基本介紹
- 中文名：碳排放
- 外文名：Carbon
- 別稱：溫室氣體排放
- 主要成分：二氧化碳
- 原因：化石燃料的燃燒
- 解決方法：利用陸地生態系統
詞義來源,碳排放原因,碳排放計算,碳排放脫鉤,國際條約,公約簡介,執行效果,目標實現,碳交易,與溫室效應,應對措施,綜述,能源結構調整,實施清潔生產,利用陸地生態系統,徵收碳稅的影響,消費行為的影響,土壤“碳排放”,減排目標,
詞義來源
碳排放是關於溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中最主要的氣體是二氧化碳，因此用碳（Carbon）一詞作為代表。雖然並不準確，但作為讓民眾最快了解的方法就是簡單地將“碳排放”理解為“二氧化碳排放”。多數科學家和政府承認溫室氣體已經並將繼續為地球和人類帶來災難，所以“（控制)碳排放”、“碳中和”這樣的術語就成為容易被大多數人所理解、接受、並採取行動的文化基礎。我們的日常生活一直都在排放二氧化碳，而如何通過有節制的生活，例如少用空調和暖氣、少開車、少坐飛機等等，以及如何通過節能減污的技術來減少工廠和企業的碳排放量，成為本世紀初最重要的環保話題之一。
碳排放原因
燃料本身就是有機碳氫化合物，所以如果不能與空氣中的氧氣發生燃燒化學反應變成對人體和環境基本無害的水和二氧化碳（但二氧化碳正在被認為是對全球大氣環境有危害的溫室氣體），就有可能成為有害物質而排放出，例如當燃料和空氣的比例過小（混合氣過稀）而導致發動機失火時就是如此，這是碳氫化合物（HC）排放的主要機理之一；燃料如果太多會導致混合氣過濃而不能完全燃燒，其中含碳較多的成分要么變成含碳較少的碳氫化合物或醛類物質（氣體），要么變成含碳較多結構更為複雜的顆粒物（PM），或者變成固體的碳煙顆粒物（也是PM），或者變成燃燒中間產物一氧化碳（CO），所以氧氣不足造成的不完全燃燒產物是碳氫化合物（HC）排放的又一個機理，也是碳煙及顆粒物（PM）排放和一氧化碳（CO）排放的唯一機理。碳煙的生成需要氧氣嚴重不足，所以主要在非均質燃燒的柴油機中生成，汽油機因為燃料與空氣均質混合後才燃燒，並且混合氣一般不會太濃，所以一般沒有碳煙，顆粒物（PM）排放也很少（但如果有機油進入混合氣中，如活塞環壞了導致串機油或燃燒混合油的二衝程汽油機，則也會產生碳煙和顆粒物；另外，如果汽油機供油系統故障導致供油失控，則也會產生碳煙）。氮氧化物（NOx）是由空氣中的氧氣和氮氣反應生成的，包括NO、NO2等，其中又以NO為主，但是空氣中的氧氣和氮氣在大氣狀態下並不會發生化學反應，只是因為燃燒形成的1200~2400℃的高溫環境為氧氣和氮氣反應生成NO、NO2創造了條件，才造成了氮氧化物（NOx）排放，這就是氮氧化物（NOx）排放的形成機理。鉛鹽直接來自於燃料，只要燃料不含鉛，發動機就不會有鉛污染。
碳排放：碳排放不僅僅是燃料燃燒會產生，人口的增加，經濟的增長也是會使碳排放增加的原因。
碳排放計算
走樓梯上下一層樓能減少0.218千克碳排放，少開空調一小時減少0.621千克碳排放，少用一噸水減少0.194千克碳排放……哥本哈根氣候變化大會結束之後，“低碳”概念開始高頻率地走進人們日常生活。現在，杭州開始建設低碳城市，大家對碳排放量的多少非常關心，但又知道得很模糊，不知道到底該怎么算的。
事實上，碳排放和我們每天的衣食住行息息相關。至於碳排放量有多少，有關專家給出碳排放的計算公式：
家居用電的二氧化碳排放量(公斤)=耗電度數×0.785；
開車的二氧化碳排放量(公斤)=油耗公升數×0.785；
坐飛機的二氧化碳排放量(公斤)：
短途旅行：200公里以內=公里數×0.275；
中途旅行：200至1000公里=55+0.105×(公里數-200)；
長途旅行：1000公里以上=公里數×0.139。
火車旅行的二氧化碳排放量=公里數×0.04
家用天然氣二氧化碳排放量（千克）=天然氣使用度數×0.19
家用自來水二氧化碳排放量（千克）=自來水使用度數×0.91
此外，還有人發布了肉食的二氧化碳排放量——
肉食的二氧化碳排放量(公斤)=公斤數×1.24。
這些計算公式是如何得出的？
據了解，碳足跡計算國際上有很多通用公式，這些公式是由聯合國及一些環保組織共同製作的。在這些公式的基礎上使用中國本土的統計數據和轉換因子，使計算更符合中國國情，也更準確地反映你的實際碳足跡。
在中國，每年的能源消費總量都發布在《中華人民共和國國民經濟和社會發展統計公報》中，比如，2008年“全年能源消費總量為28.5億噸標準煤”。標準煤亦稱煤當量。1噸標準煤的能量，約為0.7噸純碳充分燃燒釋放的熱量。0.7噸乘以3.7得出：消耗1噸標準煤的能源，排放的二氧化碳量為2.6噸。任何普通人，只要記住“2.6”這個簡單數字，就能從國家公布的統計報告中，估算出中國全年的二氧化碳排放量。以2008年為例，全年能源總消費量為28.5億噸標準煤，其中3億噸來自傳統生物質能源（非化石燃料），2.5億噸來自可再生能源，實際消費的化石燃料能源量為23億噸標準煤。23億噸乘以2.6，得出二氧化碳排放量為59.8億噸。根據當年的統計公報，中國人口為132802萬人，由此計算出，2008年中國人均二氧化碳排放量為4.5噸——這與國內外學術界認可的數字十分吻合。
碳排放脫鉤
碳排放脫鉤是經濟成長與溫室氣體排放之間關係不斷弱化乃至消失的理想化過程，即實現經濟成長基礎上，逐漸降低能源消費量。簡而言之，即隨著經濟的繼續增長，碳排放總量卻逐漸減少直至消失的理想過程。
國際條約
公約簡介
《聯合國氣候變化框架公約》被認為是冷戰結束後最重要的國際公約之一。針對全球氣候變暖的挑戰，國際社會在1992年制定了《聯合國氣候變化框架公約》（以下簡稱《公約》），並於1997年12月在日本京都召開的《公約》第三次締約方大會上達成了《京都議定書》 （以下簡稱《議定書》）。《議定書》要求30多個附屬檔案一國家（包括已開發國家和經濟轉型國家）在2008至2012年間，把溫室氣體的排放量平均比1990年削減>5.2%。在得到占已開發國家1990年CO2排放總量的55%以上的締約已開發國家批准後，《議定書》於2005年2月16日正式生效。這標誌著國際社會進入了一個實質性減排溫室氣體的階段，人類發展史上首次具有了一個國際法律框架，用以限制人類活動對地球系統的碳循環和氣候變化的干擾。減少碳排放成為締約國家社會經濟發展和生產經營活動的重要目標之一。
國際條約
國際條約《議定書》設計的清潔發展機制（CDM）為溫室氣體減排提供了一個雙贏的長期行動框架。是《議定書》設計的三個靈活機制之一，其初衷是為了各國可以採用最小成本且有效的方式來削減排放，各國可以運用這些機制相互協作以履行減排的承諾。該機制允許已開發國家在開發中國家開展減排項目來獲取減排信用，並從2000年開始到第一個承諾期（2008-2012）執行。它既可以使已開發國家降低減排的成本，同時又使開發中國家通過項目合作，獲得相應的資金和技術支持。中國可以通過積極參與項目獲得巨大的經濟收益，據估計中國可以提供全球CDM所需項目的一半以上。此外，碳交易市場也有望成為世界最大的市場之一。
執行效果
《議定書》生效是各國在政治、經濟、能源、環境等方面利益相互妥協的結果。由於各國在溫室氣體減排方面具有共同但有區別的責任，加上資源稟賦和經濟發展水平差異較大，在履行減排義務時付出的代價不同，所以在減排的國際談判中不得不考慮各自的國家利益，使得談判過程成為一個各個國家或利益集團在政治、經濟、資源、環境等方面博弈的複雜過程。
由於占已開發國家溫室氣體排放約40%的美國和澳大利亞沒有批准《議定書》，並且《議定書》最終文本是在談判過程中對一些國家的減排義務作了較大讓步的情況下才達成的妥協方案，所以《議定書》執行的意義和效果並不顯著。
目標實現
即使《議定書》所規定的各項目標能夠實現，與穩定氣候變化的最終目標仍相距甚遠。由於溫室氣體減排的成本較高，對經濟將產生不可忽視的重要影響。所以，實力薄弱的開發中國家無力承擔如此巨大的經濟負擔，需要已開發國家提供資金和技術援助。另一方面，減排的效果如何還有很大的不確定性，因此國際社會實現穩定氣候變化的目標仍然任重道遠。
碳交易
全球碳交易市場年均交易額已達300億美元，預計將來還會大幅增加。在歐洲，企業可以通過買賣二氧化碳排放量信用配額來實現排放達標的目標。碳排放已經成為一種市場化的交易。在倫敦金融城，除了股票、證券和期貨交易所外，還有不少專門從事碳排放交易的公司。早在2002年，英國就自發建立了碳交易體系。另外，在倫敦證券交易所創業板上市的公司中，有60多家企業致力於研發有助減少碳排放的新技術。雖然在倫敦沒有一所類似股票交易所的碳交易所，但是這些大大小小從事碳排放交易的公司企業卻早就聯合在一起了。碳排放價格一直處於波動狀態，2006年交割的碳排放價格約為每噸16.50歐元（約合人民幣165元），而2007年交割的碳排放價格則為17歐元。除英國外，歐洲各國目前都有活躍的碳排放交易市場。2002年，荷蘭和世界銀行首先開始碳交易時，碳排放的價格為每噸5歐元左右，此後開始上揚。2004年達到6歐元，到2006年4月上旬，每噸價格超過了31歐元。2006年，世界二氧化碳排放權交易總額達280億美元，為2005年的2.5倍，交易的二氧化碳量達到了13億噸。
排放模式
排放模式英國、美國已經是全球碳排放交易的兩大中心——擔綱的分別是倫敦金融城和芝加哥氣候交易所。現在，參與碳排放交易的政治家和商人都將目光投向了亞洲，投向了中國。碳排放交易是用經濟手段推動環保的國際通行辦法，是清潔發展機制，簡稱CDM的核心內容。1997年開始接受簽署的《京都議定書》，《聯合國氣候變化框架公約》下的重要議定書，是碳排放全球交易的政策驅動力。根據《京都議定書》的約定，“已發展國家”有已經核准的2008-2012年間溫室氣體排放量上限；同時，至2012年，溫室氣體平均排放量必須比1990年的水平低5.2%。為減少“全球蔓延”的溫室氣體，《京都議定書》同時規定，協定國家（現有169個國家）承諾在一定時期內實現一定的碳排放減排目標，各國可將自己的減排目標分配給國內不同的企業。當某國不能按期實現減排目標時，可以從擁有超額配額（或排放許可證，英文簡稱CER）的國家（主要是開發中國家）購買一定數量的配額（或排放許可證）以完成自己的減排目標。同樣的，在一國內部，不能按期實現減排目標的企業也可以從擁有超額配額（或排放許可證）的企業那裡購買一定數量的配額（或排放許可證）以完成自己的減排目標，CDM便因此形成，碳排放形成“大宗商品交易”的國際市場。
受《京都議定書》的政策牽引，英國早在2002年即啟動自願排放貿易計畫，31個團體根據1998-2000年基線自願性設定排放減量目標，包括了6種溫室氣體。2005年，歐盟溫室氣體排放交易體系啟動，該體系覆蓋歐盟25個成員國，包括近12000個燃燒過程排放二氧化碳的工業實體，遂使歐盟成為世界上最大的碳排放交易市場。倫敦金融城則是歐洲碳排放交易市場的中心。2006年，其碳排放交易額超過200億歐元，歷年來呈翻番增長趨勢。“走在環保問題的前列，已經為金融城帶來了切實利益。”倫敦金融城當局政策與資源委員會主席麥可·斯奈德如此評價金融城的碳排放交易。
美國目前尚未加入簽署《京都議定書》，其制定了“10年內減少20%的汽油用量”的發展減排計畫。2003年建立的芝加哥氣候交易所是全球首個以溫室氣體減排為目標和貿易內容的專業市場平台，其包括了二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化物、六氟化硫等6種溫室氣體的排放交易，會員200餘個，這足以使其成為碳排放交易的美洲中心。
與溫室效應
全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀以來大量使用礦物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多種溫室氣體。由於這些溫室氣體對來自太陽輻射的可見光具有高度的透過性，而對地球反射出來的長波輻射具有高度的吸收性，也就是常說的“溫室效應”，導致全球氣候變暖。全球變暖的後果，會使全球降水量重新分配，冰川和凍土消融，海平面上升等，既危害自然生態系統的平衡，更威脅人類的食物供應和居住環境。
應對措施
綜述
與其他污染物不同，CO2的減排存在很大的技術難度。目前，主要有3種技術方向和選擇。一是採取化石能源的替代技術，主要包括清潔能源替代技術、可再生能源技術、新能源技術(核能目前已經被排除在聯合履約和CDM機制之外)；二是提高能效，進而通過減少能耗實現削減CO2排放；三是碳埋存及生物碳匯技術。此外，稅收等財政金融政策可以起到加速技術改造進程，最佳化資源配置，降低全社會減排成本的作用。
積極應對
積極應對能源結構調整
能源結構調整對減排的作用明顯但困難較大
從目前情況來看，短期內，通過能源替代技術改變能源結構的作用有限。人類存在採用低碳或無碳的替代能源技術的可能性，但還有很長一段路要走。為此，重點研究了現有能源的相互替代的可能性與效果。 在考慮巨觀經濟系統各個方面的複雜相互作用的基礎上，我們初步建立了以減排政策為核心的一般均衡模型，套用這一模型對能源結構調整、經濟結構調整、徵收碳稅等進行了政策模擬分析，主要結論如下。
中國2003年能源消費中，煤的比重為67.1%，天然氣的比重為2.8%。如果將煤的使用比重降低1個百分點，代之以天然氣，CO2的排放量會減少0.74%，而GDP會下降0.64%，居民福利降低0.60%，各部門生產成本普遍提高，其中電力部門受影響最大，平均成本提高0.60%；如果“氣代煤”的比例為5%，CO2的排放量會減少4.9%，而GDP會下降2.0%，居民福利減低2.0%，電力部門平均成本提高2.4%。 因此，能源結構調整的後果是，一方面CO2排量會顯著降低，另一方面GDP增長速度會放緩，居民福利受到一定的影響。在中國全面建設小康社會的過程中，經濟必須保持一定的增長速度，因此，即使在能源供給充分的條件下，能源結構調整的速度不應也不可能太快。
實施清潔生產
技術和提高能源利用效率是最有效的途徑。根據以上預測，即使採取較積極的能源政策，包括提高可再生能源和油氣等清潔能源的比例，2020年中國煤炭消費仍占約60%。而碳埋存和相關碳匯技術因成本等問題難以推廣。因此，最可行也是最有效的技術減排措施就是採取清潔生產等技術來提高能效，特別是煤炭的清潔利用技術在未來15年中將扮演十分重要的角色。能效技術不僅減少能源利用、減少排放、提高成本效益，還能通過技術轉移發揮更大潛力，因此是CDM項目最優先的選擇。另外，在農業方面，提高化肥利用率。在保證作物產量的前提下，實現減少化肥消耗量，對於減少化肥生成過程中的CO2排放和保護環境都具有重要的作用。
中國履行《京都議定書》
利用陸地生態系統
增加陸地生態系統碳吸收有助於減輕中國潛在的減排壓力造林、林地恢復、豐產林管理、採伐管理、森林防火和病蟲害控制等可增加森林固碳量，減少碳排放。據初步估計，中國實施的林業六大重點工程的固碳潛力約200億噸，持續時間約為100年。合理的農業管理措施(包括平衡施肥、合理種植、增加秸稈還田、少耕免耕等)和減少土壤侵蝕能大大提高農業土壤固碳量。根據目前的野外定位研究成果，在施用有機肥的情況下，除東北部分地方外，土壤有機質均會增加，平均增加幅度為8.52～59.78 g/（m2·yr）。農作物秸稈的還田，類似於施用有機肥，可以增加土壤的有機質含量，平均增加幅度45.24 g/（m2·yr）。免耕和少耕可以分別平均增加土壤有機碳134.81和208.74 g/（m2·yr）。在中國農業生產中，積極施用有機肥及推廣秸稈還田和免耕，農田生態系統土壤的固碳潛力是巨大的。初步估計，目前森林植被的現有碳貯量只有潛在貯量的44.3%，土壤的現有碳貯量只有潛在貯量的90%。
中國履行《京都議定書》
中國履行《京都議定書》增加草地固碳量的主要措施包括合理放牧、灌溉、施肥和品種改良等。另外，中國青藏高原高寒濕地、東北濕地以及分布在幾大流域的濕地是個巨大的碳庫，納入陸地生態系統碳管理框架具有重要戰略意義。當前中國符合《京都議定書》的生態系統碳匯占工業CO2總排放量的4%～6%。到2020年，這個碳匯可提高2～4倍，占工業CO2總排放量的7%～8%。增強陸地生態系統碳吸收與碳管理可在一定程度上減輕中國所面臨的溫室氣體減排壓力，為加快中國的工業化進程爭取空間和時間。
徵收碳稅的影響
徵收碳稅對整個經濟的負面影響不可低估
如果採用徵收碳稅的市場手段實現5%或10%的減排目標，需要分別徵收每噸碳90.71元和192.9元的碳稅。如果將徵收的碳稅全部用於返還居民，其稅率還會略有提高。在徵收碳稅情形下，各部門的生產成本將增加，電力部門增加的成本分別為5.78%和12.07%，鋼鐵部門增加0.91%和1.94%，郵電運輸業增加0.128%和0.263%。 如果把調整能源結構和徵收碳稅的措施結合起來，我們可以得到社會總成本略小的方案。例如：“氣代煤”1%，徵收碳稅82.1元/噸碳，可以實現5%的總的減排目標，而居民福利下降0.78%，GDP下降1.51%。
總之，採用徵收碳稅和能源結構調整的政策對整個經濟的負面影響比較大。
消費行為的影響
消費行為對節能與減排的作用突出
目前，對生產活動中的節能、提高能效方面的研究比較多，而對居民生活用能研究得比較少。事實上，1999～2002年中國每年全部能源消費量的大約26%、CO2排放的30%是由居民生活行為及滿足這些行為需求的經濟活動造成的。經過研究，居民的生活用能具有巨大的節約空間。在基本不降低生活水平的前提下，單是在住房、汽車、機車和家用電器節能這幾項就可以節約能源2176.3萬噸標準煤，占2002年居民生活行為用能的11.0%，相當於每年減少1628.8噸碳的CO2排放。
土壤“碳排放”
2018年9月，天津大學地科院晏智鋒副教授與聯合西北太平洋國家實驗室—馬里蘭大學聯合全球氣候變化研究所合作，在土壤異養呼吸過程模型構建與套用上取得新進展，首次建立了可精準監測土壤“碳排放”的過程模型系統，該系統可更加精準地預報土壤異養呼吸對大氣環境的影響。
各國學界普遍採用經驗模型模擬土壤異養呼吸，空間可拓展性差，給預測區域或全球範圍土壤二氧化碳排放帶來了很大的不確定性。因此，亟須建立新的土壤異養呼吸的機理或過程模型，提高預測土壤二氧化碳排放及氣候變化的準確性。
晏智鋒團隊根據土壤異養呼吸的主要控制過程，構建出了一種全新土壤呼吸速率回響土壤含水率變化的過程模型。
該模型首次融入了土壤屬性大數據，重新建立了模型參數和土壤屬性之間的定量關係，可更加精確地揭示土壤異養呼吸的微觀機理和巨觀規律之間的內在聯繫。與傳統的經驗模型比，這一新模型普適性和可靠性都有了大幅提升，可明顯提高土壤異養呼吸碳排放預測精度。這一新模型的投入使用，有望提高地球系統模式中預測全球氣候變化中碳排放的準確性和前瞻性，也為提升氣候環境預測準確性提供了新方法和研究思路。
相關研究成果在《自然通訊》雜誌線上發表。
減排目標
2013年中國將有七個省市啟動碳排放交易試點
中國國家發改委建議從2016年起對全國溫室氣體排放量設定一個絕對上限值，該做法將使排放量目標獨立於經濟成長.發改委預計中國溫室氣體排放將在2025年達到峰值，比之前預測的要早五年。
“發改委正在研究測算溫室氣體排放達到峰值的時間表，並計畫在‘十三五’期間力爭實施碳排放總量控制制度，”報導援引未具名的政府官員稱。
十二五規劃期間，中國承諾到2020年將每單位國內生產總值(GDP)的碳排放較2005年削減40-45%，允許排放量增長但增速放慢。
而若設立絕對上限值，即便中國經濟增速超出預期也將必需控制碳排放量。
在近期一次工作會議上，國家發改委副主任解振華表示，我國將提出我國2030年及2050年低碳發展路線圖。
中國：到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45% ；
美國：2020年溫室氣體排放量在2005年基礎上減少17%。
韓國：為了削減碳排放，將在未來10年執行正在考慮的三個計畫中最嚴格的一個，使2020年的碳排放量比正常水平降低30%。
