碳足迹的概念和核算方法研究进展

计军平马晓明 （北京大学深圳研究生院环境与能源学院城市人居环境科学与技术重点实验室，广东深圳518055；北京大学环境科学与工程学院，北京100871） 摘要：碳足迹提供了分析人类活动对气候变化影响的新视角。从概念和核算方法两个方面对有关碳足迹的研究进行了分析：（1）概念上，碳足迹目前无统一的定义。在分析度量单位、温室气体种类及系统边界的基础上，文章提出了碳足迹的建议定义。（2）方法上，碳足迹目前无统一的核算方法。投入产出分析、生命周期评价及混合生命周期评价是三种主要的核算方法。文章对这三种方法的原理、适用范围、优缺点及应用情况进行了分析。最后，从方法、应用和不确定性三个方面对碳足迹研究作了展望。 关键词：碳足迹；投出产出分析；生命周期评价；混合生命周期评价 中图分类号：F224；F062.2文献标识码：A Review of Carbon Footprint: Definitions and Accounting Methods JI Junping, MA Xiaoming(Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, School of Environment and Energy, ShenzhenGraduate School, Peking University, Shenzhen Guangdong 518055, China;College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China) Abstract:The concept of carbon footprint provides new perspective on impact of human activities on climatechange. In this paper we investigate the definitions and accounting methods of carbon footprint by reviewing relatedstudies. A widely accepted definition of carbon footprint does not exist. After analyzing units, scope of emissions andsystem boundaries about carbon footprint in existing literatures, we propose a definition. A widely accepted methodfor accounting carbon footprint does not exist either. Instead, three methods are frequently used to calculate carbonfootprint separately, that is input-output analysis, life cycle assessment, and hybrid LCA. We analyze theories, scopes ofapplication, advantages and disadvantages, and applications of these three methods. Finally, we suggest some researchareas of carbon footprint, which are related to methods, applications and uncertainty. Key words:carbon footprint; input-output analysis (IOA); life cycle assessment (LCA); hybrid LCA 以全球变暖为主要特征的气候变化是世界各国共同面临的严峻挑战，而人类活动是引起气候变化的重要原因[1]。目前，越来越多的组织机构和政府部门开始采用“碳足迹（carbon footprint）”来衡量产品、服务、组织、城市及国家的温室气体排放量，为减排方案的制订提供决策依据[2～4]。 点和应用范围对于推动温室气体减排工作具有现实意义。 1碳足迹的概念 碳足迹起源于生态足迹的概念，但现在已形成其特有的含义。里斯（Rees）和瓦克纳格尔（Wackernagel）采用生态足迹来描述人类生产消费活动造成的生态影响[6]，以生态生产性土地面积表示，而碳足迹关注的是某项活动或某个组织所排放的温室气体量，以质量或面积表示。 尽管研究日益增多，但“碳足迹”一词仍然缺乏一致的定义和标准的核算方法。不同文献对碳足迹的度量单位、温室气体种类和系统边界的定义并不一致[5]，而核算方法则包括生命周期评价（LCA）、投入产出分析（IOA）、混合生命周期评价（hybrid LCA）等。随着研究的深入，明确碳足迹的定义、认识各种核算方法的优缺 碳足迹概念的发展大致可分为两个阶段。第一个阶段，非政府组织、公司和政府部门提出了众多定义，多数主张碳足迹度量的是某一活动或产品直接排放的二氧化碳或温室气体量，以及与电力消耗相关的排放量[5, 7～8]。这些定义大部分来自灰色文献而非经过严格同行评议的学术论 氧化碳的排放量，而另一部分学者认为[10, 13～14, 18, 23～25, 28]其他温室气体也应包括在内，但具体包含哪些气体尚存争议。 文。第二个阶段，近两年学术界开始出现碳足迹概念的讨论，认为碳足迹度量的是某一活动或产品在生命周期内排放的温室气体量，但对于概念中涉及的温室气体种类及系统边界仍存在争议[5, 9～14]。 为回答上述问题，需考虑政府间气候变化专门委员会（IPCC）建立的温室气体排放核算机制。度量不同温室气体的全球变暖潜能值（GWP）是IPCC核算机制的核心。GWP反映了给定质量的温室气体对全球变暖的贡献大小，并指定二氧化碳的值为1[29]，每种气体可根据各自的GWP转化成二氧化碳当量。根据京都议定书，六类主要的温室气体具有引起气候变化的潜能，即二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）、甲烷（CH4）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）以及六氟化硫（SF6）。以二氧化碳当量计算，二氧化碳的排放量占人为温室气体排放总量的78.7%[29]。虽然其他温室气体的排放量比重不大，但它们具有很高的变暖潜能值，从21至23 900[29]不等，在特定情况下其影响不可忽略。 2010年7月9日在科学引文索引（Web of Science）上对“碳足迹”（carbon footprint）一词进行了检索，检索范围为1986年至今美国科技信息所数据库（Science CitationIndex Expanded）收录的文献。共有155篇论文在标题、摘要或关键词中出现了“碳足迹”，2007年14篇，2008年37篇，2009年61篇，2010年43篇（截至2010年7月9日）。尽管近几年出现了大量论文，但大部分文章关注的是如何测量和减少特定过程、产品的温室气体排放量，对碳足迹的概念问题并没有充分地论述。明确对碳足迹作出定义的文献见表1。 1.1度量单位 目前碳足迹拥有面积和质量两种度量单位。科提兹（Kitzes）等[15～16]将碳足迹作为生态足迹的一部分，称为“化石能源足迹”或“二氧化碳用地”，以全球性公顷（gha）为单位。魏德曼（Wiedmann）等[5, 10, 13, 17～18]采用二氧化碳的质量来表示碳足迹。 因此，碳足迹作为一个综合性指标不仅应包括二氧化碳，还应包括其他温室气体。另外，为有效配合京都议定书及其后继议定书的减排实践，应当将协议中规定的各类温室气体纳入碳足迹的核算范围。 采用面积或质量单位均存在不足。将温室气体的排放量转换成土地面积需要基于一系列的假设，这会增加碳足迹核算的误差和不确定性[19]。另一方面，用温室气体的质量来表示碳足迹在表述上并不准确，因为足迹是个空间概念，以质量为单位容易引起误解[20]。 1.3系统边界 界定碳足迹的系统边界涉及两个问题：（1）是否需要包括隐含在生产链上游相关过程中的间接排放；（2）如果需要，那么边界应当划在哪里。现有文献中存在以下两种的观点： 不过，由于国际上的温室气体减排协议及研究报告均以温室气体的质量来衡量排放量[1, 21]，因此为了同已有的研究和实践相协调，大部分文献采用二氧化碳的质量（或当量质量）作为碳足迹的单位[5, 20]。 一 类 观 点 是 只 有 与 产 品 或 活 动 直 接 相 关 的 排 放 量才应该被包括在内[8, 26, 30]，因为包含间接排放可能引起重复计算[31～32]且难以确定排放责任[33]。不过，马修斯（Matthews）等[14]核算了美国491个经济部门产品和服务的温室气体排放量，发现总体上直接排放仅占温室气体总排放量的26%，大部分是间接排放，拉尔森（Larsen）等[13]也得出了类似的结论。可见，仅考虑直接排放会低估 1.2温室气体种类 现有文献对于碳足迹应当包含哪些温室气体存在不同的观点。一部分学者认为[5, 17, 22, 26～27]碳足迹仅需计算二 国[17]、澳大利亚[43]以及全球[10]的碳足迹进行了核算。 与产品或活动相关的温室气体排放量，这种低估不利于减排政策的制订和实践。 不过，由于投入产出分析法仅使用部门平均排放强度数据，因此不适合用于分析微观系统。另外，该方法难以准确反映进口产品或资本商品的温室气体排放量[44～45]。 另一类观点是碳足迹应当包括产品或活动在生命周期内直接和间接排放的温室气体量[5, 34～37]。为便于描述“直接”和“间接”排放源，同时也为避免重复计算，不同学者及研究机构提出了多种碳足迹清单[11, 13～14, 22, 38]。这些清单可归纳为范围逐渐增大的“层”：第一层包含产品或活动引起的直接排放，第二层包括因电力消费所引起的间接排放，第三层包括其他所有间接排放。分层的优点是便于研究者识别碳足迹的主要来源，从而制定经济有效的减排对策。 2.2生命周期评价 生命周期评价指分析一项产品在生产、使用、废弃及 回 收 再 利 用 等 各 阶 段 造 成 的 环 境 影 响 ， 包 括 能 源 使用 、 资 源 消 耗 、 污 染 物 排 放 等[ 4 6 ]。 该 方 法 包 含 四 个 部分，分别是目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释[46]。 采用生命周期评价法核算碳足迹时需要考虑方法和数据两方面的不确定性。首先应选择合适的核算方法，包括建模方法的选择，资本商品的处理以及土地利用变化的处理等，它们会对最终结果产生显著影响。其次，应确保数据质量达到ISO14044[46]及PAS2050[35]的标准，包括准确性、代表性、一致性、可再现性、数据源以及信息不确定性等。 因此，从实践角度出发碳足迹应当包含产品或活动整个生命周期内直接及间接排放的温室气体量，同时为便于分析应建立分层的碳足迹清单。 1.4对碳足迹的建议定义 基于以上分析，本文对碳足迹提出以下建议定义：碳足迹是对某一产品或活动在生命周期内直接及间接引起的温室气体排放量的度量，以二氧化碳质量当量为单位。温室气体包括京都议定书及其后继议定书中列明的各类温室气体。 生命周期评价是自下而上计算碳足迹的一种方法，分析结果具有针对性，适合于微观系统的碳足迹核算[34]。已有学者利用该方法对卫生设备[47]、铲车[12]、制水[23]、小型社区[22]、小型经济体[48]及生物能源[49]等进行了核算。同时，为规范和促进碳足迹核算在企业中的应用，国际标准化组织、英国标准协会和世界资源研究所已制