能耗产业的依赖程度，是低碳经济发展水平的评价指标。

1.2 脱钩弹性模型

脱钩是一个衡量经济增长、物质消耗和生态环境间的现状关系，衡量经济可持续性发展的工具。脱钩弹性是一种对脱钩状态的具体数值衡量，主要指碳排放变化率相对于地区GDP的变化比率。根据脱钩弹性值的大小可以将脱钩分成不同状态，其中所区分的不同状态即为脱钩指标。Tapio在研究1970—2002年欧洲经济增长与碳排放之间的关系时，引入交通运输量作为中间变量，将脱钩弹性分解为GDP与交通运输量之间的脱钩弹性和交通运输量与碳排放总量之间的脱钩弹性[9]，脱钩弹性计算公式为：

e(CO2,GDP)=(ΔCO2/CO2)/(ΔGDP/GDP)

(2)

式中，e(CO2, GDP)表示CO2排放与GDP增长之间的脱钩弹性。依据弹性值的大小，Tapio将脱钩划分为8种不同的状态，分别称之为强脱钩、弱脱钩、衰退脱钩、强负脱钩、弱负脱钩、扩张负脱钩、增长连结、衰退连结，如表1所示[9]。

表1 Tapio 8个等级与弹性值比照表

2 水泥工业碳排放与经济脱钩分析

2.1 水泥产量与GDP动态特征

2006—2015年我国水泥产量与GDP动态变化情况如图1所示。2006—2014年我国水泥产量连续增加，“十一五”、“十二五”期间增长率分别为12.06%和4.68%，其增长幅度逐步放缓，2013—2014年较为明显，尤其是2015年水泥产量23.48亿t，比2014年减少1.3亿t，同比下滑超过5%。2015年对于水泥行业的发展而言是非同寻常的一年，水泥需求呈现出25年来的首次大幅度负增长。近10年来，我国城镇化率以每年一个百分点的速度不断提升，城市建设必不可少的水泥的年消费量随之持续增长[1,10]。我国目前水泥人均累计消费量已经达到发达国家峰值水平(20～22 t)，水泥消费进入饱和阶段，即下降期拐点的特征已经显现。

注：数据来源于《中国统计年鉴》(2006—2015)。图1 2006—2015年中国水泥产量与GDP动态变化情况Fig.1 Dynamic change between cement output and GDP in China from 2006 to 2015

2.2 水泥工业碳排放强度动态特征

2006—2015年水泥工业碳排放量和碳排放强度如图2所示，水泥生产燃料或原料的消耗定额(ri)和碳排放系数(ei)来源于2006—2015年《中国水泥统计年鉴》等文献资料。由图2可以看出，2006—2014年水泥工业碳排放量逐年增长，而2015年碳排放绝对值出现下降拐点，为15.29亿t。2006—2015年，水泥工业碳排放强度呈波动式下降趋势，单位GDP碳排放强度从2006年的0.37 t/万元下降到2015年的0.23 t/万元，“十一五”、“十二五”期间分别下降了21.89%和22.83%，下降幅度没有明显变化。“十三五”期间，随着我国水泥消费量达到峰值并进入饱和下降阶段，预计碳排放量也将逐年降低，对于我国碳排放量绝对减排和单位GDP碳排放强度下降具有重要意义。

图2 2006—2015年水泥工业碳排放量和强度动态变化情况Fig.2 Carbon emission amount and intensity of cement industry from 2006 to 2015

2.3 水泥工业碳排放与经济增长脱钩动态特征

基于以上讨论与分析，分别计算2006—2015年我国水泥工业碳排放量变化率和GDP变化率，应用脱钩弹性模型计算得到10年间我国水泥工业碳排放与经济增长之间的脱钩弹性值，并把脱钩弹性值e依据Tapio脱钩指标的8种状态进行划分，判定各年份碳排放与经济增长的脱钩关系，如表2所示。

从表2中可以得出以下结果：2006—2008年和2010—2012年，碳排放和经济发展均处于弱脱钩状态，碳排放的增长率小于经济增长率，说明这几年低碳效果明显；2009年出现扩张负脱钩，碳排放的增长率大于经济增长率，说明2009年低碳效果差；2013年碳排放和经济发展的脱钩关系出现增长连结，说明碳排放增长率与经济增长率间的大小出现波动，低碳减排效果也出现变化；2015年出现强脱钩，表明该年的碳排放总量低于上一年的碳排放总量，而经济却保持持续增长。

表2 2006—2015年中国水泥工业碳排放与经济增长脱钩弹性计算结果

2.4 相关结果分析

水泥产量下降的主要原因是我国过去以固定资产投资拉动经济增长的发展模式正在发生改变。2015年，在水泥需求下游行业中，房地产和基建整体表现乏力，尤其是房地产投资增速出现断崖式下滑，从2014年的10.3%直线下降到2015年的1%，房地产投资增速降幅已经连续两年接近10个百分点，这是导致水泥需求快速减少的直接原因[10]。

随着我国经济发展方式的转变，国内市场对水泥总量的需求由平缓增长逐步转为平稳下降。发达国家的经验表明，水泥消费量在随着经济发展而增长到一定程度后，将处于稳定或开始回落状态。人均水泥累计消费量与城镇化率存在关联性，2015年我国城镇化率达到56.1%，人均水泥累计消费量已达到美国、法国、德国、日本等发达国家的水泥消费峰值[11]。水泥需求总量的降低为确保我国在巴黎会议承诺的2030年实现CO2总量绝对减排的目标创造了条件。水泥工业面对产能过剩加剧导致的市场恶性竞争，行业利润水平下降，企业经营陷入困境，产业提升是可行途径之一。

3 结论

(1)2015年，我国水泥工业碳排放量为15.29亿t，出现下降拐点，实现水泥工业CO2的绝对减排，为我国水泥工业转型升级创造了良好机会。主要原因是我国经济结构正处于转型期，房地产投资增速出现大幅度下滑。

(2)水泥工业单位GDP碳排放强度从2006年的0.37 t/万元下降到2015年的0.23 t/万元，“十一五”、“十二五”期间分别下降了21.89%和22.83%，对于我国完成2020年单位GDP碳减排任务具有重要作用。

(3)2015年我国经济增长与水泥工业碳排放呈现强脱钩状态，表明该年度在减少产能过剩、碳减排方面取得明显效果。根据发达国家经验，未来我国水泥工业碳排放与经济增长脱钩状态可能在强脱钩和弱脱钩之间变化。

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Analysis on Carbon Emission Intensity and Decoupling Elasticity of Cement Industry in China

SHI Jian-ping1, XU Li-li1, SUN Hui-ning1, WANG Zhong-xiang1, SHEN Dong2

(1.Department of Materials Engineering, Mianyang Occupation Technical College, Mianyang 621000, China; 2.School of Natural Resource and Environmental Engineering, Mianyang Normal University, Mianyang 621000, China)

The cement industry is a major emission source of greenhouse gas-carbon dioxide (CO2). The methodology provided by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) was used to estimate the amount and intensity of carbon dioxide (CO2) emission in China’s cement industry from 2006 to 2015. Tapio decoupling model was used to study the decoupling relationship between the economic growths and carbon emissions, and this provided references for development-planning and policy-making of carbon emission reduction in the cement industry. The results indicated that the carbon emission intensity per GDP decreased from 0.37 ton/10 000 yuan in 2006 to 0.23 ton/10 000 yuan in 2015, by 21.89% and 22.83% in comparison with the 11thand 12thFive-Year-Plan periods. The relationship between economic growth and carbon emissions in 2015 appeared to be high-intensity decoupling status, which showed clear effect in carbon emission reduction. The reason for this was the significant output drop in cement industry.

cement industry; carbon emission; emission intensity; GDP; decoupling elasticity

2016-06-02

全国建材职业教育教学指导委员会科研课题(JCZY1509)；四川省教育厅科研项目(16ZB0461)

石建屏(1963—)，女，四川巴中人，教授，研究方向为分析化学、环境监测与评价，E-mail：lixinshijianping@163.com

10.14068/j.ceia.2017.01.009

X22

A

2095-6444(2017)01-0035-03