第5章 碳排放及其市场交易

5.1 碳足迹的计算方法

5.1.1 碳足迹的概念

“足迹”这个概念最早起源于哥伦比亚大学的Rees和Wackernagel提出的生态足迹的概念，即要维持特定人口生存和经济发展所需要的或者能够吸纳人类所排放的废物的、具有生物生产力的土地面积。碳足迹源于生态足迹的概念，最早出现于英国，并在学界、非政府组织和新闻媒体的推动下迅速发展起来。

碳足迹虽然起源于生态足迹的概念，却有其特定的含义，即考虑了全球变暖潜能（GWP）的温室气体排放量的一种表征。关于碳足迹的概念，目前社会各界的定义各不相同。争议主要有两个方面，一是碳足迹的研究对象是CO2的排放量还是用CO2当量表示的所有温室气体的排放量（下文简称为CO2当量排放量）；二是碳足迹的表征是用重量单位还是土地面积单位。

维德曼等列出了碳足迹的不同定义，并对碳足迹的概念进行了明确的界定和探讨。他们将碳足迹定义为：一项活动中直接和间接产生的CO2排放量，或者产品的各生命周期阶段累积的CO2排放量，并明确指出碳足迹是对CO2排放量的衡量，且用重量单位表示。哈蒙德（Hammond）在《Nature》上发表文章，强调碳足迹是一个人或一项活动所产生的“碳重量”，甚至建议称碳足迹为“碳重量”。而欧盟对碳足迹的定义是指一个产品或服务的整个生命周期中所排放的CO2和其他温室气体的总量。荷威奇（Hertwich）和波都（Baldo）等学者也将碳足迹定义为一个产品的供应链或生命周期所产生的CO2和其他温室气体的排放总量。

综合碳足迹的各种定义发现，大多数学者都用重量单位来表征碳足迹，而以CO2排放量和CO2当量排放量为研究对象的学者均不少。因此，本节认为碳足迹概念在维德曼和敏克斯定义的基础上进一步修改比较合理，即一项活动、一个产品（或服务）的整个生命周期、或者某一地理范围内直接和间接产生的CO2排放量（或CO2当量排放量）。这里值得注意的是碳足迹的定义要合理、清晰、一致，以便保证所开展的碳足迹计算的准确性和科学性。

5.1.2 碳足迹分类

根据对碳足迹研究对象和研究尺度等的不同，碳足迹的分类也不尽相同。例如，按照研究对象不同，碳足迹可分为产品碳足迹、企业碳足迹和个人碳足迹；按照研究尺度不同，碳足迹可分为国家碳足迹、区域碳足迹和家庭碳足迹；按照计算边界和范围不同，碳足迹又可分为直接碳足迹和间接碳足迹。此外，也可以按照国际气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）的分类方法，按部门不同将碳足迹分为能源部门碳足迹、工业过程和产品使用部门碳足迹、农林和土地利用变化部门碳足迹、废弃物部门碳足迹等。

产品碳足迹是指产品或服务从摇篮到坟墓的整个生命周期中所产生的CO2排放量（或CO2当量排放量）。企业碳足迹指在企业所界定的范围内产生的直接和间接CO2排放量（或CO2当量排放量）。个人碳足迹是指每个人日常生活中的衣、食、住、行等所导致的CO2排放量（或CO2当量排放量）。目前网络上流行的碳足迹计算器多用来估算个人、家庭、企业和产品的碳足迹。安德鲁斯（Andrews）经过统计发现，76个在线碳足迹计算器中有52个是计算个人和家庭碳足迹的，12个是计算工业碳足迹的，10个是计算企业碳足迹的，只有两个是计算产品碳足迹的。

5.1.3 碳足迹的计算方法

碳足迹的计算方法多种多样，包括投入产出法（Input-Output, I-O法）、生命周期评价法（Life Cycle Assessment, LCA）、《2006年IPCC国家温室气体清单指南》计算方法（下文简称为IPCC法）、碳足迹计算器等，而尤以I-O法、LCA法和IPCC法应用较多。

1．投入产出法

投入产出法（I-O法）是由美国经济学家瓦西里·列昂惕夫（Wassily Leontief）创立的，目前已经作为一种成熟的工具，广泛应用于经济学领域。I-O法利用投入产出表进行计算，通过平衡方程反映初始投入、中间投入、总投入，中间产品、最终产品、总产出之间的关系，反映其中各个流量之间的来源与去向，也反映了各个生产活动、经济主体之间的相互依存关系。I-O法将深刻复杂的经济内涵与简洁明了的数学表达形式完美结合，是经济系统分析不可替代的工具。

目前已有不少学者应用I-O法进行碳足迹的计算。根据研究对象与周边地区的贸易类型不同，I-O法可分为单边投入产出模型（Single-Region Input-Output, SRIO）、双边投入产出模型（Two-Region Input-Output, TRIO）和多边投入产出模型（Multi-Region Input-Output, MRIO）。3种模型对应的贸易类型如图5-1所示，图5-1（a）中各个国家或区域之间是相互独立的，不存在贸易交换；图5-1（b）中各区域之间存在单向贸易，但不存在反馈环；图5-1（c）中不仅考虑了区域间的相互贸易，而且考虑了相互贸易之间的反馈环。I-O法是一种自下而上的计算方法，计算过程缺少详细的细节，但模型一旦建立比较省时、省力，比较适合于宏观尺度上温室气体排放的计算。

2．生命周期评价法

生命周期评价法（LCA法）是评估一个产品、服务、过程或活动在其整个生命周期内所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法，是传统的从“摇篮”到“坟墓”的计算方法。LCA法已经纳入ISO 14000环境管理体系，具体包括互相联系、不断重复进行的4个步骤：目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释。

LCA法是一种自上而下的方法，计算过程比较详细和准确，适合于微观层面碳足迹的计算。目前其在碳排放评估方面的应用主要集中于产品或服务的碳足迹计算，且已有成熟的相关标准供参考，如英国标准协会颁布的面向公众的标准（Publicly Available Specification, PAS）2050:2008，正在制定的碳足迹标准ISO 14067。

由于LCA法和I-O法各有优、缺点（见表5-1），因此有学者提出了一种将LCA和I-O结合在一起的混合LCA法，其融合二者之长以补其短。虽然混合LCA法已有十多年的历史，然而几乎没有用于碳足迹方面的研究。

3. IPCC计算方法

IPCC方法是指联合国气候变化委员会编写的《国家温室气体清单指南》，其提供了计算温室气体排放的详细方法，并成为国际上公认和通用的碳排放评估方法。在最新修订版本IPCC 2006中，IPCC方法将研究区域分为能源部门、工业过程和产品使用部门、农林和土地利用变化部门、废弃物处置部门四大部门。

（1）能源部门是指依靠能源燃烧驱动的经济体部门。能源部门通常是温室气体排放清单中最重要的部门，一般占CO2排放量的90%以上和温室气体总排放量的75%。

（2）工业生产过程和产品使用部门是指从工业过程、产品中使用温室气体、化石燃料碳的非能源使用（即作为原料）产生的温室气体排放。工业生产过程中以化石作为燃料使用产生的排放列入能源部门考核。

（3）农林和土地利用变化部门的碳排放包括农业活动和林地变化等引起的温室气体排放。农业通常为碳源，主要包括稻田甲烷排放、农田氧化亚氮排放、动物消化道甲烷排放、动物粪便管理中产生的甲烷和氧化亚氮排放。

（4）废弃物处置部门主要估算源来自固体废弃物处置、固体废弃物的生物处理、废弃物的焚化和露天燃烧、废水处理和排放等过程中产生的CO2、甲烷和氧化亚氮排放。

在IPCC计算方法中，针对不同的部门，碳足迹的计算方法往往不完全相同，但最简单、最常用的方法是：碳排放量=活动数据×排放因子。由于生产工艺、地域分布和技术水平等的差异，各国的排放因子往往不同。IPCC给出了不同生产工艺和不同国家的各种默认排放因子，在没有相关数据的情况下可以直接采用IPCC提供的默认排放因子。

IPCC计算方法的优点是详细、全面地考虑了几乎所有的温室气体排放源，并提供了具体的排放原理和计算方法。其缺点是仅适用于研究封闭的孤岛系统的碳足迹，是从生产角度计算研究区域内的直接碳足迹，无法从消费角度计算隐含碳排放。