何吉成

交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所, 北京 100028

50多年來(lái)中國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡變化

何吉成

交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所, 北京 100028

民航是我國(guó)重要的交通運(yùn)輸方式之一, 但我國(guó)至今尚無(wú)民航運(yùn)輸行業(yè)能耗生態(tài)足跡的研究報(bào)道?；谖覈?guó)民航飛機(jī)能耗統(tǒng)計(jì)資料, 計(jì)算了 1960—2013年我國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡及其強(qiáng)度變化, 并與鐵路機(jī)車(chē)和道路機(jī)動(dòng)車(chē)能耗生態(tài)足跡進(jìn)行了比較。結(jié)果表明： (1)從1960年至2013年, 我國(guó)民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡連年增加, 其值由1960年的0.86萬(wàn)hm2增加到2013年的450.97萬(wàn)hm2, 年均增加8.5萬(wàn)hm2。(2)從1960到2013年, 我國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡強(qiáng)度呈逐年降低態(tài)勢(shì), 其值從1960年的2.09 m2·換算噸公里-1降至2013年的0.66 m2·換算噸公里-1, 年均降低0.027 m2·換算噸公里-1。(3)我國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡遠(yuǎn)低于機(jī)動(dòng)車(chē)能耗的生態(tài)足跡, 但逐漸接近并超過(guò)鐵路機(jī)車(chē)的能耗生態(tài)足跡。

中國(guó)民航; 飛機(jī)能耗; CO2排放量; 生態(tài)足跡

1 前言

民航是我國(guó)交通運(yùn)輸體系的重要組成部分, 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 近20年來(lái)我國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)以每年20%左右的速度遞增[1], 我國(guó)民航運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已連續(xù)數(shù)年位居世界第二位[2], 成為名副其實(shí)的航空大國(guó)。在民航運(yùn)輸中, 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)耗用燃油會(huì)直接將 CO2排放在萬(wàn)米左右的平流層, 所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)要比地面排放大 4倍左右, 對(duì)全球變暖的影響更直接、更明顯[3], 因此, 其碳排放問(wèn)題日益受到關(guān)注。生態(tài)足跡(Ecological Footprint)是指能夠持續(xù)地提供資源或吸納廢物的、具有生物生產(chǎn)力的土地面積。生物生產(chǎn)力土地包括化石能源用地、耕地、森林、草地、建筑用地和水域 6種類(lèi)型[4]。在生態(tài)足跡分析模型中[4], 可以以吸收化石能源燃燒排放的溫室氣體CO2所需要的森林來(lái)定量表征化石能源的使用對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響[5]。本研究基于我國(guó)民航飛機(jī)的飛行燃油消耗等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 分析50多年來(lái)我國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡及其強(qiáng)度變化特點(diǎn),為我國(guó)民航運(yùn)輸業(yè)節(jié)能降耗工作提供參考。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與說(shuō)明

本研究中民航飛機(jī)逐年各種燃油消耗量、貨郵周轉(zhuǎn)量和旅客周轉(zhuǎn)量等數(shù)據(jù)來(lái)自我國(guó)民航統(tǒng)計(jì)部門(mén)的年鑒類(lèi)統(tǒng)計(jì)資料[6]。航空燃油分為航空汽油(aviation gasoline)、噴氣機(jī)汽油(jet gasoline)和噴氣機(jī)煤油(jet kerosene), 在上世紀(jì)60年代我國(guó)航空汽油使用較廣, 70年代初期以后噴氣機(jī)煤油大幅使用并取代航空汽油, 80年代初期以后航空汽油僅用于小型飛機(jī)并且份額不足航空燃料消耗的 5%, 目前我國(guó)航空公司飛機(jī)廣泛使用的燃料是噴氣機(jī)煤油,因此我國(guó)民航飛機(jī)燃油排放CO2包括消耗航空汽油和噴氣機(jī)煤油導(dǎo)致的CO2排放。

2.2 能耗生態(tài)足跡的計(jì)算方法

我國(guó)民航飛機(jī)的能耗生態(tài)足跡計(jì)算公式如下：

公式(1)中： Ei為i年民航飛機(jī)飛行耗用化石能源產(chǎn)生的生態(tài)足跡(104hm2), Mi為i年民航飛機(jī)消耗的噴氣機(jī)煤油總量(104t), Qi為i年民航飛機(jī)消耗的航空汽油總量(104t), Nm和Nq分別是噴氣機(jī)煤油和航空汽油的凈發(fā)熱值(TJ·Gg-1), Fm和Fq分別是噴氣機(jī)煤油和航空汽油的排放因子(kg·TJ-1)。Nm、Nq、Fm和Fq采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》[7]中給出的缺省參數(shù), 其值分別為44.1 TJ·Gg-1、44.3 TJ·Gg-1、71500 kg·TJ-1和70000 kg·TJ-1。B為森林CO2平均吸收因子(t CO2·hm-2·a-1), 通過(guò)森林的 NEP(生態(tài)系統(tǒng)碳凈積累量)可以算得B值。NEP表征的是單位面積植被1年所固定的碳的數(shù)量, 根據(jù)謝鴻宇等人的研究[8], 世界森林NEP均值為3.81 t·hm-2, 即森林CO2吸收能力為13.97 t CO2·hm-2·a-1。

2.3 能耗生態(tài)足跡強(qiáng)度的計(jì)算方法

在民航年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中, 對(duì)旅客周轉(zhuǎn)量(單位：人公里)和貨郵周轉(zhuǎn)量(單位： 噸公里)分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì), 但二者的能耗沒(méi)能分開(kāi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。一般采用運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量來(lái)作為反映每年實(shí)際完成的旅客、貨物周轉(zhuǎn)量的綜合指標(biāo), 并采用換算噸公里作為計(jì)量運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量的單位。過(guò)去每位旅客按75 kg來(lái)折算,從2001年開(kāi)始, 采用國(guó)際通行的統(tǒng)計(jì)口徑, 每位旅客按90 kg來(lái)折算[6], 為了便于比較, 本研究統(tǒng)一采用90 kg來(lái)折算旅客周轉(zhuǎn)量。由于民航飛機(jī)能耗統(tǒng)計(jì)沒(méi)有將貨運(yùn)能耗和客運(yùn)能耗分開(kāi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 在這里, 我們?cè)O(shè)定民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡強(qiáng)度為單位運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量的生態(tài)足跡。其計(jì)算公式為：

公式(2)中： Ii為i年民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡強(qiáng)度(m2·換算噸公里-1); Ei為i年民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡(104hm2); Ti為i年民航飛機(jī)完成的運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量(億換算噸公里)。

3 我國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡及強(qiáng)度

3.1 能耗生態(tài)足跡及強(qiáng)度變化

從1960年到2013年, 我國(guó)民航飛機(jī)生態(tài)足跡不斷增長(zhǎng)(圖1), 由1960年的0.86萬(wàn)hm2增至2013年的450.97萬(wàn)hm2, 年均增長(zhǎng)8.5萬(wàn)hm2。我國(guó)民航飛機(jī)生態(tài)足跡變化特征較為明顯, 其變化可分為 2個(gè)階段(圖 1), 其中 1960—1989年期間的生態(tài)足跡一直較小, 年均生態(tài)足跡僅為6.5萬(wàn)hm2, 此階段屬于緩慢增長(zhǎng)期, 生態(tài)足跡年均增長(zhǎng)僅有0.76萬(wàn)hm2; 1990—2013年屬于快速增長(zhǎng)期, 其生態(tài)足跡逐年大幅增長(zhǎng), 年均生態(tài)足跡達(dá)到169.4萬(wàn)hm2, 年均增長(zhǎng)高達(dá)18.4萬(wàn)hm2, 其中2000年超過(guò)100萬(wàn)hm2, 2006年超過(guò)200萬(wàn)hm2, 2009年接近300萬(wàn)hm2, 2012年超過(guò)400萬(wàn)hm2。從不同年代比較上看(表1), 上世紀(jì)60年代年均生態(tài)足跡最低, 不到1萬(wàn)hm2, 年均增長(zhǎng)也只有0.04萬(wàn)hm2, 本世紀(jì)前10年年均生態(tài)足跡最高, 達(dá)到192.31萬(wàn)hm2, 年均增長(zhǎng)20.57萬(wàn)hm2。

圖1 民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡總量及其強(qiáng)度化Fig. 1 The ecological footprint and its intensity of aircraft of China’s Civil Aviation

表1 不同年代的能耗生態(tài)足跡及強(qiáng)度比較Tab. 1 Comparison of the ecological footprints and their intensities of aircrafts in different decades

就生態(tài)足跡強(qiáng)度而言, 從1960年到2013年, 我國(guó)民航客貨運(yùn)輸量不斷增大, 但生態(tài)足跡強(qiáng)度卻呈降低態(tài)勢(shì)(圖1), 其值由1960年的2.09 m2·換算噸公里-1降至 2013年的 0.66 m2·換算噸公里-1, 年均降低0.027 m2·換算噸公里-1。我國(guó)民航飛機(jī)生態(tài)足跡強(qiáng)度變化可分為3個(gè)階段(圖1), 1960-1972年處于波動(dòng)上升期, 其值由2.09 m2·換算噸公里-1增至3.16 m2·換算噸公里-1, 年均增長(zhǎng)0.089 m2·換算噸公里·1; 1973-1985年屬于快速下降期, 其值由3.08 m2·換算噸公里-1降至1.02 m2·換算噸公里-1, 年均降低0.17 m2·換算噸公里-1; 1986-2013年則屬于緩慢下降期, 其值由1.02 m2·換算噸公里-1降至0.66 m2·換算噸公里-1, 年均降低 0.013 m2·換算噸公里-1。從不同年代比較上看(表1), 上世紀(jì)60年代年均生態(tài)足跡強(qiáng)度較高, 為 2.28 m2·換算噸公里-1, 年均增長(zhǎng)0.058 m2·換算噸公里-1; 70年代年均生態(tài)足跡強(qiáng)度最高, 但年均降低0.13 m2·換算噸公里-1; 本世紀(jì)前10年年均生態(tài)足跡強(qiáng)度最低, 僅有 0.76 m2·換算噸公里-1, 年均降低0.01 m2·換算噸公里-1。

3.2 與全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)的比較

國(guó)家環(huán)保部對(duì)我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)部分年份的汽油和柴油消耗量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[9], 根據(jù)汽油和柴油各自的CO2排放因子[10], 可以估算出相應(yīng)年份的全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)能耗生態(tài)足跡。結(jié)合本文的計(jì)算結(jié)果可看出(圖2),我國(guó)民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡占全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)能耗生態(tài)足跡的比重較低, 平均比重僅有后者的 4.35%, 但其比重呈上升之勢(shì), 由 1980年的 1.13%升至 2008年的5.88%。

圖2 民航飛機(jī)與機(jī)動(dòng)車(chē)的生態(tài)足跡比較Fig. 2 Comparison of ecological footprint of aircraft with that of vehicles in China

3.3 與鐵路機(jī)車(chē)的比較

我國(guó)鐵路機(jī)車(chē)和民航飛機(jī)由國(guó)家相應(yīng)部門(mén)統(tǒng)一管理, 其能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)完整規(guī)范。何吉成[11]基于鐵路部門(mén)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算了 1975—2007年中國(guó)鐵路機(jī)車(chē)牽引能耗的生態(tài)足跡變化, 通過(guò)比較可以看出(圖 3), 與鐵路機(jī)車(chē)相比, 1991年以前, 民航飛機(jī)生態(tài)足跡均不到鐵路機(jī)車(chē)的10%, 1975—1990年的平均比例僅有4.3%。隨著上世紀(jì)90年代民航的快速發(fā)展, 民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡快速增長(zhǎng), 導(dǎo)致民航飛機(jī)的生態(tài)足跡逐步接近鐵路機(jī)車(chē), 1999年前者占后者的比例已超過(guò) 50%, 2007年是后者的 1.04倍,生態(tài)足跡比后者多9.07萬(wàn)hm2。

圖3 民航飛機(jī)與機(jī)動(dòng)車(chē)的生態(tài)足跡比較Fig. 3 Comparison of ecological footprint of aircraft with that of vehicles in China

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

根據(jù)我國(guó)民航“十二五”規(guī)劃[12], 到 2015 年,我國(guó)民航運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量將達(dá)到 990 億噸公里, 如果按照2013年的生態(tài)足跡強(qiáng)度(0.66 m2·換算噸公里-1)來(lái)估算的話, 2015年我國(guó)民航飛機(jī)總生態(tài)足跡將達(dá)到653.4萬(wàn)hm2, 是2013年的1.4倍左右?？紤]到生物燃料的可能使用和能源利用效率的不斷提高, 屆時(shí)生態(tài)足跡強(qiáng)度應(yīng)該有一定程度的降低, 因此, 總生態(tài)足跡應(yīng)該要低于653.4萬(wàn)hm2。根據(jù)中國(guó)民航確定的行業(yè)節(jié)能減排工作指導(dǎo)思想[13], 我國(guó)民航提出到2020年, 單位噸公里二氧化碳排放要比2005年下降22%, 這也表明生態(tài)足跡強(qiáng)度要比2005年下降22%, 據(jù)此推測(cè), 2020年我國(guó)民航飛機(jī)的生態(tài)足跡強(qiáng)度只有0.59 m2·換算噸公里-1, 目前生態(tài)足跡強(qiáng)度已經(jīng)處于較低水平, 因而此項(xiàng)任務(wù)十分艱巨。因此,我國(guó)民航運(yùn)營(yíng)部門(mén)必須從減少燃油消耗和提高燃油效率方面著手, 包括飛行過(guò)程和保障環(huán)節(jié)的節(jié)油節(jié)能、更新機(jī)型和選配能耗更低的新型發(fā)動(dòng)機(jī)等措施,并且在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)手段成熟后要逐步推廣使用生物燃料。

航空生物燃料在一些性能和指標(biāo)上甚至要優(yōu)于傳統(tǒng)化石燃料, 從國(guó)外試飛數(shù)據(jù)來(lái)看, 對(duì)比傳統(tǒng)化石航空燃料, 航空生物燃料硫和顆粒物的減排效果基本可以達(dá)到100%, 碳排放可以減少60%－80%[13]。中國(guó)國(guó)際航空公司在2011年10月10日正式加入可持續(xù)航空生物燃油用戶組(SAFUG), 作為我國(guó)首個(gè)加入該組織的新成員, 國(guó)航承諾支持并推進(jìn)生物燃油的商業(yè)化使用, 以降低所使用燃油的總體碳強(qiáng)度[14], 并于2011年10月28日在北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)實(shí)施了首次可持續(xù)航空生物燃油驗(yàn)證飛行, 這也是全球首次在一個(gè)國(guó)家內(nèi)完成生物燃油的原料種植、提煉、驗(yàn)證飛行以及相關(guān)評(píng)估[14]。但當(dāng)前航空生物燃料進(jìn)入大規(guī)模的商業(yè)使用還有很長(zhǎng)的路要走,面臨的主要問(wèn)題是成本太高和統(tǒng)一適航標(biāo)準(zhǔn), 降低原料成本是在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi), 航空生物燃料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)。

4.2 結(jié)論

本研究根據(jù)我國(guó)民航部門(mén)多年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 計(jì)算了 1960—2013年我國(guó)民航飛機(jī)逐年能耗生態(tài)足跡, 并分析了我國(guó)民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡強(qiáng)度及其變化特點(diǎn)。獲得的主要結(jié)論有：

(1) 1960年至2013年, 我國(guó)民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡不斷增長(zhǎng), 由1960年的0.86萬(wàn)hm2增至2013年的450.97萬(wàn)hm2, 年均增長(zhǎng)8.5萬(wàn)hm2。其中1960—1989年生態(tài)足跡年均增長(zhǎng)僅有0.76萬(wàn)hm2, 1990—2013年年均增長(zhǎng)高達(dá)18.4萬(wàn)hm2。

(2) 從1960到2013年, 我國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡強(qiáng)度呈逐年降低態(tài)勢(shì), 其值由1960年的2.09 m2·換算噸公里-1降至2013年的0.66 m2·換算噸公里-1,年均降低0.027 m2·換算噸公里-1。其中1960—1972年年均增長(zhǎng)0.089 m2·換算噸公里-1, 1973—1985年年均降低0.17 m2·換算噸公里-1, 1986—2013年年均降低0.013 m2·換算噸公里-1。

(3)與機(jī)動(dòng)車(chē)能耗生態(tài)足跡相比, 民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡較小, 平均比重僅有前者的4.35%。與鐵路機(jī)車(chē)相比, 伴隨著民航飛機(jī)能耗生態(tài)足跡的快速增長(zhǎng), 其能耗生態(tài)足跡逐步接近并超過(guò)鐵路機(jī)車(chē)。

[1] 劉得一. 民航概論[M]. 北京： 中國(guó)民航出版社, 2010.

[2] 周麗萍. 中國(guó)民航業(yè)的發(fā)展： 問(wèn)題與對(duì)策[J]. 中國(guó)民用航空, 2010, (4)： 28-30.

[3] WTO經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊.生物燃料： “綠色航空”新動(dòng)力[EB/OL]. 2011 [2011-05-13]. http：//www.wtoguide.net/html/2011-05/ 691.html.

[4] WACKERNAGEL M, LEWAN L, HANSSON C B. Evaluating the use of natural capital with the ecological footprint-Applications in Sweden and subregions[J]. AMBIO, 1999, (28)： 604-612.

[5] 何吉成, 徐雨晴, 張春英. 廣梅汕鐵路電氣化改造的生態(tài)足跡分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2010, 29(5)： 483-486.

[6] 中國(guó)民用航空局發(fā)展計(jì)劃司. 從統(tǒng)計(jì)看民航(1991—2014)[M]. 北京： 中國(guó)民航出版社, 1992-2014.

[7] IPCC. 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories[M]. Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme, Eggleston, H. S. et al. Eds., IGES, Japan, 2006.

[8] 謝鴻宇, 陳賢生, 林凱榮, 等. 基于碳循環(huán)的化石能源及電力生態(tài)足跡[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(4)： 1729-1735.

[9] 中國(guó)人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部. 中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)污染防治年報(bào)[EB], 2010.

[10] 王偉光, 鄭國(guó)光. 應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告(2009)： 通向哥本哈根[M]. 北京： 社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社, 2009.

[11] 何吉成. 中國(guó)鐵路機(jī)車(chē)牽引能耗的生態(tài)足跡變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(5)： 1412-1418.

[12] 中國(guó)民航局. 中國(guó)民用航空發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃(2011年至 2015年)[EB/OL]. 2011 [2011-05-09]. http：// www.caac.gov.cn/I1/I2/201105/t20110509_39615.html.

[13] 新華網(wǎng). 中國(guó)民航生物燃油產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究正式啟動(dòng)[EB/OL]. 2011 [2011-10-29]. http：//news.xinhuanet. com/air/2011-10/29/c_122211734.htm.

[14] 民航資源網(wǎng). 國(guó)航加入可持續(xù)航空生物燃油用戶組(SAFUG) [EB/OL]. 2011 [2011-10-11]. http：//www.cannews. com.cn/2011/1011/151626.html.

Dynamic change in ecological footprint of energy consumption for aircraft in China during in recent 50 years

HE Jicheng
Division of Environment and Resources Research, Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing 100028, China

Although aircrafts have played a great role in transportation in China, there has been no study on ecological footprint of aircrafts of China’s Civil Aviation until now. In this study, the ecological footprint of energy consumption of aircrafts during 1960—2013 was calculated and its intensity and dynamic characteristics were analyzed for the first time, based on the annual aircrafts energy consumption data. The results are as follows. (1) The ecological footprint of energy consumption of aircrafts of China’s Civil Aviation increased from 86 km2in 1960 to 45097 km2in 2013, indicating an increase of 850 km2per year. (2) The intensity of ecological footprint of energy consumption of aircrafts of China’s Civil Aviation decreased from 2.09 m2per converted ton-km in 1960 to 0.66 m2per converted ton-km in 2013, indicating a decrease of 0.027 m2per converted ton-km per year. (3) The ecological footprint of energy consumption of aircrafts of China’s Civil Aviation was far less than that of vehicles, but was close to and exceeded that of locomotives for traction in China railways.

civil aviation of China; energy consumption of aircraft; CO2emission; ecological footprint

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.01.029

X24

A

1008-8873(2016)01-189-05

2015-01-20;

2015-02-14

何吉成(1976—), 男, 湖北十堰人, 副研究員, 研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸行業(yè)環(huán)境、能源、自然災(zāi)害、溫室氣體和大氣污染物排放等, E-mail：jichenghe@189.cn

何吉成. 50多年來(lái)中國(guó)民航飛機(jī)能耗的生態(tài)足跡變化[J]. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(1)： 189-193.

HE Jicheng. Dynamic change in ecological footprint of energy consumption for aircraft in China during in recent 50 years[J]. Ecological Science, 2016, 35(1)： 189-193.