IMO第四次溫室氣體研究報告要點解讀

張 爽 苑海超 孫德平

國際海事組織（IMO）于2019年5月啟動了第四次溫室氣體研究，2020年8月完成。IMO溫室氣體研究是一項接續性工作，致力于提供不同歷史時期海運業溫室氣體排放量評估和未來排放量預測；同時，也對溫室氣體減排和能效提升的各類技術措施進行評估，提供溫室氣體減排邊際成本。此前，IMO先后于2000年、2009年和2014年組織開展了三次溫室氣體研究，時期跨度覆蓋至2012年；本次研究覆蓋的時期跨度為2012～2018年。本文即是對該研究要點內容的深度解讀，以期為有關政府部門、船舶和航運業界及研究機構的管理和研究人員提供參考。

主要結論

IMO第四次溫室氣體研究主要包括“排放清單”和“排放預測”兩大部分，其中“排放清單”部分還新增了海運碳強度評估內容，以彌補此前研究在該方面的空白，為全球營運能效機制構建提供必要的數據和方法支持。本次研究與之前研究的另一重要差異是對“國際海運排放”的界定方法。第三次研究以船舶種類和噸位區間來實現對“國際排放”的界定，即將所有拖輪、游艇、平臺支持船、漁船及2000總噸以下的客渡船等排放全部視為國內排放，其他船舶排放全部視為國際排放。本次研究利用衛星和岸基AIS數據對船舶各航段的到發港進行精細識別，以“航段”為基礎對排放性質進行界定，將不同國家港口之間的排放界定為“國際排放”。為表述方便，本次研究將之前采用的基于船舶的界定方法標識為“方法一”（報告中簡記作Option1或OP1），將本次新采用的基于航段的界定方法標識為“方法二”（報告簡記作Option2或OP2）。

本次研究覆蓋全球100總噸（GT）及以上的船舶，所界定的溫室氣體范圍與《京都議定書》一致，但重點關注二氧化碳（CO2）、氧化亞氮（N2O）和甲烷（CH4）。黑碳并未列入溫室氣體，而是作為單獨一類氣候污染物納入評估。上述四類物質的排放總量以二氧化碳當量（CO2e）進行累計，采用100年期全球增溫潛勢值（GWP100）進行折算。主要結論如下：

1、海運溫室氣體排放量和全球排放占比總體呈上升趨勢（期間存在波動）。2012～2018年間，全球海運溫室氣體排放量（包括國際、國內和漁船排放）從9.77億噸增長到10.76億噸（CO2e），增幅約為9.6%（實際應為10.1%）。其中，CO2排放量從9.62億噸增長到10.56億噸，增幅約為9.3%（實際應為9.8%），排放量全球占比從2.76%上升至2.89%。

如果以“船舶”對國際/國內排放進行區分（OP1），國際海運溫室氣體從8.62億噸（CO2e）增長到9.37億噸（CO2e），增幅約為8.7%。其中，CO2排放量從8.48億噸增長到9.19億噸，增幅約為8.4%，排放量全球占比從2.44%上升至2.51%。

如果以“航段”對國際/國內排放進行區分（OP2）， 國際海運溫室氣體從7.13億噸（CO2e）增長到7.55億噸（CO2e），增幅約為5.9%。其中，CO2排放量從7.01億噸增長到7.40億噸，增幅約為5.6%，排放量全球占比總體穩定在2%左右。如果采用該方法對2008年的國際海運排放量進行重新計算，則該年份的溫室氣體排放量從9.40億噸（CO2e）下調至7.94億噸（CO2e），CO2排放量從9.21億噸（CO2e）下調至7.76億噸（CO2e）。

2、國際海運整體和絕大部分船舶種類的營運碳強度持續下降，但降低速度逐步趨緩。如果以“船舶”對國際/國內排放進行區分（OP1），以船舶能效營運指標（EEOI）表征的國際海運碳強度在2018年比2008降低了31.8%，以年能效率指標（AER）表征的碳強度降幅為22.0%。如果以“航段”對國際/國內排放進行區分（OP2），EEOI和AER指標的降幅分別為29.4%和21.0%。國際海運碳強度并非呈線性下降趨勢，上述降幅有超過一半是在2012年前完成，此后的年均降幅僅為1.5～1.7個百分點。其中，2015～2018年間的平均降幅僅為1.0～1.3個百分點。

船舶個體的碳強度表現具有較大波動性，油船、散貨船和集裝箱船年均EEOI波動幅度一般高達±20%、±15%和±10%，雜貨船、液化氣運輸船和化學品船的波動幅度也超過±10%。各類船舶的AER指標波動幅度相對較低，但普遍超過了±5%。由于船舶排放評估過程中設置了大量假設條件，而且用來估計載運量的船舶吃水數據并不會實時更新，因此，船舶個體碳強度表現的實際波動幅度應高于上述估計值。集裝箱船尤為如此。

3、未來海運碳強度將繼續降低，但CO2年排放量仍將持續增長或小幅下降。到2050年，預計全球CO2排放量將達到2008年的90%～130%。該預測結果并沒有將2019年新冠疫情的影響納入考慮。

溫室氣體排放評估中的關鍵問題

1、海運溫室氣體排放趨勢。如圖所示，從長期歷史跨度來看，2008～2009年以前全球溫室氣體排放量變化趨勢與海運貿易基本保持同步增長；之后，由于海運碳強度不斷下降，海運排放量與貿易量逐步解耦，年度排放量存在波動，但始終沒有超過2008年排放水平。2012～2018年期間，海運溫室氣體排放總量并非持續增長，而是在2012～2014年保持下降，到2015年開始反彈并保持小幅增長，之后在2018年呈現小幅回落。

在本次研究所關注的三類溫室氣體中，二氧化碳和氧化亞氮的排放趨勢與溫室氣體排放總量趨勢基本一致，但甲烷排放則呈現顯著增長態勢，排放量增長達150%～155%。

在排放比例方面，如果不計入黑碳，2018年國際海運二氧化碳、甲烷和氧化亞氮三種溫室氣體的排放量（CO2e）比例分別為98.12%、0.44%和1.44%（OP1）或98.03%、0.52%和1.45%（OP2）。 如 果 計入黑碳（CO2e），則其排放占比分別為7.08%（OP1）和6.84%（OP2），二氧化碳排放占比則相應下降至91.17%（OP1）和91.32%（OP2）。因此，報告指出黑碳是僅次于二氧化碳的第二大海運溫室氣體排放物。但從實際排放量來看，國際海運在2018年的黑碳排放量僅為6萬-8萬噸，而二氧化碳排放量為7億-9億噸，兩者相差萬倍以上。但是，由于將黑碳折算二氧化碳當量所采用的折算系數高達900，因此黑碳在溫室氣體中的排放占比顯著提高。即便如此，二氧化碳排放量仍是黑碳排放量（CO2e）的13倍以上。因此，如僅強調排放量位序而忽略了體量會引起誤導。

2、其他大氣污染物排放趨勢。其他大氣污染物的排放趨勢與溫室氣體大體一致，但在變化幅度方面存在差異。2012～2018年間，海運燃料總消耗量（以重質燃料油HFO當量計）增長了5.5%，其中HFO降低了3%，而船用柴油（MDO）和液化天然氣（LNG）分別增長了69%和30%。此外，甲醇也呈現快速增長勢頭，2018年消耗量達13萬噸，成為第四大船用燃料。然而，這種用能結構的轉變并沒能顯著降低大氣污染物的排放增速。期間，硫氧化物（SOx）和顆粒物質（PM2.5）分別增長了5.5%和3.6%。導致這種結果主要原因是在此期間HFO的平均硫含量略有升高（盡管仍滿足相關公約要求），這抵消了HFO消耗量降低帶來的減排效果。這也表明，從全球范圍看，盡管硫氧化物排放控制區（SECA）內的排放得到了有效控制，但排放控制區域外的排放量卻增加了。此外，盡管氮氧化物排放控制區（NECA）的陸續生效抑制了NOx排放增速，但其排放量仍增長了1.2%，表明NOx排放量與燃料消耗量相關性在逐漸解耦，但排放趨勢仍然受燃料消耗總量影響。

3、方法與結果的不確定性。本次溫室氣體排放清單評估基本沿用了第三次研究采用的方法，即基于IHS數據庫中的船舶技術參數和AIS數據中的船舶活動數據，結合不同航行和作業模式下船舶主要耗能設備的燃料消耗假設和各類排放因子，對船舶個體各航段的排放量進行估計，然后進行累加，得到單船年度排放總量，進而匯總得到全球船隊和不同種類、噸位區間船舶的年度排放量。除了可獲得數據自身的完整性和可靠性外，排放評估的不確定很大程度上源于評估模型中的各類假設條件。與歐盟海運溫室氣體排放測量、報告與核實機制（EU-MRV）獲取的2018年報告數據的比對結果顯示，本研究得到的船舶CO2排放量和航行距離分別高估了5.5%和4.7%，其中散貨船、集裝箱船和油船的CO2排放量估計偏差分別為-0.2%、6%和3%。

海運碳強度評估中的關鍵問題

圖 海運貿易總量與船舶溫室氣體排放量和碳強度發展趨勢

1、船舶營運碳強度的指標及特征。為確保技術中立性，本次研究平行采用了四種典型指標進行碳強度評估，即能效營運指標（EEOI）、年能效率（AER）、距離指標（DIST）和時間指標（TIME）。此外，還對AER指標的若干變體進行了性能分析，主要包括cDIST指標和船舶能效性能指標（Energy Efficiency Performance Indicator，EEPI）。 其 中，EEOI、AER、EEPI和cDIST適用于客貨運輸船舶，TIME和DIST及變體主要適用于非運輸船舶，如各種服務船、工作船、漁船等。

由于不同碳強度指標的內涵存在本質差別，對不同影響因素的響應也存在差異，因此采用不同指標得到的評估結果和產生的政策導向性也各不相同。其中，EEOI指標具有最為合理的經濟意義，而且能夠客觀反映各類因素給營運碳強度表現帶來的影響。但是，由于計算該指標需要以實際貨運量這一商業敏感數據為基礎，船方普遍反對將其作為公開透明的政策工具。為降低商業敏感性，其他指標都通過不同方式回避了實際貨運量數據，但也因此在不同程度上造成了評估結果的偏倚。例如，AER指標將船舶始終視為處于滿載狀態，因此計算得到的指標值遠低于EEOI，而且船舶實際裝載率越高（營運效率越優）評估得到的營運碳強度也越高（營運碳強度越差）。相比之下，對于散貨船、油船等具有典型壓載航程的船舶，EEPI指標比較接近EEOI，其偏倚性顯著低于AER。由于改善營運策略、提高貨載利用率是船舶降低營運碳強度的重要途徑之一，但若采用AER作為衡量指標則完全無法體現此類措施的效果，甚至會適得其反，因此基于AER指標的船舶營運碳強度改善潛力也相對較小。

2、船舶營運碳強度變化趨勢和主要驅動因素。在各類船舶中，營運碳強度最低的是散貨船，其次是油船和集裝箱船。這三類船舶也是國際海運船隊的主力，其CO2排放量占比65%，運輸周轉量占比84%。與2008年相比，營運碳強度降幅（OP2）最大的是也散貨船，其在2018年的EEOI和AER分別降低了38%和31%。油船和集裝箱船的EEOI降幅均為26%左右，但AER降幅分別約為10%和27%。在2012～2018年期間，散貨船和油船的平均載貨率高于2008年水平，而集裝箱船的平均載貨率則明顯低于2008年水平，AER指標對載貨率響應的偏倚性導致集裝箱船的AER降幅超過EEOI。

與2008年相比，大型化是導致船舶營運碳強度下降的主要因素，但是在2012～2018年期間，除了集裝箱船和液化氣船外，船舶大型化進程顯著趨緩。若排除船舶大型化帶來的規模經濟效應，則多數種類船舶的碳強度降幅顯著縮減。其中，散貨船EEOI的降幅從38%縮減至28%，油船和集裝箱船從26%分別縮減至8%和20%。

降速是推動散貨船、化學品船、集裝箱船和油船碳強度下降的另一個關鍵因素。與2008年相比，散貨船、油船、集裝箱船和化學品在2012～2018年期間的平均航速顯著降低。但是從2015年開始，由于市場形勢的改善、燃油價格的下降以及對船舶技術狀況和經營效益的綜合考慮，大部分船舶不再進一步減速。與此類似，多數船舶的裝載率在2012～2018年期呈現波動態或持續下降。航速和裝載率的這種波動很大程度上是2008年全球金融危機緩慢復蘇的滯后效應。

3、評估結果的不確定性。船舶營運碳強度評估結果的不確定性一方面源于排放量估計的不確定性，另一方面源于運輸活動（尤其是裝載量）估計的不確定性。因此，海運碳強度評估結果的不確定性遠大于排放量評估結果，且不同種類船舶的不確定性差異較大。

與EU-MRV機 制2018年 報告數據的校核結果顯示，該研究對油船的EEOI和AER估計結果較為可靠，估計偏差小于±5%。對于其他船舶種類，EEOI估計結果明顯偏低，其中對散貨船、集裝箱船、化學品船和雜貨船的估計偏差約為-10至-25%，液化氣運輸船的估計偏差達-50%；AER和DIST估計值總體偏低，但估計偏差均不超過-7%。對于所有種類船舶，本研究得到的TIME估計結果均明顯偏高，偏差幅度高達6%～26%。另外與UNCTAD貨運量統計結果的校核顯示，本研究對油船、集裝箱船和干貨船（包括散貨船、雜貨船和冷藏干貨船）運輸周轉量的系統性估計偏差分別為-2%、30%和28%，但對國際海運船隊貨運周轉量總量的估計結果偏差在±2%之內。因此，該報告指出，對國際海運總體碳強度的評估結果比對具體船舶種類的評估結果更加可靠，評估給出的碳強度變化幅度比絕對水平更加可靠。由于缺乏更多可靠的驗證數據，該研究沒有對估計結果進行人為干預校正，但是明確指出在引用這些評估結果時，其不確定性應當被共同引用，以免造成誤導。

海運碳排放預測中的關鍵問題

1、方法與模型。本次研究關于海運二氧化碳排放預測的基本思路與第三次研究基本一致，即在未來運輸需求和碳強度預測基礎上，進一步預測未來CO2排放量。該研究將未來運輸需求分為兩類：一類為非化石能源運輸需求，包括煤炭以外的干散貨、化學品、集裝箱及其他單元化運輸貨物；另一類為化石能源運輸需求，包括煤炭、石油、液化天然氣和液化石油氣等。第一類主要基于社會經濟發展場景進行預測，即利用歷史數據建立運輸需求與GDP總量、人均GDP、人口規模等社會經濟變量之間的關聯。然后，利用不同社會經濟發展場景對應的經濟和人口增長估值，對非化石能源運輸需求進行預測。該研究建立了兩種模型擬合上述關聯，即基于全球總量時間序列數據的邏輯斯蒂模型（Logistic Model）和基于雙邊貿易面板數據的重力模型（Gravity Model）。對于化石能源運輸需求，該研究僅采用邏輯斯蒂模型進行預測。

2、預測場景假設。能源消耗和全球社會經濟發展場景是海運需求和二氧化碳排放預測的基礎，未來的用能結構、經濟總量等基本輸入變量都以此為依據。該研究的能源結構場景為政府間氣候變化專門委員會（IPCC）采用的五種典型濃度路徑（Representative Concentration Pathways，RCP），包括RCP1.9、RCP2.6、PRC3.4、RCP4.5和RCP6.0）。其中，RCP2.6和PRC1.9分別對應《巴黎協定》中提及的2℃和1.5℃溫控目標。其他典型濃度路徑對應的溫升幅度均超過上述目標，但對應的溫升幅度均低于3℃。該研究選取的社會經濟發展場景包括IPCC采用的五種共享社會經濟路徑（Shared Socioeconomic Pathway，SSP1—SSP5） 和 經 濟合作與發展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）構建的社會經濟發展場景（簡稱“OECD場景”）。本研究最終采用的預測場景即是由上述五種典型濃度路徑與六種經濟發展場景排列組合構成，例如RCP1.9/SSP1、RCP2.6/OECD等；但是，排除了某些不具現實可能性的組合情況，例如RCP1.9/SSP3等。

3、不確定性。現有關于海運排放和運輸需求的預測都存在較大的不確定性，而且無法對不確定性進行確切量化。運輸需求預測的不確定性是排放需求預測中最大的不確定性來源。此外，對海運船隊未來能效水平的假設也具有較大的主觀性和不確定性。新冠疫情的爆發給全球經濟和海運貿易都帶來重創，也勢必對未來海運需求和溫室氣體排放帶來一定影響。但是，由于該研究結題之時疫情尚未結束且發展趨勢不明，無法獲得關于未來經濟發展預期調整的可靠數據，因此所提供的預測結果并沒有將這一影響納入考慮。研究團隊認為，遠期排放預測最大的不確定性仍源自假設場景自身的不確定性，而新冠疫情的影響僅在近期非常明顯，對遠期預測結果的影響可能僅為幾個百分點。

影響分析

按計劃，IMO將于2023年對2018年船舶溫室氣體減排初步戰略進行調整，修訂形成最終戰略，涉及海運碳強度和溫室氣體減排的階段性目標及相關措施等。近期，IMO也在著手建立強制性船舶營運碳強度國際機制，涉及指標選取、基線和折減率確定、評級方法等關鍵技術問題。此外，IMO也將有序推進替代燃料和新能源技術相關事項審議，并逐步著手解決甲烷逃逸、黑碳排放等問題。本次研究提供的數據與結論能夠為相關決策提供全面支撐。

一是IMO船舶溫室氣體減排初步戰略的調整。在溫室氣體排放總量方面，根據近10年來海運溫室氣體排放趨勢，加之新冠疫情影響，海運溫室氣體排放總量很難在近中期超過2008年排放水平，甚至可能不會超過2019年的排放水平。有觀點認為，應當將海運貿易蕭條作為控制溫室氣體排放的難得機遇，因此很有可能提出將目前初步戰略目標中“盡快達峰”調整為“持續下降”。在營運碳強度方面，不同的指標選擇會導致不同的結論。若基于EEOI指標，國際海運總體到2018年已經完成了初步戰略中2030年目標（比2008年降低40%）的大部分任務，后續努力保持1%-1.5%的年均降幅即可達到預期目標，這是比較客觀理性的發展進程。若基于AER指標，國際海運總體到2018年僅達到目標水平的一半，后續必須以接近2%的年均降幅才有可能達到2030年的碳強度目標。但是，AER指標的降低潛力遠低于EEOI，在現有用能結構不變的情況下，除非船舶大范圍閑置或進一步降低裝載率，否則很難達到這一目標。因此，指標的選擇看似技術問題，本質上是一個極為關鍵的政策考量。限于EEOI的數據可獲得性，如果最終不得不以AER作為營運碳強度指標，那么有必要在兩者的降幅目標方面建立關聯，否則很難具有可行性。

二是船舶營運能效碳強度國際機制的技術要素。船舶營運碳強度國際機制的構建主要涉及指標、基線、折減率和評級方法等技術要素。不同的指標選擇，實際上意味著不同的目標力度和不同的政策導向，也對應著不同的應對措施。各類船舶的營運碳強度基線直接取決于2008年的營運碳強度水平和運力結構，而折減率的確定則需綜合考慮各類船舶已經實現的碳強度降幅、運力結構變化和進一步降碳的潛力。相關方法和數據都能夠在本次研究報告中獲得。另外，本次研究提供的各類船舶營運碳強度分布特征波動幅度也是構建船舶營運碳強度的評級機制的重要參考。但是，由于評估結果存在較大不確定性，還需要與IMO船舶油耗數據收集機制下的真實統計數據相結合，才能為船舶營運碳強度機制的構建提供充分、可靠的決策依據。

三是海運溫室氣體減排路徑與措施。近中期著力降低碳強度水平，中遠期大幅降低溫室氣體排放總量，最終實現零碳排放，是業界對于海運溫室氣體減排路徑基本達成的共識。從本次研究提供的邊際成本分析也能明顯看出，近中期最有效的減排手段是降速，但效果和潛力都非常有限；中遠期，只有通過替代燃料和新能源技術的推廣應用才能夠真正實現海運業零碳轉型。由于船舶設計水平的提升空間有限，如果不能從根本上改變能源結構和用能方式，海運業也無法實現初步戰略中提出的到2050年將營運碳強度降低70%的目標。因此，盡管屬于中長期措施，關于替代燃料和新能源技術的相關技術與政策問題都將逐步成為審議重點。

四是其他影響。本次研究給出的甲烷和黑碳排放評估結果也非常值得關注。在零碳燃料和新能源技術普及之前，LNG是一種較為理想的過度性選擇。隨著應用范圍的不斷擴大，隨之引發的甲烷逃逸問題也越來越引發關注，也有觀點認為船舶設計能效指數（EEDI）計算中應將該問題納入考慮。本次研究在此方面提供了較為充分的數據基礎，預計將加速該問題的審議進程。對黑碳排放的評估，不論從政策還是科學角度，自始至終都充滿爭議。盡管本次研究將黑碳作為氣候污染物單列，但仍然將其折算為二氧化碳當量，并與其他溫室氣體進行了比較，進而為量化海運黑碳排放的氣候影響提供了依據，而這將在科學和輿論兩個方面推動IMO相關審議進程。