基于EIO-LCA 的青海省行業隱含碳排放及碳減排潛力分析

祁登菊 胡西武

（青海民族大學，青海 西寧 810007）

碳達峰碳中和是國家重大戰略需求，打造青藏高原生態文明高地和加快產業“四地”建設是新時代青海省全力推進的重要目標。2023 年3 月20 日，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布第6 次評估報告《氣候變化2023》，再次明確了工業化以來人類活動對全球氣候的影響。 2021 年10 月中共中央、國務院頒布的 《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》 強調要加快產業結構升級，促進碳減排，推進“碳中和”“碳達峰”雙重目標。 2022 年3 月《“十四五”現代能源體系規劃》要求推進能源產業鏈碳減排，加快能源結構綠色轉型。 2022 年12 月《青海省碳達峰實施方案》指出要賦能產業“四地” 建設。 2023 年3 月青海省生態環境保護工作會議進一步強調要打造生態文明高地和建設產業“四地”，推動經濟社會發展低碳化，建設“潔凈青?！?。

青海省是清潔能源產業高地，碳排放總量全國排名較低[1]、總體清潔能源儲量大、大型固碳資源豐富，是巨大的碳匯盈余地，需要從供給端、消費需求端、固碳端這“三端”協同發力打造青海省產業“四地”。青海省冰川固碳持碳功能極為突出，擁有森林、草原、濕地、凍土、冰川等多種大型固碳資源，為省內碳匯資源的主要來源。 其中，省內森林碳匯潛力預計每年在3000 萬噸，青藏高原土壤生物碳儲量達到267 億噸，凍土區碳匯潛力最大，凍土土壤有機碳儲量達到1600 億噸。 因此，排除固碳端青藏高原特殊地理區位因素，加快供給端和消費需求端碳減排對實現“雙碳”目標顯得尤為重大。

本文采用IPCC 能源碳排放核算方法和EIO-LCA 模型， 分別測算青海省直接碳排放和隱含碳排放及其強度，通過碳減排潛力模型，從生產者視角和最終消費視角深入剖析各部門隱含碳排放情況，對實現青海省高質量發展和推進生態友好的現代化建設具有重大意義。

一、文獻綜述

劉衛東等[2]的研究表明碳排放強度與產業結構之間呈現倒“U”字形曲線關系，在全球氣候不斷變暖的新形勢下，產業結構綠色升級是實現“碳中和”和“碳達峰”目標的重要前提。 學者們對于碳排放及碳強度的測算主要基于兩種視角：第一種基于生產者視角，即利用IPCC 核算方法對各部門化石能源直接消耗碳排放量進行核算，主要用于各省、各地區內部直接碳排放估算[3]。 另一種基于消費者視角，主要對隱含碳排放進行測算，其計算過程較為復雜，現多用于國際貿易中的碳泄露問題研究[4][5][6]。 投入產出分析法可以追溯整個經濟系統的全過程碳排放，目前多用于“碳足跡”核算[7]。

隨著產業結構綠色轉型升級的不斷推進， 學者們對于產業結構， 經濟增長及碳排放的研究逐漸增多。 徐成龍等[8]采用LMDI 模型探討山東省產業結構調整對其碳排放的影響，指出產業結構升級會顯著降低碳排放量。 袁毅軍等[9]基于GTAP-E 模型分析對碳排放的主要影響因素，同樣發現優化產業結構能明顯降低碳排放量。陶長琪等[10]利用PVAR 模型發現碳排放隨著產業結構的調整發生變化，并且產業結構變化能夠對碳排放造成顯著影響。 以上研究表明產業結構低碳化轉型對于降低碳排放量發揮著至關重要的作用，但方法上較為單一，沒有進行全過程測算。

Lave 等創建了經濟投人產出生命周期評價模型（EIO-LCA）[11]。 EIO-LCA 是經濟投入產出模型與生命周期理論的結合， 其主要運用于碳足跡核算框架下分析產品或服務在整個生產鏈和消費鏈上隱含碳排放的研究，通過對隱含碳排放的核算，能更加準確地從微觀層面觀察產業結構對碳排放的影響。 吳常艷等[12]、袁長偉等[13]和曲英等[14]采用EIO-LCA 模型對省域地區隱含碳排放進行測算，并對其減排潛力進行測算。 翁世梅等[15]也對安徽省碳減排潛力進行分析，認為能源產業的碳減排潛力較大。 王家明等[16]進行市級化碳減排潛力研究， 探討更為精細準確化。 通過文獻梳理發現從生產鏈和消費鏈兩個視角對隱含碳進行全面綜合性地分析能更好的其真實碳排放情況，因此本文基于2017 年青海省投入產出表采用EIO-LCA 模型對青海省行業隱含碳（生產鏈和最終消費）及減排潛力進行分析，從而提出產業結構調整升級的相關對策建議。

二、研究方法及模型構建

（一）碳排放量和直接碳排放強度

在全球氣候變化的進程中，化石能源燃燒為主要碳排放來源，本文采用IPCC 溫室氣體清單指南中的溫室氣體排放量核算方法對青海省化石能源燃燒產生的CO2排放量進行測算。 具體計算公式如下：

式中，Ei為i 行業CO2排放總量（萬t）；Fcij為i 行業j 能源的消費量（萬t）；Lcvij為i 行業j 能源的低位發熱量（Tj/t）；Cpcij為i 行業j 能源的單位熱值含碳量（t/Tj）；Corij為i 行業j 能源的碳氧化率；44/12 為碳轉換系數。 其中，能源品種包括煤炭、焦炭、原油、汽油等，共9 種。

碳排放強度Ri是為單位地區生產總值（萬元）增長所帶來的CO2排放量，Xi為部門總產出（萬元），其公式為:

（二）隱含碳排放估算

本文參照吳常艷等[17]核算方法，構建青海省2017 年行業隱含碳排放矩陣，模型用公式表示為:

其中，B 為隱含碳排放矩陣（28×28）；R 為元素是各行業直接碳排放系數的對角矩陣（28×28）；（I-Ad）-1為列昂惕夫逆矩陣（28×28）；I 為單位矩陣（28×28）；Ad為省內投入直接消耗系數矩陣（28×28）；Yd為對角元為除去進口的最終需求量的對角矩陣（28×28）。

需要注意的是，青海省公布的投入產出表未區分出進口，為了避免隱含碳排量被高估核算偏離真實情況，除去進口影響。 因此，直接消耗系數矩陣Ad的計算公式為:

進口系數矩陣M（28×28）中元素mij的計算方法為:

i=1，2，3…，n。 當i≠j 時mij=0

其中，Ad為直接消耗系數矩陣；I 為單位矩陣；M 為進口系數矩陣；IMi為i 行業進口量；Qi為i 行業總產出；EXi為i 行業出口量。 由此得到完全消耗系數矩陣Bd：

（三）碳減排潛力模型

本文以投入產出模型為基礎，參照吳常艷等[18]構建的碳減排潛力模型，考慮產值變化帶來的碳減排效應，公式推導如下。

式中，△Xdj為j 部門產值變化和它引起的其他行業產值變化總和；λj為j 部門總產值的變化率（本文假設是1%）；Xdj為j 部門國內總產值；bij為j 行業為產出單位產品需要i 行業總投入。

式中，△C為產值變化1%引起的碳排放總和，為j 部門直接碳排放強度系數，其余含義同（7）

其中，CRE 表示碳減排效應

其中，ACR 表示碳減排總量。

三、實證研究

（一）數據來源及處理

本文各部門能源消費量來源于《2018 青海統計年鑒》和《2018 中國能源統計年鑒》;各化石能源碳氧化率等參數分別來源于《2018 中國能源統計年鑒》和《中國溫室氣體清單研究》；42 部門投入產出表來源于《2017 年青海投入產出表》。由于42 部門投入產出表和青海省終端能源消費表中的行業劃分有所不同，因此參照王雅楠等[19]的劃分方法，將42 部門重新劃分合并為28 個行業，具體行業劃分如表1 所示。

表1 青海省行業部門歸類

（二）基于能源消費的直接碳排放計算

青海省分行業直接碳排放結果表明，各化石能源消費碳排放總量為42.39×106t，其中金屬冶煉和壓延加工業（以下簡稱金屬加工業）是最大的碳排放部門，占直接碳排放總量的35.93%（15.23×106t）。 此外，化學原料和化學制品制造業（以下簡稱化工業）和非金屬礦物制品業（以下簡稱非金屬制品業）分別排在第二和第三位，占比17.68%（7.49×106t）和57.63%（3.23×106t）。從圖1 可以看出，碳排放強度和碳排放總量呈現非線性的互動關系，如石油和天然氣開采業（以下簡稱開采業）碳排放量較低，碳排放強度卻是最高的，高達10.7456，其次是金屬加工業為7.0058，化工業為5.9962（見表2）。上述分析可知，碳排放量和碳排放強度高的部門均屬于制造業，需要加快產業結構向第三產業轉型升級。 直接碳排放量和碳排放強度無法直接全面地衡量該部門全過程碳排放情況， 因此采用EIO-LCA 模型對生產鏈和最終消費視角引起的隱含碳排放進行核算就顯得極為重要。

圖1 細分部門直接碳排放及碳排放強度

表2 青海省細分部門直接和間接碳排放強度（t/萬元）

（三）生產鏈視角的隱含碳排放計算

采用EIO-LCA 模型從生產者視角分析可知，間接碳排放總量為18.09×106t，其中，排名前三的的部門分別為部門l（化工業，3.29×106t），部門k（石油、煉焦產品和核燃料加工品業，以下簡稱燃料加工品業1.89×106t），部門m（非金屬制品業，1.65×106t），分別占總體碳排放的18.17%、10.44%和7.53%（見圖2 ）。分析可知，上述部門均為生產鏈上游的能源供應行業，作為生產鏈下游行業的能源動力源，其對下游各產業的發展影響極大，因此，青海省想要打造清潔能源產業高地，就得從源頭制定綠色低碳減排方案。從整個生產鏈的碳排放情況來看，紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品業（以下簡稱服飾業，部門h）、木材加工品和家具制造業（以下簡稱木材家具制造業，部門i），通信設備計算機和其他電子設備制造業（以下簡稱電子設備制造業，部門s）等行業碳排放量較低。 因此，在淘汰落后的低產值高碳排放量產業的同時，還要提高各生產鏈之間技術的升級，減少間接碳排放量的產生。 另外，部門v（電力、熱力的生產和供應業，以下簡稱電熱生產供應業）和部門a（農林牧漁業）的碳排放量也較高，分別為102.81×104t 和89.93×104t。

圖2 生產供應鏈視角的碳排放總量

由于化工行業生產鏈視角碳排放量最高，為了進一步做探討，本文對化工制造部門的總體碳排放進行各部門具體碳排放分解分析發現，其自身的的碳排放量最高，為109.04×104t，占該部門碳排放總量的33.15%。 其次是部門n（金屬加工業，48.43×104t）的貢獻為14.72%，農林牧漁業（部門a）、通用及專用設備制造業（部門p，以下簡稱通專用設備制造業）、交通運輸倉儲及郵政業（部門z，以下簡稱交運倉郵業）的貢獻也不容忽視，分別占9.66%、5.47%和5.46%，見圖3。

圖3 化學原料和化工產品制造業碳排放分解

（四）消費需求視角的隱含碳排放計算

基于消費需求視角，從消費終端分別對隱含碳排放進行核算分析，總體分為青海省居民消費、政府消費、資本形成消費以及出口消費四個部分，其具體結果如圖4 所示。

圖4 最終消費引起的28 部門隱含碳排放

從圖2 可以看出2017 年青海省各行業因為最終需求導致的隱含碳排放總量為18.76×106t， 其中出口部分占比最大（7.55×106t），占總排放量的40.25%，其余為資本形成部分（5.04×106t）、居民消費部分（4.89×106t）和政府消費部分（1.27×106t），占比分別為26.91%、26.07%和6.78%。 其中，部門n（金屬加工業）、部門l（化工業）和部門k（ 燃料加工品業）等引起的碳排放量所占比重較大。

從各部門間接碳排放強度（見表2）來看，間接碳排放強度第一的是金屬加工業（部門n，8.6379），其次是化工業（部門l，6.1043），開采業（部門c，2.9509）。其中部門p（通專用設備制造業）、部門f（食品和煙草業）、部門y（建筑業）和部門aa（批發零售和住宿餐飲業）碳排放量和碳排放強度不成比例，甚至呈現碳排放量越高，碳排放強度越低的現象。 近年來學者們發現建筑業碳排放量占總體碳排放量的比重在不斷上升，這與城市化進程加快有著密切的聯系。 城市化的不斷加快會引發城市建筑面積的擴大，會引起鋼筋水泥等建筑用材的產量增長，從而推動與建筑有關的多個行業碳排放量大幅增長。

（五）碳減排潛力分析

根據碳減排效應和碳減排總量核算結果，從圖5 可以發現這兩者之間沒有直接的的明顯關聯，在產值變化1%的情況下，除其他行業（ab）外，碳減排效應最高的是金屬加工業達到了2.59t/104元，其次分別是化工制造業（2.08t/104元）、電熱生產供應業（2.01t/104元）、交運倉郵業（1.84t/104元）和開采業（1.69t/104元）。從碳減排總量來看，部門產值變動1%引起的金屬加工業減排量達1.9118×106t。非金屬礦采選業和其他礦采選業 （以下簡稱其他礦采選業） 為1.9064×106t、 農林牧漁業為1.1266×106t， 金屬礦采選業為0.7816×106t、燃料加工品業為0.6755×106t、電器機械器材制造業（以下簡稱器材制造業）0.6427×106t。

由于雨洪配套資料太少，二十世紀80年代以前，洪水比較多，但當時雨量站數過少，觀測段制太粗；80年代以后雨量資料雖然逐漸增加，但雨量站自記化程度仍然不高，洪水資料也相對較少，給資料分析帶來了很大的困難，直接影響了本文的率定結果，本文演算時段為一小時，對于陡漲陡落洪水過程不足一小時的洪水，預報結果與實測值相差較大。

圖5 青海省28 部門碳減排潛力分析

本文參考王家明等[20]的做法，如圖6 所示，X 軸為減排效應，Y 軸為產值變化引起的碳減排總量，以各自升序排名的第15 名為分界線，將碳減排潛力劃分為三個梯隊：第一梯隊為碳減排潛力高的行業（第Ⅰ象限）；第二梯隊為碳減排潛力較低的行業（第Ⅱ、象限）;第三梯隊為碳減排潛力低的行業（第Ⅲ象限）（見表3）。

圖6 青海省28 部門碳減排潛力分布

表3 青海省28 部門碳減排潛力梯隊表

屬于第一減排潛力的第Ⅰ象限包含的減排潛力最大的8 個部門分別是金屬加工業（部門n）、化工業（部門l）、電熱生產供應業（部門v）、非金屬礦物制品業（部門m）、農林牧漁業（部門a）、建筑業（部門y）、燃料加工品業（部門k）、其他礦采選業（部門e）（見圖6），說明這幾個部門未來碳減排空間較大，可以通過加快技術更新升級等方式加大碳減排力度。 這9 個部門中的4 個部門（非金屬制品業、化工業、燃料加工品業、農林牧漁業）是減排量與減排效應差距不大的部門，可以進行科學適度降低。 對于服飾業和建筑業減排量與減排效應幾乎同步，服飾業在第一減排潛力中相對排名靠前，建筑業相對靠后，可以淘汰一些高污染企業。

第Ⅲ象限包含了9 個部門，分別是煤炭開采和洗選業（以下簡稱洗選業，部門b）、紡織業（部門g）、服飾業（部門h）、木材家具制造業（部門i）、造紙印刷和文教體育用品制造業（部門j）、交通運輸設備制造業（部門p）、電子設備制造業（部門s）、燃氣生產和供應業（部門w）和水的生產和供應業（部門x）。 以上9 個部門的碳減排潛力貢獻都較小，且都為傳統工業，需不斷進行產業低碳化升級。

剩余第Ⅳ象限的6 個部門，開采業（部門c）、儀器儀表制造業（部門t）、交運倉郵業（部門z）、批發零售和住宿餐飲業（部門aa）和其他行業（部門ab）是減排效應高減排量低的部門。 第Ⅱ象限的5 個部門是碳減排效應低碳減排量高的的部門。 在表2 中可以看到采選業（部門d）、食品和煙草業（部門f）、金屬制品業（部門o）和器材制造業（部門r）間接碳排放強度均大于直接碳排放強度的，說明在這些行業生產過程中碳排放較大，因此需要加快產業技術升級來提高產品和服務的生產效率，從而達到實現碳減排的目的。

四、研究結論與政策建議

本文運用EIO-LCA 模型對青海省28 個行業的直接和間接碳排放以及總體碳減排潛力進行分析，得出如下結論和建議：

（一）研究結論

第一，青海省直接碳排放主要來自于金屬加工業、化工業以及非金屬制品業，其次交運倉郵業及開采業直接碳排放也較高，以上部門占總直接碳排放量的78.67%。以上傳統能源行業既不利于產業轉型，更不利于青海省生態保護工作的進行，因此，采用CCUS 技術提高能源利用和生產效率、加快清潔能源生產，建設大型光伏發電基地等舉措是推動青海省實現“碳中和”的重要途徑。

第二，生產鏈視角下的的間接碳排放排名前三的依次為化工業、燃料加工品業以及非金屬制品業，這三個行業占間接碳排放的貢獻度高達36.14%。 對化工業部門進行分解，發現化工業（33.15%）、金屬加工業以及農林牧漁業對其貢獻度較高，合計高達57.53%。此外，發現化工業在直接碳排放和間接碳排放中的貢獻度都很高，筆者認為主要是青海境內有著中國最大的鉀肥工業生產基地，且鉀肥多用于農業種植和經濟作物生長，所以造成排放量偏高。

第三，消費需求視角下的隱含碳排放分析表明出口部分占比最大，占總排放量的40.25%，其余為出口形成部分、居民消費部分和政府消費部分，占比分別為26.91%、26.07%和6.78%。其中，金屬加工業、化工業和燃料加工品業等引起的出口碳排放較高，可以看出，青海省出口形成的支柱產業多為制造業部門，產業結構呈現出嚴重失衡，面對新時代產業結構不斷升級優化的大發展趨勢，這會對青海省的經濟發展和環境保護造成嚴重阻礙。 為此應該大力推動青海省產業結構調整優化，推動第二產業向第三產業轉移，發展以清潔能源為基礎的低碳化產業，從而拉動現代服務業、旅游業、清潔產業的不斷發展。

第四，通過對碳減排潛力進行分析，發現碳減排潛力最大的8 個行業分別為金屬加工業、化工業、農林牧漁業、其他礦采選業、燃料加工品業、電熱生產供應業、建筑業和非金屬制品業，這些行業能有效降低碳排放促進碳減排，應對這些能源產業重化工業行業進行大力改造；而傳統行業如紡織業、服飾業、木材加工家具制造業、造印文體制造業、交運和電子設備制造業、燃氣生產供應業和水的生產和供應業碳減排量與減排效應都非常低，因此可以通過建立產業園區集群、加快技術更新、打造品牌特色等手段振興傳統產業；其他11個行業屬于碳減排潛力和減排效應嚴重不平衡的行業，需根據行業特征有針對性地提出減排舉措。

（二）對策建議

第一，要提升鹽湖資源綜合利用效率，加快產業技術升級轉型，充分發揮青海省鹽湖資源區位優勢，通過“延鏈補鏈強鏈”的方法探索循環經濟新模式，比如加強鉀資源合理有序開發，加快鹽湖資源系列產品研制，提高鉀肥資源高效轉化率，建設世界級鉀產業基地，打造現代化、高端化、智能化、綠色化的新型鉀肥產業，推動新能源多元循環經濟體系，引領青海省各產業低碳化發展。

第二，要推進產業鏈供應鏈低碳升級，發揮青海省清潔能源優勢。 比如完善“裝備制造—清潔能源生產—綠電輸送—消納”循環產業鏈條，發揮青海省生態固碳重要功能，高效利用青藏高原得天獨厚的太陽能資源和土地資源，持續推進新能源發電集約化發展，打造國家級水風光一體化建設，積極建造光伏發電和風電基地技，促進省內能源結構優化和產業結構升級。

總之，產業結構優化在短期和長期內在降低碳排放方面都具有較大作用，有利于地區經濟和社會的發展。 因此，青海省未來要大力建造國內大型清潔能源基地，打造鹽湖鉀肥低碳化產業鏈，加快第二產業內部結構升級進程，推動第二產業向第三產業轉變。 對高耗能高碳排低產值行業設置碳排放限額標準，嚴格控制落后高耗能產業企業發展，綜合利用區位資源優勢，大力發展水風光一體清潔能源開發。