碳足迹

碳足迹在历史上被定义为由个体,事件,组织或产品引起的总排放,表示为二氧化碳当量。

在大多数情况下,由于对贡献过程之间复杂相互作用的知识和数据不充分,特别是包括对储存或释放二氧化碳的自然过程的影响,不能精确计算总碳足迹。 出于这个原因,Wright,Kemp和Williams建议将碳足迹定义为:

衡量所定义的人口,系统或活动的二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)排放总量的指标,考虑所有相关来源,汇集和存储在人口,系统或活动的空间和时间边界内。 使用相关的100年全球变暖潜能值(GWP100)计算为二氧化碳当量。
温室气体(GHG)可通过土地清理以及食品,燃料,制成品,材料,木材,道路,建筑物,运输和其他服务的生产和消费来排放。 为简化报告,通常以排放的二氧化碳量或其相当于其他温室气体的数量表示。

美国普通家庭的大部分碳足迹排放来自“间接”来源,例如燃料燃烧以远离最终消费者生产商品。 它们与直接在汽车或火炉中燃烧燃料产生的排放不同,通常被称为消费者碳足迹的“直接”来源。

碳足迹的概念名称来源于生态足迹,讨论,这是由Rees和Wackernagel在20世纪90年代开发的,它估计如果地球上的每个人都消耗与此相同水平的资源,理论上需要的“地球”数量。计算他们的生态足迹的人。 然而,鉴于生态足迹是衡量失败的标准,Anindita Mitra(CREA,西雅图)选择更容易计算的“碳足迹”来轻松测量碳的使用,作为不可持续能源使用的指标。 2007年,碳足迹被用来衡量碳排放量,以制定华盛顿林恩伍德市的能源计划。 碳足迹比生态足迹更加具体,因为它们可以测量导致气候变化进入大气的直接气体排放。

碳足迹是一系列足迹指标之一,其中还包括水足迹和土地足迹。

测量碳足迹
个人,国家或组织的碳足迹可以通过进行温室气体排放评估或其他表示为碳核算的计算活动来衡量。一旦知道碳足迹的大小,就可以设计一种策略来减少碳足迹,例如通过技术发展,更好的过程和产品管理,改变绿色公共或私人采购(GPP),碳捕获,消费策略,碳补偿等。

存在一些免费的在线碳足迹计算器,包括一些由公开可用的同行评审数据和计算支持,包括加州大学伯克利分校的CoolClimate网络研究联盟和CarbonStory。 这些网站要求您回答有关您的饮食,交通选择,家庭规模,购物和娱乐活动,电力使用,供暖以及干衣机和冰箱等重型设备等的或多或少的详细问题。 然后,该网站根据您对这些问题的回答估算您的碳足迹。 进行系统的文献回顾,客观地确定计算个人/家庭碳足迹的最佳方法。 该评价确定了13项计算原则,随后使用相同的原则来评估15种最受欢迎​​的在线碳足迹计算器。 Carnegie Mellon的Christopher Weber最近的一项研究结果发现,产品碳足迹的计算通常充满了很大的不确定性。 拥有电子产品的变量,例如用于制造该产品的生产,运输和以前的技术,可能使得难以创建准确的碳足迹。 重要的是要质疑并解决碳足迹技术的准确性,特别是由于其压倒性的普及。

通过开发替代项目可以减少碳足迹,例如太阳能和风能,这些项目是环境友好型,可再生资源或重新造林,现有森林或以前已经枯竭的林地的补充。 这些例子被称为碳抵消,即抵消二氧化碳排放,同时减少大气中的二氧化碳。

对碳足迹的主要影响包括人口,经济产出以及经济的能源和碳强度。 这些因素是个人和企业的主要目标,以减少碳足迹。 生产创造了大量碳足迹,学者们认为减少生产所需的能源数量将是减少碳足迹的最有效方法之一。 这是因为电力占大约37%的二氧化碳排放量。 煤炭生产经过改进,大大减少了碳排放; 自20世纪80年代以来,用于生产一吨钢的能源数量减少了50%。

每个国家/地区的平均碳足迹
2007年全球平均碳足迹约为5.7吨二氧化碳当量/上限。 此时的欧盟平均气温约为13.8吨二氧化碳当量/上限,而美国,卢森堡和澳大利亚的二氧化碳当量/上限则超过25吨。 非洲和印度国家的人均足迹远低于平均水平。 为了将这个数字设定为背景,假设到2050年全球人口约为9-10亿,则需要人均碳约2-2.5吨二氧化碳当量的碳足迹才能保持在2°C的目标范围内。 碳足迹计算基于使用多区域投入产出数据库的基于消费的方法,该数据库考虑了全球供应链中的所有温室气体(GHG)排放,并将其分配给所购商品的最终消费者。 与土地使用覆盖变化相关的温室气体排放不包括在内。

移动性(驾驶,飞行和少量来自公共交通),住所(电力,供暖,建筑)和食物是决定人的碳足迹的最重要的消费类别。 在欧盟,流动性的碳足迹在直接排放(例如来自驾驶私家车)和与移动性相关的购买产品中体现的排放(航空运输服务,汽车生产期间和燃料提取期间发生的排放)之间平均分配。 。

美国家庭的碳足迹约为全球平均水平的5倍。 对于大多数美国家庭而言,减少碳足迹的最重要的一项措施是减少驾驶或改用更高效的车辆。

直接碳排放

能源的碳足迹

下表从同行评审的全生命周期排放研究和各种其他研究中比较了各种形式的能源生产的碳足迹:核能,水能,煤炭,天然气,太阳能电池,泥炭和风力发电技术。

普通燃料的排放因子

汽油/
资源

g(CO 2 -eq)/ MJ th
相当于每兆焦耳热能的二氧化碳当量克数
能源强度
W•h th / W•he
电动
g(CO 2 -eq)/ kW•h e
每千瓦时电能的二氧化碳当量克数
煤炭 B:91.50-91.72
BR:94.33
88
B:2.62-2.85
BR:3.46
3.01
B:863-941
BR:1175
955
73 3.40 893
天然气 CC:68.20
OC:68.4
CC:577
OC:751
599
地热
功率
3〜
L 0-1
H 91-122

核电
L 0.18
H 0.20
L 60
W 65
水电(河流)
0.046 15
浓。 Solar Pwr 40±15#
光伏 0.33 106
风力 0.066 21

注:3.6 MJ =兆焦耳== 1 kW•h =千瓦时(s),因此1 g / MJ = 3.6 g / kW•h。

图例:B =黑煤(超临界) – (新亚临界),Br =褐煤(新亚临界),cc =联合循环,oc =开放循环,TL =低温/闭路(地热双峰),TH =高温/开路,WL =轻水反应堆,WH =重水反应堆,#Educated估算。

因此,这三项研究得出的结论是,水电,风能和核能产生的每千瓦时其他电力来源的CO2最少。 这些数字不允许因事故或恐怖主义而产生的排放。 风力发电和太阳能发电不会从运行中排放碳,但在施工阶段和运行期间的维护期间会留下足迹。 来自水库的水力发电也有很大的足迹,从最初的植被去除和正在进行的甲烷(水流碎屑厌氧衰变到水库底部的甲烷,而不是有氧气,如果它停留在不受限制的河流中的二氧化碳)。

上表给出了每千瓦时发电量的碳足迹,约为世界人造二氧化碳排放量的一半。 热量的二氧化碳排放量同样显着,研究表明,在热电联产区域供热中使用发电产生的余热,chp / dh具有最低的碳足迹,远低于微功率或热泵。

客运

本节给出了不同运输类型燃烧的燃料碳足迹的代表性数据(不包括车辆或相关基础设施本身的碳足迹)。 精确的数字因各种因素而异。

飞行
LIPASTO对客机平均直接排放(不考虑高空辐射效应)的调查提供了二氧化碳排放的一些代表性数据,表示为每乘客公里的二氧化碳和二氧化碳当量:

国内,短距离,不到463公里(288英里):257克/公里二氧化碳或259克/公里(14.7盎司/英里)CO2e
长途飞行:113克/公里二氧化碳或114克/公里(6.5盎司/英里)二氧化碳当量
然而,每单位行驶距离的排放量不一定是航空旅行碳足迹的最佳指标,因为所覆盖的距离通常比其他旅行模式更长。 对于碳足迹而言,旅行的总排放量不仅仅是排放率。 例如,可以选择比使用另一种行进模式更远的度假目的地,因为空中旅行使得在可用的有限时间内更长的距离可行。


欧洲环境署提供的2011年欧洲所有公路旅行的每乘客公里二氧化碳排放量(公里):
109克/公里二氧化碳(图2)

对于车辆,国际清洁运输委员会提供了欧洲2013年公路旅行每公里二氧化碳排放量的平均值,该标准符合NEDC测试周期标准:
新注册的乘用车:127克二氧化碳/公里
混合动力电动汽车:92克二氧化碳/公里
轻型商用车(LCV):175克二氧化碳/公里

美国环境保护局根据美国环保署联邦测试程序提供以下类别的平均数据:
乘用车:200 g CO2 / km(322 g / mi)
卡车:280克二氧化碳/公里(450克/英里)
合并:229克二氧化碳/公里(369克/公里)


2005年,美国Amtrak公司每人每公里二氧化碳当量排放量为0.116千克,约为英国铁路平均值的两倍(该系统的电气化程度更高),约为芬兰电力城际列车的八倍。


每乘客公里渡轮的平均二氧化碳排放量似乎为0.12千克(4.2盎司)。 然而,芬兰和瑞典之间的18节渡轮产生0.221千克(7.8盎司)的二氧化碳,总排放量相当于0.223千克(​​7.9盎司)的二氧化碳当量,而芬兰和爱沙尼亚之间的24-27节渡轮产生0.396千克( 14.0盎司)二氧化碳,总排放量相当于二氧化碳当量0.4千克(14盎司)。

他是宠物的二氧化碳足迹
迄今为止在气候计算机中没有发挥作用的是宠物的二氧化碳平衡。 例如,家养猫每年产生2.2吨二氧化碳和达克斯猎犬1.8吨二氧化碳2.中型犬与使用越野车的二氧化碳足迹相当。 因此,建议“吃狗时间”这本书的作者,将宠物转换为素食。

二氧化碳足迹的沟通
除了计算二氧化碳排放量之外,日常交流是一个重要的行动层面。 例如,其基础可以是虚构的二氧化碳量,允许每个人在一定的时间间隔内通过他的所有行动发射二氧化碳,以便将全球气候保持在被引用的2度防护栏中。 奥地利和瑞士的倡议“美好的一天有100分”已经开发出一种方法,可以将产品碳足迹,全球可持续性,团结和个人生活方式以简单的图形语言汇集在一起​​。

组织的二氧化碳足迹
在可持续发展报告的背景下,公司也会越来越多地创造二氧化碳平衡 – 自愿或由于法律义务。 编制二氧化碳平衡的运作会计程序称为碳核算。 组织的足迹确定了其每年活动产生的二氧化碳或二氧化碳当量排放总量。 据该公司称,例如,德意志银行的二氧化碳足迹在2008年为415,269吨二氧化碳。

国家温室气体账户
与其他二氧化碳足迹一样,您可以找到一个国家的二氧化碳足迹的不同数字。 “联合国气候变化框架公约”(UNFCCC)和“京都议定书”的成员国必须生成年度国家温室气体平衡,通常称为温室气体清单,并向UNFCCC秘书处提交国家清单报告。 2008年,德国排放了约9.882亿吨二氧化碳当量(瑞士5340万吨二氧化碳当量,奥地利6930万吨二氧化碳当量)。 根据领土原则,考虑到该国的排放源。

另一种方法是使用国家消费所依据的排放来计算足迹。 例如,挪威科技大学(NTNU)的一项研究包括在一个国家的总消费中生产所有商品的排放量。 如果一个国家现在有更大的二氧化碳足迹,因为它的联合国气候变化框架公约计算的温室气体排放量,这意味着该国的生产进口需要的碳比出口更多。NTNU的计算还包括海运和空运的国际运输,这不包括在UNFCCC中。 根据2001年的数据,德国的二氧化碳当量约为12.38亿吨,奥地利的二氧化碳当量为1.12亿吨,瑞士的二氧化碳当量为1.32亿吨。 这相当于每个德国人的CO 2足迹为15.1吨二氧化碳当量,每个奥地利人为13.8吨,每个瑞士人为18.4吨。 在全球范围内,在接受调查的73个国家中,卢森堡(每人33.4吨二氧化碳当量),美国(每人28.6吨二氧化碳当量),其次是澳大利亚(每人20.6吨二氧化碳当量),是最大的污染者,而非洲莫桑比克(每人1.1吨二氧化碳当量)和马拉维(每人0.7吨二氧化碳当量)等国家对气候最友好。

间接碳排放:产品的碳足迹
一些组织提供公共和企业使用的足迹计算器,一些组织已经计算了产品的碳足迹。 美国环境保护局已经解决了纸张,塑料(糖果包装纸),玻璃,罐头,电脑,地毯和轮胎的问题。 澳大利亚处理了木材和其他建筑材料。 澳大利亚,韩国和美国的学者已经解决了铺设的道路问题。 公司,非营利组织和学术界都致力于邮寄信件和包裹。 卡内基梅隆大学估计了八个国家中每个国家46个大部分经济体的二氧化碳足迹。 瑞典卡内基梅隆公司和碳信托基金会在家庭和餐馆提供食品。

Carbon Trust已与英国制造商合作开发食品,衬衫和洗涤剂,并于2007年3月推出了二氧化碳标签。该标签旨在符合新的英国公开可用规范(即非标准),PAS 2050,并且正在积极参与由碳信托基金和各种工业合作伙伴驾驶。 截至2012年8月,碳信托公司已经测量了27,000个可认证的产品碳足迹。

评估一些产品的包装是确定碳足迹的关键。 确定碳足迹的关键方法是查看用于制作物品的材料。 例如,果汁纸盒由无菌纸盒制成,啤酒罐由铝制成,并且一些水瓶由玻璃或塑料制成。 尺寸越大,占地面积越大。

餐饮
在斯卡伯勒等人2014年的一项研究中,对英国人的现实生活饮食进行了调查,估算了他们的膳食温室气体足迹。 每日平均膳食温室气体排放量(以千克二氧化碳当量计)为:

7.19适合高级肉食者
5.63适合中度食肉者
4.67为低食肉者
3.91对于食鱼者
素食主义者3.81
2.89为素食主义者

纺织品
根据各种因素,不同纺织品的精确碳足迹差别很大。 然而,欧洲纺织品生产研究表明,消费者在购买时每公斤纺织品的二氧化碳当量排放量足迹如下:

棉花:8
尼龙:5.43
PET(例如合成羊毛):5.55
羊毛:5.48

考虑到洗涤和干燥纺织品所需的耐久性和能量,合成织物通常具有比天然碳足迹低得多的碳足迹。

物料
材料的碳足迹(也称为具体碳)变化很大。 许多常见材料的碳足迹可以在碳库存清单中找到。 能源数据库,GREET数据库和模型,以及通过openLCA Nexus的LCA数据库

水泥
土壤密封产生的水泥产量和碳足迹是人均二氧化碳排放总量的8.0镁人-1(意大利,2003年); 土壤密封造成的C损失与人造基础设施中储存的C之间的平衡导致大气净损失-0.6 Mg C ha-1 y-1。

减少碳排放的计划:京都议定书,碳补偿和证书
大气中的二氧化碳排放以及其他温室气体的排放通常与燃烧天然气,原油和煤等化石燃料有关。 虽然这对环境有害,但可以购买碳补偿以试图弥补这些有害影响。

“京都议定书”确定了削减批准“京都议定书”的工业化国家温室气体排放的具有法律约束力的目标和时间表。 因此,从经济或市场的角度来看,必须区分强制市场和自愿市场。 这两个市场的典型特征是与排放证书的交易:

核证减排量(CER)
减排单位(ERU)
已验证的减排量(VER)

强制性市场机制
为了达到“京都议定书”规定的目标,以最低的经济成本,为强制性市场引入了以下灵活机制:

清洁发展机制(CDM)
联合执行(JI)
排放交易

CDM和JI机制对产生减排工具供应的项目的要求,而排放交易允许这些工具在国际市场上销售。

– 符合CDM机制要求的项目产生核证减排量(CERs)。
– 符合联合执行机制要求的项目产生减排单位(ERU)。

然后可以通过排放交易销售CER和ERU。 交易的CERs和ERU的需求受以下因素驱动:

– “京都议定书”规定的国家减排义务的不足。
– 根据当地减排计划承担的实体之间的不足。

未能履行京都减排义务的国家可以进入排放交易,购买CER和ERU以弥补其条约短缺。 各国和国家集团也可以制定地方减排计划,将强制性二氧化碳排放目标强加于国家边界内的实体。 如果计划的规则允许,有义务的实体可以通过排放交易购买CER和ERU来弥补所有或部分减少的缺口。 虽然“京都议定书”本身没有地方减排计划,但它们在创造对CERs和ERUs的需求,刺激排放交易和设定排放市场价格方面发挥了突出作用。

众所周知的强制性本地排放交易计划是欧盟排放交易计划(EU ETS)。

交易计划正在发生新的变化。 欧盟排放交易计划将在明年内做出一些新的变化。 新的变化将针对进出欧盟的航班旅行产生的排放量。

其他国家计划在未来几年内开始参与排放交易计划。 这些国家包括中国,印度和美国。

自愿市场机制
与强制性市场规定的严格规则相反,自愿市场为企业提供了不同的减排方案。 已经为自愿市场开发了一种与强制性市场开发的解决方案相当的解决方案,即经验证的减排量(VER)。 该措施具有很大的优势,即项目/活动根据CDM / JI项目的质量标准进行管理,但所提供的证书未经东道国政府或UNO执行委员会登记。 因此,对于相同的项目质量,可以以较低的成本获得高质量的VER。 但是,目前VERs不能用于强制性市场。

北美的自愿市场分为芝加哥气候交易所和场外交易市场(OTC)市场。 芝加哥气候交易所是一项自愿但具有法律约束力的限额与交易排放计划,成员国承诺实施限额减排,并且必须从其他成员购买配额或抵消超额排放。 场外交易市场不涉及具有法律约束力的计划以及来自公共和私人领域的广泛买家,以及希望实现碳中和的特殊活动。 碳中和是指通过平衡释放的碳量和等量的螯合或抵消量,或者购买足够的碳信用额来弥补差异,从而实现净零碳排放。

自愿市场中有项目开发商,批发商,经纪人和零售商以及碳基金。 自愿市场中的一些企业和非营利组织不仅包括上述活动中的一项。 生态系统市场的一份报告显示,碳补偿价格随着供应链的变化而增加 – 从项目开发商到零售商。

虽然一些强制性减排计划不包括森林项目,但这些项目在自愿市场中蓬勃发展。 一项主要批评涉及林业项目温室气体封存量化方法的不精确性。 然而,其他人注意到林业项目促进的社区共同利益。 自愿市场中的项目类型包括避免砍伐森林,造林/再造林,工业气体封存,提高能源效率,燃料转换,燃煤电厂和牲畜捕获甲烷,甚至可再生能源。 由于额外性问题,在自愿市场上出售的可再生能源证书(RECs)备受争议。 工业气体项目受到批评,因为此类项目仅适用于已经具有高固定成本的大型工厂。 吸收工业气体进行封存被认为是采摘低挂果实; 这就是为什么工业气体项目产生的信贷在自愿市场中最便宜的原因。

自愿碳市场的规模和活动难以衡量。 迄今为止,关于自愿碳市场的最全面报告由生态系统市场和新碳融资于2007年7月发布。

日本的ÆON首先获得日本当局的批准,以表明2009年10月三种私人品牌商品的碳足迹。

减少碳足迹的方法
减少人类碳足迹的最常见方法是减少,重复使用,回收,拒绝。 在制造业中,这可以通过回收包装材料来完成,通过将一个行业的过时库存出售给想要以较低价格购买未使用的物品以变得具有竞争力的行业。 没有任何东西应该被排放到土壤中,所有易于随时间降解或氧化的铁质材料应尽早以较低的价格出售。

这也可以通过使用可重复使用的物品来完成,例如用于日常咖啡的热水瓶或用于水和其他冷饮而不是一次性饮料的塑料容器。 如果没有该选项,最好在使用后正确回收一次性物品。 当一个家庭回收至少一半的家庭垃圾时,他们每年可以节省1.2吨二氧化碳。

另一个简单的选择是少开车。 通过步行或骑自行车到目的地而不是开车,不仅是一个人要节省燃气费用,而且他们将燃烧更少的燃料并释放更少的排放到大气中。 但是,如果不能选择步行,可以选择他们所在地区的拼车或公共交通选择。

减少人类碳足迹的另一种选择是在家中使用较少的空调和加热。 通过在房屋的墙壁和阁楼上添加隔热材料,并在门窗周围安装挡风雨条或填缝剂,可以将加热成本降低25%以上。 类似地,人们可以非常便宜地升级家庭居民所穿的“隔热”(衣服)。 例如,据估计,穿着由超薄纤维(又名Polartec®,Capilene®)等轻质超级绝缘面料制成的长内衣(顶部和底部)基层可以保存与全套服装一样多的身体热量,允许一个人保持温暖,恒温器降低超过5°C。 这些措施都有帮助,因为它们减少了加热和冷却房屋所需的能量。 人们还可以在夜间睡觉或白天远离时调低温度,并始终保持温度适中。 将恒温器设置在冬季降低2度,夏季降低,每年可节省约1吨二氧化碳。

选择饮食是对人体碳足迹的主要影响。 动物来源的蛋白质(特别是红肉),大米(通常在高甲烷排放的稻田中生产),长距离运输的食品和/或通过燃料低效运输(例如,长途飞行的高度易腐产品)和重度加工和包装的食品是高碳饮食的主要贡献者之一。 芝加哥大学的科学家们估计,“每人每年,美国人的平均饮食量 – 其动物食品摄入的热量的28% – 大约相当于二氧化碳当量的二氧化碳当量”。完全以植物为主或纯素食的饮食。“ 他们的计算表明,即使用美国人的平均饮食中的三分之一的动物蛋白替换植物蛋白(例如豆类,谷物),也可以减少半个月的饮食碳足迹。 用植物蛋白交换三分之二的动物蛋白大致相当于从丰田凯美瑞换成普锐斯。 最后,抛弃食物不仅会增加与人或家庭足迹相关的碳排放量,还会增加将废弃食物运送到垃圾场的排放量和食物分解的排放量,主要是以高效温室气体的形式,甲烷。

碳手印运动强调各种形式的碳抵消,例如在森林砍伐地区使用更多的公共交通工具或种植树木,以减少碳足迹并增加其“手印”。

此外,通过优化供应链可以减少食品行业的碳足迹。 生命周期或供应链碳足迹研究可以提供有用的数据,这将有助于企业确定需要改进的关键领域并提供重点。 此类研究还表明,公司承诺在其他竞争对手之前减少碳足迹,并为潜在监管公司做好准备。 除了增加市场优势和差异化之外,生态效率还可以帮助降低实施替代能源系统的成本。

2017年7月发表在“环境研究快报”上的一项研究认为,个人可以减轻自身碳足迹的最重要方式是减少孩子数量,然后生活没有车辆,放弃航空旅行和采用植物性饮食。