中國造紙及紙制品業碳排放因素分解與減排潛力分析

徐士瑩1,楊加猛1,劉梅娟

(1.南京林業大學 經濟管理學院,江蘇 南京 210037;2.浙江農林大學 經濟管理學院,浙江 臨安 311300)

1 引言

我國從2007年起已成為世界第一大碳排放國,2015年我國CO2排放量高達9084.62×106t[1]。隨著國際社會對氣候變化問題的日益重視,節能減排逐漸成為全球共識。我國《能源生產與消費革命戰略(2016—2030)》明確提出，2020年我國國內單位生產總值CO2排放量比2015年下降18%,2021—2030年國內單位生產總值CO2排放量比2005年下降60%—65%[2]。我國進一步強調推進綠色發展,建立健全綠色低碳循環發展的現代化經濟體系,構建清潔低碳、安全高效的能源體系[3]。國際上巨大的碳減排壓力和國內生態文明建設的要求均促使我國必須不斷加強節能減排力度。2015年,我國造紙及紙制品業CO2排放量約占輕工業CO2排放總量的18.46%,僅次于紡織服裝業的34.65%[4,5]。毋庸置疑,減少CO2排放是我國造紙和紙制品業綠色發展的必然選擇。

近年來，基于節能減排視角對CO2動態排放的研究涉及CO2排放與經濟增長的關系、CO2排放和碳排放強度的影響因素分解、碳減排潛力研究等多個領域。在研究CO2排放與經濟增長的關系方面,主要有脫鉤關系分析[6]、環境庫茲涅茨曲線研究[7]等;在碳減排潛力研究方面,主要有基于長期能源替代規劃系統(Long-range Energy Alternatives Planning Ssystem,LEAP)模型的情景分析[8]、蒙特卡洛動態模擬研究[9]等;在研究CO2排放影響因素分解方面,主要有可拓展的隨機性環境影響評估(Stochastic Impacts by Regression on Population,Affluence,and Technology,STIRPAT)模型[10]、灰色關聯度分析[11]、對數均值迪式分解法(Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI)模型等。就能源消耗量、CO2排放量、碳排放強度驅動因素的分解研究來看,由于LMDI模型適用于變量較少或涉及時間序列數據分析,且具有全分解、無殘差、加和分解和乘積分解結果一致性等優點而得到廣泛應用。對LMDI模型，Ang首先提出了LMDI分解分析法應用指南[12]。之后,學者們利用LMDI模型分析了不同國家、區域、行業的能源消耗、CO2排放量、碳排放強度的影響因素。Muangthai、Jiang等利用LMDI模型分別對泰國2000—2011年、美國1990—2014年電力行業CO2排放的影響因素進行了分解,研究表明泰國電力行業CO2排放最大貢獻因子是經濟增長,電力強度是主要抑制因子[13];對美國的電力行業的研究,認為不同的驅動因子在不同年份對美國電力行業CO2排放的影響是不同的,表明使用低排放燃料、提高電力轉換效率可降低CO2的排放水平[14]。Achour等利用LMDI方法分析了突尼斯交通部門1985—2014年能源消耗的影響因素,研究表明能源強度在降低能耗方面發揮了主導作用[15]。Hu等采用LMDI分解法研究了影響澳大利亞建筑業1990—2012年碳生產率變化的因素,發現技術創新是提高碳生產率的主要因素[16]。近年來,針對我國區域或行業層面碳排放影響因素的研究日益受到重視。例如,Yu運用LMDI方法研究了我國2000—2014年碳排放的變化情況,發現能源貿易可優化能源結構從而減少碳排放[17];Zhu等對京津冀地區2005—2013年的交通運輸業的CO2排放進行了LMDI分解,發現在天津和河北的能源強度對交通運輸業CO2排放的影響一直呈負面作用,但北京卻為正面作用[18];孟彥菊[19]、江方利[20]分別對云南省和四川省的碳排放變化進行了LMDI分解,結果表明能源強度是碳排放的最大抑制因子。在行業層面,張小平等對甘肅農業碳排放影響因素LMDI的分解研究表明,經濟增長對農業碳排放具有促進作用,而生產效率卻有抑制作用[21]；陸菊春等研究了我國建筑業碳排放變化影響,發現建設規模對碳排放量起最大的正向作用,而能源強度起最大的負向作用[22]。

上述研究揭示了不同層面的碳排放驅動因素對碳排放量的影響,為區域或行業制定科學有效的碳減排策略提供了依據。但現有研究成果中關于我國造紙及紙制品業碳排放驅動因素的研究相對缺乏。本文結合Kaya恒等式,運用LMDI模型對我國造紙及紙制品業CO2排放的驅動因子進行分解,旨在探討各驅動因素對CO2排放變化的影響程度,并結合能源結構的情景分析,探求我國造紙及紙制品業節能減排的可行路徑,為行業的綠色發展提供有價值的參考。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

造紙及紙制品業的能源消耗實物量數據來源于2000—2015年《中國統計年鑒》中的“按行業分能源消耗量”,并依據《省級溫室氣體清單編制指南(試行)》中各種能源的碳排放系數[23],核算出造紙及紙制品業的碳排放量。造紙及紙制品業的工業產值及從業人員年平均人數的數據來源于2000—2015年《中國統計年鑒》中的“按行業分規模以上工業企業主要指標”。

2.2 研究方法

本文采用碳排放系數法核算造紙及紙制品業能源消耗產生的CO2排放量,統計時將該行業消耗的能源劃分為煤炭、石油、天然氣、一次電力及其他,公式為:

C=ΣiCi=Σiei×μi

(1)

基于Kaya模型和LMDI分解方法,將造紙及紙制品業能源消耗產生的CO2排放量分解為能源消費結構、碳排放系數、能源強度、經濟發展和勞動力,擴展公式為:

C=Σici=Σiciei×eiE×eIV×IVp×P

(2)

式中,C為造紙及紙制品業碳排放總量(106t);ci為各種能源的碳排放量(106t);ei為各種能源的消耗量(106t、m3、kW·h);μi為第i種能源的碳排放系數(kgCO2/kg、kgCO2/m3、kgCO2/kW·h);E為能源消費總量(106tce);IV為造紙及紙制品業產值(億元);P為造紙及紙制品業從業人員年平均人數(萬人)。

令：fi=ciei,ESi=eiE,EI=EIV,ED=IVP,PL=P,則擴展公式轉換為:

C=∑ifi×ESi×EI×ED×PL

(3)

式中,fi為每種能源的碳排放系數;ESi為第i種能源消耗量與能源消耗總量的比值,反映造紙及紙制品業的能源消費結構;EI為能源消費總量與造紙及紙制品業產值的比值,反映行業的能源強度;ED為造紙及紙制品業人均產值,反映行業的經濟發展水平;PL為造紙及紙制品業的勞動力供給。由此,將造紙及紙制品業CO2排放量影響因素分解為碳排放系數效應(fi)、能源結構效應(ESi)、能源強度效應(EI)、經濟發展效應(ED)和勞動力供給效應(PL)。由于能源碳排放系數不變,即△fi=0,則基于加和分解法的造紙及紙制品業CO2排放變化值公式為：

△C=Cj-Ci=△CESi+△CEI+△CED+△CPL

(4)

式中,Ci為造紙及紙制品業基期CO2排放量;Cj為第j期CO2排放量;△C為CO2排放的變化值。根據LMDI因素分解模型核算出能源消費結構效應、能源強度效應、經濟發展效應、勞動力供給效應分別求出造紙及紙制品業CO2排放量的影響變化值,公式為:

(5)

(6)

(7)

(8)

3 實證分析

3.1 造紙及紙制品業CO2排放分析

我國造紙及紙制品業從2000年開始飛速發展,紙和紙板的需求不斷上升,2000—2015年紙和紙板產量年均復合增長率為10.44%[24],產量增加導致能源消耗總量年均復合增長率達到5.68%[5],碳排放量也隨之增加,核算結果見表1。

由表1可知,我國造紙及紙制品業的碳排放總量從2000年的64.21×106t上升到2015年的152.46×106t,年均復合增長率為5.93%。而英國造紙行業的碳排放量2014年比2008年下降了42.0%[25];加拿大2005—2011年的造紙業碳排放量下降了21.0%;巴西2010年已基本實現造紙業溫室氣體的零排放[26]。可見,與歐洲國家的造紙工業碳排放量相比,我國造紙及紙制品業的碳排放總量仍呈現增高趨勢。但我國該行業的能源強度與碳排放強度總體均呈下降趨勢,表明能源利用效率有所提高。自2003年開始該行業的碳排放強度低于我國整體碳排放強度,到2015年兩者下降幅度分別達到了73.07%和58.17%。如與德國2011年造紙工業的碳排放強度1.60t/萬美元相比[27](若按當年匯率核算為0.24t/萬元),我國造紙及紙制品業2015年碳排放強度仍高達1.09t/萬元。因此,作為我國能源密集型行業,高能耗、高排放的現實情況仍要求該行業進一步加強節能減排的工作力度。

表1 我國造紙及紙制品業碳排放情況

注:GDP數據來源于國家統計局官網。

根據前述數據和式(1)可核算出我國各能源的CO2排放貢獻率。其中,占能源消耗總量75%以上的煤炭對造紙及紙制品業CO2排放的貢獻率最高,基本保持在60%左右;其次為電力,其CO2排放貢獻率均在35%以上,兩者的CO2排放量之和占整個造紙及紙制品業的CO2排放總量的95%以上,而石油和天然氣的CO2排放貢獻率之和在4%以下。據歐洲紙業聯盟CEPI(Confederation Of European Paper Industries)的數據顯示,2015年歐洲造紙工業的生物質能源消耗已達到57.70%,天然氣消耗約占34.66%,煤炭只占3.92%[28],其中荷蘭造紙工業2009年起天然氣能源消耗已約占97%[29]。相比歐洲國家的造紙工業,我國造紙及紙制品業的能源消費結構仍以煤炭為主,天然氣、生物質能源利用率低,能源消費結構尚有較大的優化空間。

3.2 造紙及紙制品業CO2排放驅動因素分析

根據造紙及紙制品業CO2排放量核算結果,基于式(5)—(8)對我國造紙及紙制品業CO2排放量進行LMDI分解,計算出各影響因素對CO2排放量變化的影響效應,結果見表2。

表2 造紙及紙制品業CO2排放影響因素分解結果(2000—2015年)

注:2012年、2013年的從業人員年平均人數數據缺失,由SPSS曲線預測得到。

能源消費結構因素:從表2可見,能源消費結構因素對造紙及紙制品業的CO2排放量有一定的抑制作用,2003—2004年、2005—2007年、2008—2009年、2011—2013年我國造紙及紙制品業能源消費結構因素與CO2排放量均呈負相關關系,2012—2013年達到負向最大(-3.65×106tCO2)。從能源消費結構因素的累計變化情況來看,雖然我國能源消費結構對CO2排放量的貢獻為正,但是也僅僅只有3.47×106tCO2,占總體累計變化的3.70%左右,說明能源消費結構因素對CO2排放量只有微弱的正效應。究其原因,主要是造紙及紙制品業在“十二五”期間積極響應國家節能減排號召,一定程度上改善了能源的消費結構。2015年該行業煤炭能源消耗量比2014年減少了約1.14×106tce,比2013年減少了4.52×106tce,而天然氣能源消耗量同比約增加了0.45×106tce和1.06×106tce。

能源強度因素:能源強度反映能源利用效率的高低,是造紙及紙制品業的CO2排放量的主要抑制因素。2000—2015年,除2004—2005年、2012—2013年外,我國其余年份的造紙及紙制品業能源強度因素對CO2排放量都起抑制作用,2007年能源強度因素對CO2排放量抑制最強,為-27.90×106t,且累計變化值高達-137.45×106t。從總體趨勢看來,能源強度因素對造紙及紙制品業CO2排放量的抑制呈起伏波動趨勢,說明造紙及紙制品業的能源利用效率不穩定,行業節能減排技術仍需進一步改進。未來隨著節能減排技術逐漸趨于成熟并得到普及應用,預期能源效率會逐步提高并趨于穩定。

經濟發展因素:經濟發展是驅動我國造紙及紙制品業CO2排放量增加的關鍵因素。除了2002—2003年、2004—2005年、2011—2013年造紙及紙制品業的經濟發展因素與CO2排放量呈負相關外,研究期內其余年份的經濟發展因素與CO2排放量均呈正相關,且經濟發展帶來的CO2排放的增長量均高于對應時期總效應帶來的CO2排放的增長量。其中,經濟發展的累計變化值為190.49×106t,遠高于總效應的累計變化值93.69×106t。這一結果主要是由于需求帶動發展導致的。進入21世紀后,造紙及紙制品業快速發展,人們對紙產品種類和數量的需求隨著生活水平的提高而不斷增加,導致造紙及紙制品業CO2排放量隨之增加。

勞動力供給因素:2000—2015年,我國勞動力供給因素與CO2排放量在多數年份均呈正相關,只是勞動力供給效應的累計變化值小于經濟發展效應的累計變化值,且低于總效應的累計變化值,可見勞動力供給因素對CO2排放增長量的影響程度小于經濟發展因素。由于造紙及紙制品業的快速發展,2014年之前行業從業人員不斷增加,但其素質與工作技能尚不能滿足行業的綠色發展需求,因此勞動力供給仍是影響造紙及紙制品業CO2排放量增長的因素之一。

3.3 基于能源消費結構的碳減排情景分析

根據以上分析可知,目前我國造紙及紙制品業的能源強度處于下降的態勢,碳減排效應明顯且穩定,但能源消耗結構仍以煤炭為主,且對碳減排的作用并不穩定。為了進一步明確能源消費結構效應的碳減排潛力,本文就能源消耗結構設置基準情景和低碳情景,對2016—2030年我國造紙及紙制品業的碳排放狀況進行了預測。在基準情景下,造紙及紙制品業CO2排放量根據2000—2015年數據利用SPSS進行曲線擬合,選擇擬合優度最高為0.956的逆方程曲線模型,預測2016—2030年該行業的CO2排放量。在低碳情景下,我國造紙及紙制品業的能源消費總量由工業產值與能源強度得到。其中,工業產值同樣利用SPSS進行曲線擬合,選擇擬合度較高為0.971的線性方程模型,預測2016—2030年的工業產值。同時,為避免能源強度效應對碳減排的影響,假設能源強度與2015年相同。在該行業的能源消耗結構上,2020年設定煤炭占58%、天然氣占10%、石油占17%、非化石能源占15%[31];2030年設定非化石能源消耗比重占22%(以上)、煤炭消耗比重占49%(以內)、天然氣占13%(以上)、石油占16%[32]。據此,對基準情景和低碳情景下造紙及紙制品業的碳排放情況進行情景預測,結果見表3。

表3 造紙及紙制品業碳排放的情景預測結果

由表3可見,在基準情景之下,2020年和2030年我國造紙及紙制品業能源消耗產生的CO2排放量將分別達到198.19×106t和263.70×106t,同期對應的碳排放強度分別為1.04t/萬元和0.93t/萬元;在低碳情景之下,該行業2020年和2030年能源消耗產生的CO2排放量分別達到了141.59×106t和207.08×106t,分別比基準情景減少了56.60×106t和56.62×106t,減排貢獻率分別為28.56%和21.47%,碳排放強度分別下降到0.75 t/萬元和0.73t/萬元。參考《能源生產與消費革命戰略(2016—2030年)》中“2020年國家碳排放強度比2015年下降18%，2030年國家碳排放強度比2005年下降65%”的發展目標[2],若造紙及紙制品業2020年碳排放強度比2015年下降18%，2030年碳排放強度比2005年下降65%,則2020—2030年該行業碳排放強度應在0.89t/萬元以下。由表3可知,2020—2030年通過改善能源消費結構,該行業碳排放強度均在0.75t/萬元以下,超額完成發展目標。但情景分析表明,2020年以后我國的碳減排貢獻率逐漸降低。這說明盡管能源消費結構有較大的碳減排潛力,但能源強度仍是碳排放的主要抑制因素,如對兩者進行合理調整,或可達到更好的減排效果。

4 結論與建議

4.1 研究結論

本文利用LMDI分解模型探究了影響我國造紙及紙制品業CO2排放的因素,并通過改善能源消費結構預測了該行業的CO2減排潛力。研究結果發現,2000—2015年我國造紙及紙制品業CO2排放量總體呈上升趨勢,經濟發展因素是驅動該行業CO2排放量增加的最大因素,其次是勞動力因素。相對而言,該行業CO2排放的主要抑制因素是能源強度因素。能源結構因素對造紙及紙制品業CO2排放量的增加雖然有微弱的正效應,但對CO2排放量的增加有明顯的抑制作用。在低碳情景之下,2020年、2030年我國造紙及紙制品業的CO2減排量分別為56.60×106t和56.62×106t,能源結構優化的效果明顯,碳減排潛力較大。

4.2 節能減排建議

加強政策實施力度,提高造紙企業節能減排意識。發展低碳經濟是生態文明建設的重要途徑,政府應加強節能減排政策的實施力度,完善CO2排放計量和監測體系,推動建立企業能源消耗和CO2排放信息披露制度,嚴格監察企業的能耗和排放情況,淘汰或整改不合格企業。企業之間應保持良性競爭,經濟效益和生態效益并重;納入造紙及紙制品業碳排放權交易市場的企業,應率先公布排放信息和減排行動措施。此外,加強對從業人員素質和技能的培養與提升,強化他們的節能減排意識。

創新行業清潔生產技術,進一步降低能源強度。先進的工藝流程和生產設備是造紙及紙制品業綠色低碳發展的重要條件。我國造紙及紙制品業應借鑒國外先進經驗,發展熱電聯產,改進余熱余壓回收技術和設備等,對減排效果好、應用前景廣闊的關鍵技術或設備組織規模化推廣或生產。此外,造紙及紙制品生產企業應進一步加強與高校、科研院所合作,引進國外造紙行業先進的低碳生產技術,研發經濟適用的低碳生產技術,加快建立政產學研用有效結合的機制。

改善行業能源供給結構,優化能源消費結構。目前煤炭仍是我國造紙及紙制品業的主要能源,并將在較長時期內發揮作用,因此需改善煤炭能源供給質量和利用效率,制定更嚴格的煤炭能源質量標準和監督管理體系,逐步減少并全面禁止劣質散煤的直接燃燒,推進煤炭高效清潔利用。同時,減少消耗煤炭能源,如以油代煤或以氣代煤;在木材原料獲取和加工過程中,回收樹皮、木屑等生物質能源;在制漿過程中,有效回收黑液作為生物質資源;在紙產品處置階段提高廢紙回收率,將廢紙一部分作為制漿原料,另一部分作為生物質能源,投入到制漿造紙生產過程中。通過上述措施優化能源消費結構,推動清潔能源或生物質能源成為造紙及紙制品業的能源增量主體。

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