云南省二氧化碳與大氣污染物控制協同效應分析

楊婧雯，陳遠翔，何 燕

（云南省生態環境科學研究院，云南 昆明 650034）

0 引言

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在第三次評估報告中就已提及協同效應，在第五次評估報告中更總結了溫室氣體減排政策與大氣污染物減排的協同效應[1-3]。2022年生態環境部等七部門聯合印發了《減污降碳協同增效實施方案》[4]，其中提到協同推進減污降碳已成為我國新發展階段經濟社會發展全面綠色轉型的必然選擇。協同推進減污降碳是我國“十四五”時期的重要規劃綱要之一[5]，是新發展階段我國深入打好污染防治攻堅戰、建設美麗中國的必然要求[6]。中國工程院院士王金南在中央全面深化改革委員會第二十一次會議中強調溫室氣體與傳統大氣污染物排放具有相同的驅動力，空氣質量問題影響著氣候變化[7]。目前已有學者對我國協同減污降碳相關情況進行研究，Qian等人通過分析我國主要工業部門減少SO2、NOX、顆粒物和CO2排放的潛在協同效益，發現減少大氣污染的政策可以同時減少工業部門的CO2排放[8]；鄭逸璇等人研究發現大氣污染物排放與CO2排放在空間上均表現出集聚效應[9]；劉勝強等[10]通過研究單一措施對SO2、NOX和CO2的綜合減排效果，得出我國鋼鐵行業通過前端或過程控制措施的實施，可對CO2、SO2、NOX形成較好的減排效果。可以看出推動協同減污降碳是實現我國“碳達峰碳中和”的重要舉措[11]，但目前對于云南省的協同減污降碳相關研究較為缺乏，尚無針對省內相關重點領域及重點行業的減污降碳研究分析。為進一步了解云南省協同減污降碳現狀及重點領域、重點行業相關情況，本文通過分析2011—2020年云南省能源生產與加工轉換、農業、工業和建筑業、交通運輸、居民生活五個領域[12]CO2、SO2、NOX及顆粒物排放情況，首先運用灰色關聯度分析因素相關性，后構建拓展的KAYA模型，分析影響CO2及主要大氣污染物排放的驅動效應。研究省級層面重點領域及重點行業的大氣污染物排放與CO2排放協同減排效應，為云南省推進協同減污降碳治理工作提供理論和科學支持。

1 研究方法

1.1 二氧化碳計算

本研究參考《生態環境部辦公廳關于印發〈省級二氧化碳排放達峰行動方案編制指南〉的通知》（環辦氣候函〔2021〕85號）中CO2排放分析方法學，采用排放因子法對2011—2020年度云南省行政區域內化石能源消費產生的CO2直接排放，以及電力調入蘊含的間接排放進行計算。化石能源消費活動按領域分為：能源生產與加工轉換、農業、工業和建筑業、交通運輸、居民生活（不包括工業生產過程及廢棄物焚燒處理過程的排放）。

式中：Ai—不同種類化石能源（包括煤炭、石油、天然氣）的消費量（標準量）。各種能源折標準煤參考系數以各年度《中國能源統計年鑒》附錄為準。EFi—不同種類化石能源的CO2排放因子，其中煤炭為2.66 tCO2/t標準煤，油品為1.73 tCO2/t標準煤，天然氣為1.56 tCO2/t標準煤。

1.2 驅動效應分解

1.2.1 灰色關聯度

灰色關聯度分析方法是鄧聚龍提出的灰色系統理論的方法之一[13]，其基本思想是分析有關數據的幾何相似性，二者越相似，灰色絕對關聯度越大[14]。

1.2.2 KAYA恒等式

KAYA等式[15]是由日本學者Yoichi Kaya教授在IPCC的第一次研討會上提出的，是目前用于分析碳排放驅動因素的主流分析方法[16]，等式具體表述為：

式中：CO2、EN、GDP、POP—分別表示CO2排放量、能源消費總量、國內生產總值和國內人口總量；C—單位能源消耗排放的CO2量，即“排放強度”；E—單位GDP（國內生產總值）消耗的能源用量，即“能源強度”；Y—人均GDP；P—總人口數量。

1.2.3 拓展的KAYA恒等式

已有學者從人口變化、經濟增長、能源消耗等方面對主要大氣污染物排放的影響因素進行研究，其同樣可通過KAYA恒等式進行研究[17]，基于此本文通過KAYA恒等式對其排放影響因素也進行了拓展和分解，通過大氣污染物與CO2排放量的比例關系表示二者的協同效應[18]，計算公式如下：

式中：S1—單位CO2變化引起的SO2變化；S2—單位CO2變化引起的NOX變化；S3—單位CO2變化引起的顆粒物變化。

1.2.4 LMDI分解

目前用于定量分解指標變化的方法為指數分解方法，其中LMDI（對數平均迪氏指數法Logarithmic Mean Divisia Index）因為在分解對象后沒有無法解釋的殘差，并且可以使用加法分解和乘法分解相對簡單的轉換表達式[19-22]，所以被廣泛使用，具體公式為：

式中：CO2—基于0年起始的t年CO2排放量的總體變化值；Ce—排放強度效應影響；Ee—能源強度效應影響；Ye—經濟效應影響；Pe—人口效應影響。對拓展后的KAYA恒等式添加了主要大氣污染物與CO2協同效應影響，分別為S1e（SO2與CO2協同效應影響）、S2e（CO2與NOX協同效應影響）、S3e（CO2與顆粒物協同效應影響）。

1.3 數據來源

本研究所選取經濟、人口數據及能源消費總量來源于《云南省統計年鑒》（2012—2021），計算CO2排放量的各領域能源消費數據來源于各年度能源平衡表，2011—2020年大氣污染物排放數據來源于云南省環境監測中心站環境統計數據。

2 云南二氧化碳及主要大氣污染物排放情況

基于云南省2011—2020年度的能源活動，按照能源生產與加工轉換、農業、工業和建筑業、交通運輸、居民生活五個領域，計算得出云南省該時段內的CO2排放量如圖1-a所示，根據2011—2020年大氣污染物排放數據統計得該時段內SO2、NOX、顆粒物排放量分別如圖1-b、1-c及1-d所示。

圖1 云南省二氧化碳及主要大氣污染物排放情況

云南省五大領域2011—2020年CO2排放呈現先上升后下降又上升，其中2015年的排放量最小，為14593萬t，2013年度CO2排放量最大為16818萬t；2011—2020十年間五大領域中排放量所占比例最大的為工業和建筑業，所占比例為61%。

由云南省環境監測中心站所提供的2011—2020年度的SO2排放情況，得知交通運輸領域所產生的SO2排放量過小，故不進行該領域的SO2排放情況分析。云南省五大領域NOX及顆粒物排放量總體呈波動下降趨勢，2011—2020年工業和建筑業領域所產生的SO2及顆粒物排放量所占比例最大，分別為67%、81%，該領域所產生的NOX排放量所占比例排名第二，為38%。

根據分析2011—2020年云南省能源平衡表中工業和建筑業領域CO2排放量，發現非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業CO2排放量占該領域的比例分別為37%、43%及33%。2011—2020年工業和建筑業領域中非金屬礦物制品業所產生的SO2、NOX及顆粒物排放占比分別為23%、22%及26%；黑色金屬冶煉及壓延加工業所產生的SO2、NOX及顆粒物排放占比分別為60%、13%及5%；有色金屬冶煉及壓延加工業所產生的SO2、NOX及顆粒物排放占比分別為45%、26%及7%。上述3個行業所產生的CO2及主要大氣污染物排放量占工業和建筑業比例較大。說明開展云南省CO2與大氣污染物控制協同研究時，工業和建筑業應為研究的重點領域，其中非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業為研究的重點行業。

3 灰色關聯度分析

將云南省2011—2019年的CO2排放量作為參考序列，能源消費總量、GDP（國內生產總值）、人口總量、SO2排放總量、NOX排放總量及顆粒物排放總量作為比較序列，分辨系數取0.5，計算的灰色關聯度如表1所示。

表1 二氧化碳排放量與各分解因素關聯度分析

關聯度排名最高的是人口總量，為0.8851，說明在2011—2020年人口總量的變化對CO2的排放量影響最為顯著；排在第二位的是能源消費總量，為0.8398，說明能源消費量對CO2排放量具有強大的驅動效應；排名第三至第六的分別是NOX排放總量、GDP（國內生產總值）、顆粒物排放總量、SO2排放總量，所有的因素關聯度均在0.6以上，表現為比較重要的相關性，可以使用做因式分解和協同減排研究。

4 云南二氧化碳和主要大氣污染物協同減排效應分析

4.1 云南省級協同效應分析

根據2011—2020年SO2、NOX、顆粒物及CO2的排放情況，運用拓展的KAYA恒等式和LMDI分解，得到云南省CO2、SO2、NOX及顆粒物排放分解結果如圖2-a、2-b、2-c及2-d所示。

圖2 云南省二氧化碳及主要大氣污染物排放增量協同效應

總體看來，協同效應對于SO2、NOX及顆粒物的排放減少呈正向驅動，2015—2020年協同減排效應是驅動SO2減少的第一大驅動效應，在2017年每單位CO2減排量能帶來14.21單位SO2的減排；2011—2020年除了2013—2014及2017—2018年，其余年份協同減排效應對于以NOX的減少都起到正向驅動，在2017年每單位CO2減排能帶來18.79單位的NOX的減排；2011—2020年除了2011—2012、2013—2014及2017—2018年，其余年份協同減排效應對于以顆粒物的減少都起到正向驅動，在2016年每單位CO2減排能帶來5.97單位的顆粒物的減排。說明協同減排效應對于云南省碳排放及主要大氣污染物排放減少具有重要驅動作用。

4.2 工業和建筑業領域協同效應分析

根據2011—2020年云南省工業和建筑業SO2、NOX、顆粒物及CO2的排放情況，運用拓展的KAYA恒等式和LMDI分解，得到云南省工業和建筑業SO2、NOX及顆粒物協同效應情況如圖3-a、3-b、3-c所示。

圖3 云南省工業和建筑業二氧化碳及主要大氣污染物排放增量協同效應

圖3中總效應由排放強度效應、能源強度效應、經濟效應、人口效應及協同效應組合而成，2014—2020年工業和建筑業領域的SO2及NOX總效應表現為排放減少，其中協同效應起到了正向驅動排放減少的作用，平均貢獻率分別為125%、126%，2017年每單位CO2減排量帶來13.04單位SO2的減排及3.93單位NOX的減排；2012—2017年工業和建筑業領域的顆粒物總效應表現為排放減少，其中協同效應也起到了正向驅動排放減少的作用，在2016年協同效應驅動顆粒物排放減少最為明顯。大氣污染物中SO2與CO2協同減排的效果較為明顯，從排放機制來看，SO2排放主要來自化石燃料燃燒，CO2的排放絕大部分也來自化石燃料燃燒，兩者具有同源排放特征[23]，而NOX及顆粒物的排放絕大部分為天然源及工業窯等固定源組成，因此與CO2的排放途徑協同性不高[5]。

4.3 工業重點行業協同減排潛力

4.3.1 工業重點行業二氧化碳與主要大氣污染物排放協同性分析

結合2011—2020年云南省非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業、有色金屬冶煉及壓延加工業的SO2、NOX及顆粒物的年排放量，與該行業CO2的年排放總量進行相關性分析，如圖4-a、4-b、4-c所示。

圖4 云南省工業重點行業二氧化碳與主要大氣污染物年排放總量的相關性

可以看出黑色金屬冶煉及壓延加工業所產生的CO2與主要大氣污染物均呈正相關，其中SO2與CO2年排放量呈中等強度相關，相關系數|r|=0.59＞0.50，說明減少黑色金屬冶煉及壓延加工業的化石能源消耗所占比例可對該行業內SO2和CO2協同減排效果起顯著作用；非金屬礦物制品業及有色金屬冶煉及壓延加工業所產生的CO2與SO2及顆粒物排放量均呈負相關，這可能是由于在這兩個行業的生產過程中SO2與生產所加入的礦石接觸后被固定，而導致排放量減少。

4.3.2 工業重點行業減排潛力分析

將2020年世界能源的消費比例[24]作為參考，2020年云南省非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延加工業及有色金屬冶煉及壓延加工業的煤炭及燃油消費比例分別為82.62%、88.80%及27.15%（如表2所示），其中非金屬礦物制品業及黑色金屬冶煉及壓延加工業均高于世界能源消費煤炭及燃油消費的平均水平（58.40%）。從能源結構來看，三個行業中減排潛力最大的是黑色金屬冶煉及壓延加工業，結合黑色金屬冶煉及壓延加工業SO2與CO2協同減排的相關性，可優先通過以節能為主的前端和過程控制措施實現協同減排[10]。

表2 工業重點行業能源消費比例（%）

5 結論與建議

5.1 結論

（1）云南二氧化碳及主要大氣污染物排放情況分析。云南省2011—2020年能源生產與加工轉換、農業、工業和建筑業、交通運輸及居民生活五個領域CO2年平均排放量為16000萬t，SO2年平均排放量為45萬t，NOX年平均排放量為41萬t，顆粒物年平均排放量為26萬t，其中工業和建筑業領域CO2、SO2及顆粒物排放所占比例最大，該領域CO2年平均排放量為9705萬t，SO2年平均排放量為30萬t，NOX年平均排放量為16萬t，顆粒物年平均排放量為21萬t，因此將工業和建筑業作為CO2與主要大氣污染物協同減排研究的重點領域。

（2）云南二氧化碳和主要大氣污染物協同減排效應分析。從云南省級層面來看協同效應對于CO2與主要大氣污染物的排放減少呈正向驅動，其中工業和建筑業領域2014—2020年SO2及NOX總效應表現為排放減少，其中協同效應起到了正向驅動排放減少的作用，平均貢獻率分別為125%及126%，2013—2017年協同減排效應為驅動顆粒物排放減少的第一大減排貢獻因素。

（3）云南工業重點行業協同減排潛力分析。將2020年世界能源結構作為參考，黑色金屬冶煉及壓延加工業的污染物減排潛力最大，并且從年排放量出發，該行業所產生的CO2與SO2排放量呈中等強度相關，說明通過減少該行業化石能源消耗所占比例可對其SO2與CO2協同減排效果起顯著作用。

5.2 建議

（1）開展工業領域綠色發展。從能源結構調整、源頭減排、過程控制、末端治理、綜合利用出發，推動工業節能與能效水平提升，持續推進鋼鐵、水泥行業的超低排放改造，推進大氣污染治理設備節能降耗，提升設備智能化運行水平。

（2）開展工業領域大氣污染物及碳排放數據常規化調查。通過結合工業園區大氣污染物排放數據及重點企業碳排放報告數據，推動云南工業領域大氣污染物與碳排放數據常規化調查，摸清云南排放底數，通過分析不同時期排放情況，運用智能化數據平臺，建立工業領域大氣污染物及碳排放數據庫，為開展工業領域大氣協同減排工作提供基礎。

（3）開展重點行業協同減排技術研究。針對云南省水泥、鋼鐵、有色行業進行相關大氣協同減排技術創新研究，并分析不同減排措施所帶來的協同減排效益，優化協同減排思路，為制定行業協同減排路徑奠定基礎。