李丹^1,2,, 钟维琼^1,, 代涛¹, 王高尚¹, 李强峰^1,3, 梁靓^1,2, 张继鹏^1,2
1. 中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037
2. 中国地质大学（北京）,北京 100083
3.中国地质大学（武汉）经济管理学院,武汉 430074

Global migration of embodied carbon emissions of iron-containing commodities from the perspective of material flow

LIDan^1,2,, ZHONGWeiqiong^1,, DAITao¹, WANGGaoshang¹, LIQiangfeng^1,3, LIANGLiang^1,2, ZHANGJipeng^1,2
1. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
2. China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China
3. School of Economics and Management, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China
通讯作者:通讯作者:钟维琼,E-mail: zhongweiqiong2016@126.com
收稿日期:2018-07-9
修回日期:2018-11-7
网络出版日期:2018-12-20
版权声明:2018《资源科学》编辑部《资源科学》编辑部
基金资助:中国地质调查局项目（121201103000150015）国家自然科学基金重点项目（71633006））国家自然科学基金青年基金项目（41701612）
作者简介:
-->作者简介：李丹,女,山东潍坊人,硕士生,研究方向为矿产资源经济。E-mail: lidancugb@126.com



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摘要
对含铁商品国际贸易中隐含的碳排放进行准确计算,不仅可以更公平有效地划分碳排放责任,还可以在国家间分配排放配额时提供信息支持。首先分别对各国家集团钢铁制品的碳排放系数进行了核定,再结合IPCC提供的方法计算了2015年全球含铁商品国际贸易中隐含碳排放。计算结果显示：①从大洲层面看,由地理位置、运输成本等因素导致隐含碳排放在大洲内部转移量相对较多,约占总量的63.83%;亚洲、欧洲在产业链后端出口产品隐含碳排放流动较大,这与其“进口原料、出口产品”的产业模式有关;北美洲、非洲、大洋洲、南美洲通过含铁商品贸易向亚洲、欧洲净转移了碳排放责任;②从国家层面看,美国、越南、韩国等国家通过含铁商品贸易向中国、俄罗斯、日本等国家净转移了碳排放责任,其中,美国、越南、韩国等国家向中国转移了大量的碳排放责任,分别为3850万t、3390万t、2920万t。本文对全球含铁商品隐含碳排放量的测算,有助于更公平有效地划分国际间碳排放责任,为国家间分配碳排放配额提供技术支持。

关键词：国际贸易;含铁商品;全产业链;隐含碳排放;跨境转移;物质流;全球
Abstract
Accurating calculation of the carbon emissions implied in the global trade of iron-containing commodities not only allows more equitable and efficient allocation of carbon emissions responsibilities, but also provides information for allocating emission allowances in various regions. In this paper, the carbon emission factors of steel products of various countries were separately verified. The CO₂ emissions implied in the international trade of iron-containing commodities in 2015 were calculated in combination with the methods provided in the “IPCC National Greenhouse Gas Emission Inventory 2006.” The calculated results show that: ① From the perspective of the continent, due to geographical location, transportation costs and other factors, the amount of hidden carbon emissions in the continent is relatively large, the flow between continents accounting for about 63.83% of the total flow; In Asia and Europe, the amount of implied carbon emissions from iron-containing commodities exported at the back end of the industrial chain is relatively large, which is related to the industry mode of “imported raw materials and export products.”; North America, Africa, Oceania, and South America have transferred carbon emission responsibility to Asia and Europe through iron-containing commodity trade; ② from the national level, United States, Mexico, Vietnam, etc. have transferred their carbon emission responsibilities to China, Russia, Japan, etc.. Among them, the United States, Vietnam, South Korea and other countries have transferred a large number of carbon emission responsibilities to China, which are 38.5 million tons, 33.9 million tons, and 29.2 million tons. In this paper, the calculation of the implied carbon emissions of iron-containing commodities in the world can more accurately and effectively divide the international carbon emission responsibility and provide technical support for the allocation of carbon emission quotas between countries.

Keywords：international trade;iron-containing goods;whole industry chain;implied carbon emissions;transboundary transfer;material flow;global

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李丹, 钟维琼, 代涛, 王高尚, 李强峰, 梁靓, 张继鹏. 物质流视角下全球含铁商品隐含碳排放量跨境转移研究[J]. 资源科学, 2018, 40(12): 2360-2368 https://doi.org/10.18402/resci.2018.12.04
LI Dan, ZHONG Weiqiong, DAI Tao, WANG Gaoshang, LI Qiangfeng, LIANG Liang, ZHANG Jipeng. Global migration of embodied carbon emissions of iron-containing commodities from the perspective of material flow[J]. RESOURCES SCIENCE, 2018, 40(12): 2360-2368 https://doi.org/10.18402/resci.2018.12.04

1 引言

钢铁行业是国民经济发展的基础产业,同时也是高污染、高排放、高能耗产业。如今,碳排放问题已成为影响钢铁行业可持续发展的重要制约因素^[1],碳排放是影响全球气候变化的决定性因素,碳排放责任问题已受到社会各界的广泛关注^[2]。如何在国家间分配减排责任更成为应对气候变化国际谈判的核心议题之一,尤其是通过国际商品贸易转移的碳排放是在国家间划分排放配额时必须考虑的指标^[3,4,5]。这为未来的国际谈判提供了一个新的视角：对某一国家碳排放的核算不应该只局限于国家边界之间^[6],而应该从对商品或服务的消费角度来重新界定排放责任。
目前,围绕全球国际贸易中隐含的碳排放已有****开展了大量研究。如周新对2000年亚太区的10个国家或地区的贸易隐含碳排放进行了核算,结果表明,美国为隐含碳排放的最大净进口国,日本次之,中国为最大净出口国^[7];Perters等计算了2001年87个国家和地区的贸易隐含碳排放已经占到世界碳排放总量的1/4强,其中中国出口碳排放占其国内实际碳排放的24%,进口碳排放占7%^[8]。Manfred Lenzen等就国际贸易中隐含碳在生产者和消费者共同负责方面的原理和实践进行了一些探讨^[9]。魏本勇等则认为应该从对商品或服务的消费角度来界定排放责任,尤其是国际贸易中的隐含碳排放责任^[10]。张晓平等核算了1992—2006年中国钢铁制品进出口贸易中隐含碳排放,并分别对中国和国际先进水平生产的钢铁制品选择了不同的碳排放系数^[3]。Qiangfeng Li等对2010—2015中国含铁商品国际贸易中隐含的碳排放进行核算,从“消费者角度”更加明确地划分了各国的碳排放责任^[11]。
通过文献分析发现,前人的隐含碳排放研究多是基于某一地区或国家层面的,基本不能涉及全球层面;同时,由于钢铁下游制品数量众多、统计难度较大,前人大部分研究不能全部涵盖国际贸易当中所有含有铁元素的商品（下文简称“含铁商品”）。本文的创新点在于从全球层面对隐含碳排放跨境转移研究分析,并对国际贸易中所有含铁商品及铁矿石、生铁、粗钢、钢材、钢铁产品中各阶段的隐含碳排放进行了定量分析。弥补了全球层面隐含碳排放分析的不足,并为铁资源环境流动研究引入了产业链视角。本文在全球层面按照经济发展水平和钢铁工业水平对国家进行集团划分,对各集团设定不同的碳排放系数,对2015年全球跨境贸易中含铁商品的隐含碳排放转移进行定量核算,并对结果进行多方面讨论与分析,揭示了含铁商品贸易因素在碳排放转移方面不可忽视的重要性。

2 数据来源与研究方法

2.1 全球钢铁产品贸易中铁物质流量的测算

本文数据源为中国海关和联合国商品贸易统计数据库（UN Comtrade）^[12],该数据库收集了2015年200多个国家和地区之间含铁商品的进出口贸易数据。为了研究世界各大洲之间含铁商品的贸易活动,测算含铁商品的物质量流动,本文采用了分层抽样统计的方法进行处理,即把异质性较强的总体分成若干个同质性较强的子总体,从不同的子总体中抽取样本分别代表该子总体,进而将所有各总体中抽取的样本合并成一个样本代表总体^[13]。此方法的优点是样本代表性较强,抽样误差较小。
本文从钢铁产业链的角度将收集到的数据分为五大类12小类^[14],研究对象为终端产品前（包含产品）的产业链五个阶段。再将每一小类分成几十或者更多同质性较强的子总体,并从这些不同的子总体中抽取具有代表性的含铁商品样本,并以样本中的铁含量为代表,计算出该子总体中的铁含量。将各子总体的铁含量求和,从而计算得出每一小类和大类含铁商品的铁含量,最后测算出2015年全球含铁商品进出口的铁含量。

2.2 含铁商品的碳排放系数计算

根据政府气候变化专门委员会（IPCC）^[15]提供了三种CO₂排放因子的计算方法。
方法1：根据消耗的燃料量来计算排放量,将消耗的燃料量折算成能源消耗量,采用相应的能源排放因子,从而计算得到CO₂排放量。
方法2：基于对生产全过程碳的跟踪,与方法1类似,但增加了由于金属固碳而作的修正。
方法3：用铁和钢的产量乘以基于产品的排放因子^[16]。
结合以上方法,首先确定钢铁制品的工序能耗,再将工序能耗折算成能源消耗量,并使用相应的能源排放因子。因全球有200多个国家或地区,要确定每一个国家各自的碳排放系数十分困难^[17],并且全球也很难确定一个平均标准的碳排放系数。故本研究以经济发展（人均GDP）为基础,参照各国家钢铁产业规模、生产水平^[18],进行综合考虑,将全球分成五个国家集团,见表1。
Table 1
表1
表1全球钢铁集团划分及主要指标
Table 1Global steel group division and main indicators

集团划分	第一集团	第二集团	第三集团	第四集团	第五集团
人均GDP范围/1990GK美元	≥20 000	10 000~20 000	6 000~10 000	3 000~6 000	<3 000
发展阶段	后工业化	工业化后期	工业化中期	工业化初期	前工业化
典型国家（地区）	美国、日本、德国、英国、法国、意大利、加拿大、西班牙、韩国、澳大利亚、以色列等	俄罗斯、智利、波兰、马来西亚、希腊、阿根廷、土耳其等	中国、巴西、印度、泰国、秘鲁、墨西哥、伊朗等	多米尼加、印度尼西亚、越南、菲律宾、乌克兰、伊拉克、埃及等	巴基斯坦、尼日利亚、孟加拉国、缅甸、肯尼亚、埃塞俄比亚、刚果（金）等

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首先,确定贸易环节中某国家所属的贸易集团,并利用该集团的工序能耗、相关技术经济指标对该国家或地区的指标进行赋值,从而计算得到各国家或地区的含铁商品碳排放系数。该系数为生产1t该产品所有工序消耗的能源产生的碳排放数量,包括生产过程中消耗的能源产生的碳排放量,但不包含运输过程中消耗的能源产生的碳排放量。将该系数乘以研究区域的产量大致估算该区域含铁商品隐含碳排放跨境转移量。各钢铁制品的工序能耗、相关技术经济指标如表2所示,第四集团出口总量相对较小,第四集团水平参照中国所代表的第三集团20世纪90年代生产水平对各指标进行赋值。第五集团贸易量相对较小,故采用第四集团参数。
Table 2
表2
表2各含铁商品的工序能耗、相关技术经济指标
Table 2Process energy consumption and related technical and economic indicators of each steel product

工序		工序能耗/单位	第一集团水平	第二集团水平	第三集团水平	第四集团水平	数据来源
采矿	露天	电力/(kW∙h/t)	0.7	1.2	2.5	3.3	参考文献[19,20]
	地下	电力/(kW∙h/t)	10	18	25	32
选矿		电力/（kW∙h/t）	16	28	35	46	参考文献[19]
		精铁矿品位/%	6	6	6	6
		金属回收率/%	90	80	70	60
焦化		工序能耗/（kgce/t）	150	170	190	210	参考文献[21]
烧结		工序能耗/（kgce/t）	47	51	55	58	参考文献[22]
高炉炼铁		工序能耗/（kgce/t）	385	415	430	445	参考文献[23]
		入炉焦比/（kg/t）	280	315	390	420
		生铁含铁系数/%	96	96	96	96	参考文献[20]
		金属回收率/%	91.37	91.37	91.37	91.37
炼钢	转炉炼钢	工序能耗/(kgce/t)	-20	-8	0	0	参考文献[24]
		钢铁料消耗/(kg/t)	1 060	1 080	1 086	1 090
	电炉炼钢	工序能耗/（kgce/t）	90	92	98	100
		钢铁料消耗/（kg/t）	1 032	1 061	1 095	2 020
轧钢		工序能耗/（kgce/t）	58	61	75	82	参考文献[25]

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分别就含铁商品产业链各个环节的碳排放系数进行计算,对铁矿石、生铁、粗钢、钢材以及钢铁产品阶段的各个集团生产水平的碳排放系数进行计算,因国际贸易中对含铁商品是以纯铁来进行统计的^[26],故需要对产业链各阶段含铁商品的含铁系数进行确定,从而确定纯铁物质的碳排放系数。现将计算结果进行汇总,用产品中碳排放系数除以含铁系数即可得产品中纯铁碳排放系数,即生产1t该产品中的纯铁所有工序能耗的能源产生的碳排放数量,如表3所示。
Table 3
表3
表3含铁商品中纯铁的碳排放系数
Table 3Pure iron carbon emission factors of steel products （kg/t）

	第一集团	第二集团	第三集团	第四集团
铁矿石	1.110	14.280	21.960	27.160
生铁	1 464	1 661	1 767	2 277
粗钢	1 530	1 768	1 890	2 457
钢材	1 692	1 939	2 100	2 702
钢铁产品	1 692	1 939	2 100	2 702

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3 结果及分析

按照本文提供的碳排放因子计算方法,用铁和钢的产量乘以基于产品中纯铁物质的碳排放系数,得到2015年全球含铁商品贸易中转移的碳排放量,并对结果进行分析。

3.1 各大洲进出口含铁商品隐含碳排放净值分析

2015年各大洲进出口含铁商品隐含碳排放总量如图1所示,碳排放净值也可直观展现,横坐标上方代表净进口含铁商品隐含碳排放数值为正。产业链后端产品隐含碳排放量比重大,因此各阶段含铁商品加总的碳排放净值趋势与后端产品相似。亚洲出口钢材和钢铁产品隐含-碳排放量大于进口量,各阶段含铁商品净进口产品隐含碳排放量合计为-1.63亿t,亚洲承担由其他大洲转移的碳排放责任。欧洲在产业链后端,尤其是粗钢阶段净出口产品隐含碳排放量较大,为1932万t。非洲与南美洲进出口含铁商品隐含碳排放情况类似,各产业链阶段以及加总阶段净进口产品隐含碳排放量基本为正值。北美洲各阶段净进口含铁产品隐含碳排放量均为正值,各阶段净进口含铁产品隐含碳排放量合计为1.40亿t。
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图12015年各大洲进出口含铁商品隐含碳排放
-->Figure 1Implied carbon emissions of imported and exported iron-containing products on various continents in 2015
-->

3.2 含铁商品各阶段隐含碳排放区域分析

2015年各大洲产业链各阶段隐含碳排放情况如图2所示。在进口含铁商品隐含碳排放方面,亚洲地区是进口铁矿石、生铁、粗钢及钢材隐含碳排放最多的地区。在这四个阶段,欧洲进口含铁商品隐含碳排放量次之。而在钢铁产品阶段,欧洲和北美洲成为进口含铁产品隐含碳排放最多的地区,亚洲次之。前端含铁商品隐含碳排放量较少,最大进口含铁商品隐含碳排放量地区为亚洲。终端产品隐含碳排放量大,最大进口含铁商品隐含碳排放量为欧洲。在出口含铁商品隐含碳排放量方面,除铁矿石阶段大洋洲、南美洲为较大出口含铁商品隐含碳排放地区外,其他阶段亚洲均为出口含铁商品隐含碳排放量最大的地区,欧洲次之。亚洲与欧洲承担了非洲和北美洲转移的碳排放责任。
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图22015年各产业链环节隐含碳排放大洲分布
-->Figure 2Distribution of hidden carbon emissions in industry chain in 2015
-->

3.3 各大洲隐含碳排放总量流动分析

根据2015年各大洲含铁商品贸易中隐含碳排放情况,将各生产阶段的碳排放情况进行汇总,得到跨区域碳流动情况,如图3所示。
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图32015年全球含铁商品贸易隐含碳排放流动
-->Figure 3Flow of implied carbon emissions from the global iron-containing commodity trade in 2015
-->

在2015年全球含铁商品贸易的隐含碳排放流动情况中,全球含铁商品进出口碳排放量最大的区域分别是亚洲和欧洲,亚洲、欧洲的出口隐含碳排放量分别是5.99亿t、4.71亿t,进口隐含碳排放量分别是4.36亿t、4.42亿t,其他地区进出口隐含碳排放量相对较少。其中,最大的两个流动环节为亚洲、欧洲的区域内流动,分别为3.48亿t、3.43亿t。其次亚洲出口到北美洲、亚洲出口到欧洲、北美洲出口到北美洲的隐含碳排放量较多,分别为1.01亿t、0.84亿t、0.77亿t。非洲和大洋洲是隐含碳排放进出口量流动最少的地区。

3.4 典型国家间的隐含碳排放转移情况

2015年钢铁产业链各环节国际贸易中主要国家隐含碳排放转移情况如表4所示。铁矿石环节,隐含碳排放量最少,澳大利亚和巴西分别为中国承担了42万t和13万t的碳排放责任;生铁环节,主要的跨境转移是从俄罗斯到美国和南非到中国,即俄罗斯、南非分别为美国、中国承担了365万t和322万t的碳排放责任;粗钢环节,主要的跨境转移是从巴西到美国、乌克兰到意大利,即巴西、乌克兰分别为美国、意大利承担492万t和392万t的碳排放责任;钢材环节,主要的跨境转移是中国到韩国、越南,即中国为韩国、越南分别承担2600万t和1700万t的碳排放责任;钢铁产品环节,主要的跨境转移是美国到墨西哥、中国到美国,即美国、中国分别为墨西哥、美国承担了1620万t和1580万t的碳排放责任。

Table 4
Table 4Implied carbon emissions transfer among major countries in 2015 （万t）

排名		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
铁矿石	出口国	澳大利亚	巴西	南非	巴西	乌克兰	巴西	巴西	伊朗	巴西	秘鲁
	进口国	中国	中国	中国	日本	中国	德国	马来西亚	中国	韩国	中国
	碳排放量	43	13	5	4	3	3	2	1	1	1
生铁	出口国	俄罗斯	南非	巴西	特多	俄罗斯	阿曼	乌克兰	乌克兰	俄罗斯	乌克兰
	进口国	美国	中国	美国	美国	意大利	沙特阿拉伯	意大利	土耳其	土耳其	美国
	碳排放量	365	322	258	226	196	171	163	163	154	111
粗钢	出口国	巴西	乌克兰	乌克兰	俄罗斯	中国	俄罗斯	俄罗斯	中国	日本	中国
	进口国	美国	意大利	土耳其	比利时	土耳其	美国	土耳其	越南	韩国	泰国
	碳排放量	492	396	348	270	269	268	264	228	217	210
钢材	出口国	中国	中国	日本	中国	日本	日本	中国	加拿大	中国	韩国
	进口国	韩国	越南	中国	印度	韩国	泰国	新加坡	美国	马来西亚	中国
	碳排放量	2 600	1 700	881	834	811	781	713	690	669	645
钢铁产品	出口国	美国	中国	墨西哥	马来西亚	美国	加拿大	日本	中国	德国	中国
	进口国	墨西哥	美国	美国	墨西哥	加拿大	美国	美国	日本	荷兰	韩国
	碳排放量	1 620	1 580	1 480	1 060	940	734	676	593	563	562

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3.5 全球四大类国家隐含碳排放情况分析

根据2015年全球主要国家含铁商品贸易中隐含碳排放情况,将主要国家含铁商品的隐含碳排放情况进行计算,得到各国家隐含碳排放的分布情况,如图4所示。图4中,角平分线附近的国家则代表进出口含铁商品隐含碳排放量大致相等。
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图42015年全球主要国家进出口含铁商品隐含碳排放情况
-->Figure 4Implicit carbon emissions from import and export of iron commodities in major countries in the world in 2015
-->

2015年全球主要国家隐含碳排放情况中,可将主要国家分为以下几类：
（1）第一类是中国、日本、俄罗斯、乌克兰等图中红色散点所代表的国家,该类国家承担了第三类国家转移的碳排放责任。
（2）第二类是意大利、法国、比利时、英国等图中黄色散点所代表的国家,该类国家进出口含铁商品隐含碳排放量大致相当。
（3）第三类是美国、墨西哥、越南、泰国等图中绿色散点所代表的国家,该类国家向第一类国家转移了碳排放责任。
（4）第四类是芬兰、菲律宾、瑞典、澳大利亚等图中蓝色散点所代表的国家,该类国家进出口含铁商品隐含碳排放量都相对较少。
以角平分线为界,上方国家较多的承担了下方国家转移的碳排放责任。

4 结论与讨论

在经济全球化不断加剧的情况下,如何更有效地划分碳排放责任更加重要,本文根据2015年全球各大洲含铁商品的贸易量,通过碳排放系数的计算,最终对2015年全球各大洲间的含铁商品贸易中隐含碳排放进行了计算。得到以下结论：
（1）大洲内部之间的隐含碳排放量占全球隐含碳排放流量的63.83%,其中亚洲、欧洲内部的隐含碳排放流动量较大,约占总流量的56.54%,考虑到运输成本等因素,含铁商品较多的在大洲内部进行贸易并产生碳排放转移。
（2）亚洲、欧洲进口的前端产品隐含碳排放大,如铁矿石、生铁、粗钢产品,出口的后端产品隐含碳排放量大,多为大量高能耗、高排放的钢材及钢铁产品,形成了其“进口原料,出口产品”的贸易格局,这与各地区的自然资源禀赋条件的差异有关,也和本地区技术水平和资本充裕度有关^[27]。
（3）从大洲层面进行分析,亚洲和欧洲承担了北美洲、非洲、大洋洲、南美洲转移的碳排放责任。在国家层面进行分析,将全球主要国家按照其进出口含铁商品隐含碳排放量的关系进行分类,可分为四种类型的国家。其中,“第一类国家”如中国、俄罗斯等承担了“第三类国家”如美国、墨西哥等转移的碳排放责任;“第二类国家”如意大利、法国等,其进出口含铁商品隐含碳排放量大致相等;而“第四类国家”如澳大利亚、芬兰等其进出口含铁商品隐含碳排放量相对较小。“第一类国家”应较多的承担“第三类国家”转移的碳排放责任。
（4）全球的碳减排责任可以与各国的最终消费挂钩,从而制定公平的减排义务分担体系。如中国钢铁产业链虽然排放了大量的碳,但中国以出口含铁商品的形式,净承担了美国转移的3850万t碳排放责任,净承担了越南转移的3390万t碳排放责任,净承担了韩国转移的2920万t碳排放责任。本文为碳排放跨境转移的定量核算提供了依据,为中国争取更多的碳排放和排放额“话语权”。
在本文确定含铁商品碳排放系数的过程中,对不同经济发展水平和钢铁工业水平国家设定不同的系数,相对减少了误差。然而,设定所有含铁产品的碳排放系数等于钢材的碳排放系数,这使的含铁产品隐含的碳排放量有所降低,力求后续进行更加深入细致的分析。
The authors have declared that no competing interests exist.

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