□ 陳 林/文
早在30 多年前,歐洲發(fā)達國家就已經開始研究航空運輸排放負外部性相關問題,提出了一些航空運輸排放環(huán)境外部成本的評估方法和技術,并基于市場手段,將其應用于航空運輸排放環(huán)境外部成本治理中,取得了顯著成效。隨著歐盟2012 年將航空運輸業(yè)納入歐盟排放交易體系(EU-ETS),以及2016 年國際民航組織國際航空碳抵消和減排計劃(CORSIA)的推出,對因航空運輸排放污染所導致的負外部性的評估和治理顯得更為緊迫和重要。但是,由于我國相關研究實踐起步較晚,長期以來,并沒有采取有效的治理措施解決航空運輸排放負外部性問題,以至于航空運輸使用者沒有承擔起應該承擔的全部費用,存在一定社會不平等。因此,我國啟動對航空運輸排放負外部性的評估和市場化治理迫在眉睫。
民航飛機在運行過程中會產生溫室氣體CO2和有毒氣體HC、SO2、NOX、CO 等。夏卿等(2008)利用ICAO 的發(fā)動機排放數(shù)據(jù)庫,以及我國航空公司機隊資料和民航飛行數(shù)據(jù),測算了我國民航機場的污染物HC、SO2、NOx、CO 排放清單1。何吉成(2012)根據(jù)中國民航統(tǒng)計部門逐年統(tǒng)計數(shù)據(jù),采用基于燃料消耗量的排放因子法,估算了1980 ~2009 年中國民航飛機的大氣污染物排放量,并分析了大氣污染物排放強度及其變化2。魏志強等(2021)利用波音公司的飛機性能計算軟件,計算了不同巡航方式、巡航高度、巡航重量、外界溫度偏差等條件下的巡航性能參數(shù),基于ICAO 排放量數(shù)據(jù)建立污染物排放量計算模型,用Visual Studio 開發(fā)了巡航階段污染物排放量計算軟件,實現(xiàn)對不同巡航條件下各種污染物排放量的計算3。曹馨元等(2022)基于國際民航組織標準排放模型,細化了飛機LTO 循環(huán)的運行階段及不同階段下推力設置變化的影響,同時利用機場跑道、年起降架次等信息修正了飛機的滑行時間,建立了2016 年中國機場群飛機LTO 循環(huán)的大氣污染排放清單4。綜上,近年來關于飛機排放測算的研究主要集中于飛機運行過程的某一階段比如LTO 或循環(huán)階段,排放物僅集中于CO2、HC、SO2、NOX、CO 中的一種或幾種,因此,將飛機運行全過程中的全部排放物作為研究對象進行量化測算的研究非常有必要。
飛機的LTO 階段由滑行、起飛、爬升和進近四個過程構成。LTO 階段的各種污染物的排放量,可以由下面的公式計算得到:
其中,F(xiàn)ij表示第j種污染物在第i種飛行過程的排放量,其單位通常為克;n表示飛機發(fā)動機的臺數(shù);ti表示第i種飛行過程的飛行時間,其單位通常為秒;fi表示航空煤油在第i種飛行過程的消耗率,其單位通常為公斤/秒;eij表示第j種污染物在第i種飛行過程的排放指數(shù),其單位通常為克/公斤。
ICAO 規(guī)定了標準的飛機LTO 階段滑行、起飛、爬升和進近各個過程的推力設置和工作時間。另外,還推出了發(fā)動機排放數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫包含各種發(fā)動機在每種工作狀態(tài)下的燃油消耗率和排放指數(shù)。由于該發(fā)動機排放數(shù)據(jù)庫中的污染物只包括HC、NOx、CO 三種氣體,而飛機發(fā)動機排放的污染物通常還包括SO2氣體,為了測算飛機發(fā)動機SO2的排放量,通常假定航空煤油中的硫在燃燒過程中全部與氧結合產生SO2,因此,SO2排放指數(shù)的值與飛機發(fā)動機性能無關,只取決于航空煤油成分,通常取SO2的排放指數(shù)值為l 克/公斤。
ICAO 發(fā)動機排放數(shù)據(jù)庫沒有發(fā)動機在巡航階段的燃油消耗率和各種污染物的排放指數(shù)的值。因此,為了測算發(fā)動機在巡航階段各種污染物的排放量,就需要確定發(fā)動機在巡航階段的燃油消耗率和各種污染物的排放指數(shù)的值。飛機發(fā)動機產生的排放物的總量和組成比例取決于航空煤油的燃燒量和燃燒效率,而航空煤油的燃燒量和燃燒效率又主要取決于發(fā)動機的推力等級設置。目前,我國航空公司運營的主流機型,其巡航階段發(fā)動機推力等級一般為85%,這與飛機在爬升階段的發(fā)動機推力等級相同,因此通常選取爬升工作狀態(tài)下的燃油消耗率和污染物排放指數(shù)的值作為巡航階段的燃油消耗率和污染物排放指數(shù)的值。
政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在其《2006 年IPCC 國家溫室氣體清單指南》(以下簡稱“《指南》”)中,根據(jù)各個國家統(tǒng)計資料的完整性和測算成本的要求等提出了三種測算CO2排放數(shù)量的方法,其中方法1依據(jù)航空煤油的消耗量和平均排放因子來測算CO2的排放數(shù)量,這種方法對各個國家相關統(tǒng)計資料的要求最低,同時實施簡單、成本最低,歐盟EU-ETS 也推薦使用了類似方法1 的公式5。
根據(jù)IPCC 方法1,飛機CO2排放數(shù)量的測算公式如下5:
其中,Pi表示飛機CO2的排放量(單位:t);Mi表示飛機航空煤油的消耗量(單位:t);N表示航空煤油的凈發(fā)熱值(單位:TJ/Gg);F表示航空煤油的凈發(fā)熱值排放因子(單位:kg/TJ),N和F的值來自《指南》中給出的缺省值,分別為44.1TJ/Gg 和71500kg/TJ。
本文根據(jù)航空運輸在運行過程中排放的CO2、HC、SO2、NOX、CO 五種氣體的數(shù)量和其單位環(huán)境外部成本的數(shù)值構建模型來測算環(huán)境外部成本。其中,氣體排放量主要根據(jù)航空煤油的消耗量和各種氣體的排放因子來測算;各種氣體的單位環(huán)境外部成本的數(shù)值主要借鑒國外的相關研究成果通過計算得出。
CO2的排放因子的值來自IPCC 在其《指南》中給出的缺省值進行簡單處理得到,為3153.15g/kg。除了CO2之外的HC、SO2、NOX、CO 四種氣體,雖然ICAO 通過發(fā)動機排放數(shù)據(jù)庫給出了各種發(fā)動機在滑行、起飛、爬升和進近四種工作狀態(tài)下的燃油消耗率和排放指數(shù),為了簡化研究,利用公式(1)和公式(2),結合典型機型、典型航線、主要航空公司的相關數(shù)據(jù),可以得到我國航空運輸CO2、HC、SO2、NOX、CO 五種氣體的排放比例。因此,根據(jù)排放比例和CO2的排放因子的值可以測算出HC、SO2、NOX和CO 四種氣體的排放因子6,7。
航空運輸排放環(huán)境外部成本的計算公式如下:
其中,C表示航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本(單位:CNY);M表示航空煤油的消耗量(單位:t);Yi表示第i種排放氣體的排放因子(單位:g/kg);Vi表示第i種排放氣體的單位環(huán)境外部成本(單位:CNY/kg)。
2016 ~2021 年各種排放氣體的單位環(huán)境外部成本借鑒國外學者依據(jù)損害成本法和減污成本法確定的數(shù)值8,在不考慮LTO 階段和巡航階段各種污染物損害方式和程度的不同情況下,通過貨幣兌換率和通貨膨脹率確定,并綜合考慮不同國家間經濟發(fā)展水平、人們的收入水平、文化背景、價值觀和人們的承受能力等因素的差異來確定,具體數(shù)值如表1 所示:
航空運輸噸公里環(huán)境外部成本是一個關鍵指標。隨著我國經濟和民航的快速發(fā)展,排放產生的環(huán)境外部成本的總量肯定是增長的,但是,如果噸公里單位環(huán)境外部成本在下降,那么說明航空運輸排放污染的強度在下降,也說明我國航空運輸處于環(huán)境不斷改善型的可持續(xù)發(fā)展模式。為測算我國航空運輸單位噸公里排放產生的環(huán)境外部成本,采用如下公式:
其中,D表示噸公里排放產生的環(huán)境外部成本(單位:CNY/TKM);C表示航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本(單位:CNY);Q表示航空運輸?shù)哪曛苻D量(單位:TKM);M表示航空煤油的消耗量(單位:t);Yi表示第i種排放氣體的排放因子(單位:g/kg);Vi表示第i種排放氣體的單位環(huán)境外部成本(單位:CNY/kg);T表示航空運輸?shù)哪陣嵐镉秃模▎挝唬簁g/TKM)。
此外,排放環(huán)境外部成本對周轉量的彈性值能夠反映排放環(huán)境外部成本對周轉量的敏感程度。如果彈性值大于1,說明航空運輸排放環(huán)境外部成本的增長速度快于航空運輸周轉量的增長速度;如果彈性值等于1,說明航空運輸排放環(huán)境外部成本的增長速度等于航空運輸周轉量的增長速度;如果彈性值小于1,說明航空運輸排放環(huán)境外部成本的增長速度慢于航空運輸周轉量的增長速度。因此,理想的狀況是彈性值小于1,且呈逐年下降趨勢。航空運輸排放環(huán)境外部成本對航空運輸周轉量的彈性計算公式如下:
其中,C表示航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本(單位:CNY);ΔC表示航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本的變化量(單位:CNY);Q表示航空運輸?shù)闹苻D量(單位:TKM);ΔQ表示航空運輸周轉量的變化量(單位:TKM)。
利用2016 ~2021 年《從統(tǒng)計看民航》9中的航空煤油消耗量、運輸周轉量的相關數(shù)據(jù)、各種排放氣體的排放因子數(shù)值和表1 中的數(shù)據(jù),利用公式(3)(4)和(5)評估了2016 ~2021 年我國航空運輸排放環(huán)境外部成本的值,同時測算了2016 ~2021 年我國航空運輸噸公里排放環(huán)境外部成本的值和我國航空運輸排放環(huán)境外部成本對航空運輸周轉量的彈性值,具體數(shù)值見表2:
表2:2016 ~2021 年我國航空運輸排放環(huán)境外部成本
從表2 可以看出,2016 年至2021 年,我國航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本先呈快速上漲趨勢,但2020 年和2021 年由于新冠肺炎疫情的巨大沖擊導致了我國航空運輸生產大幅下降,從而其排放產生的環(huán)境外部成本也顯著下降,這和我國航空運輸近年來的發(fā)展速度和航空煤油的消耗量是密切相關的。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)2016 ~2021 年噸公里排放環(huán)境外部成本的數(shù)值呈上升趨勢,由2016 年的0.79 元/噸公里上升到2021 年的0.92 元/噸公里,上升了16.46%,年均上升3.29%,說明從2016 年到2021 年我國航空運輸排放對環(huán)境的影響強度整體上逐漸增加,值得一提的是2020 年和2021 年的噸公里排放環(huán)境外部成本大幅上升與新冠肺炎疫情導致航空公司客座率大幅下降密切相關。根據(jù)表2 的彈性數(shù)值,可以看出彈性的數(shù)值由2017 年的1.14 上升到2019 年的1.33,然后下降到2021 年的0.82,說明我國航空運輸排放產生環(huán)境外部成本對航空運輸周轉量的敏感程度先增加后減弱,2017 年至2019 年彈性值都在1 以上,說明環(huán)境外部成本的增長速度高于周轉量的增長速度。根據(jù)我國航空運輸排放環(huán)境外部成本的數(shù)值、噸公里排放環(huán)境外部成本的數(shù)值和排放環(huán)境外部成本對周轉量彈性的數(shù)值的變化趨勢,筆者認為,民航管理部門和航空運輸企業(yè)應該重視節(jié)能減排,在運輸量快速增長的同時注重節(jié)約燃油的使用。
歐盟及其成員國于2002 年5 月31 日正式批準了《京都議定書》。根據(jù)《京都議定書》的要求,從2008 年到2012 年,歐盟二氧化碳等6 種溫室氣體年平均排放量要比1990 年的排放量低8%。為了幫助其成員國履行減排承諾,獲取運用總量交易機制減排溫室氣體的經驗,歐洲議會和理事會于2003 年10 月13 日通過的歐盟2003 年第87 號指令(Directive 2003/87/EC),制定了排放交易體系(EU-ETS),并于2005年初試運行,2008 年初開始正式運行。歐洲碳排放交易體系是世界上最大的碳排放交易市場。2008 年11月19 日歐洲議會和理事會通過歐盟2008 年第101 號指令(Directive 2008/101/EC),該指令對2003 年第87 號指令進行了修訂,將航空運輸業(yè)納入了歐盟碳排放交易機制。該指令于2009 年1 月13 日正式生效,并于2012 年1 月1 日起開始實施。根據(jù)該法案,全球2000 多家航空公司在歐盟境內機場起降的國際航班都要納入EU-ETS。
2014 年4 月16 日,歐盟通過“航空碳稅停擺條例”(Regulation 2014/ 421/ EU),確定自2013年1 月1 日起至2016 年12 月31 日,不再要求進出歐洲經濟區(qū)機場的非歐洲經濟區(qū)國際航班參與其排放交易體系。該條例于當年4 月30 日生效并開始適用。之所以選擇2016 年12 月31 日,是因為該日期是ICAO2013 年第38 屆成員國大會決議確定出臺全球統(tǒng)一航空減排方案的截止日期。此外,歐洲法院于2011年12 月21 日發(fā)布“歐盟航空碳稅案”(Case C-366/10)初步裁決,判定2008 年“航空碳排放交易指令”既不違反習慣國際法,也不違反歐美間《開放天空協(xié)定》,確認了該指令的有效性,從而支持歐盟自2012年1 月1 日起將非歐盟國際航班納入其排放交易體系。
歐盟推出的排放交易體系是一種市場化治理機制。排放權交易制度是指政府根據(jù)一定的排放量,向各個排放單位分配排放權,從而有效地滿足一個地區(qū)特定的總量排放水平或滿足一個確定的環(huán)境標準,然后準許各個持有排放權的單位進行交易。建立排放權交易制度的目的是獲取更大的靈活性,以便提高管制者治理環(huán)境成本的效率,加快環(huán)境達標速度。排放權交易制度就是以市場機制為基礎,通過政府調節(jié),實現(xiàn)這些目標的有效制度。
2016 年10 月,在加拿大蒙特利爾召開的ICAO 第39 屆全體大會通過了《國際民航組織關于環(huán)境保護的持續(xù)政策和做法的綜合聲明——氣候變化》和《國際民航組織關于環(huán)境保護的持續(xù)政策和做法的綜合聲明——全球市場措施機制》兩份重要決議,確定了全球第一個行業(yè)市場減排機制——國際航空碳抵消和減排計劃(CORSIA),在CORSIA 計劃下,全球航空運輸業(yè)需要在2050 年逐步達到以下目標:航空業(yè)在2035 年實現(xiàn)碳達峰,2050 年實現(xiàn)碳中和目標。決議計劃從2021 年至2035 年分三階段實施,包括試點期(2021 ~2023 年)、第一階段(2024 ~2026 年)及第二階段(2027 ~2035 年)。其中試點期和第一階段各國自愿參與,發(fā)達國家率先參與;第二階段為強制參與,最不發(fā)達國家、部分島國和內陸欠發(fā)達地區(qū)可自愿參與。根據(jù)2019 年的平均排放水平,建立一個全球排放基準。2027 年至2035 年,所有成員國將按照2018 年收入噸公里(RTKs)的份額來承擔CORSIA 責任。ICAO 將試點階段的基準線調整為2019 年碳排放量的100%,而自2024 年起,基準線調整為2019 年二氧化碳排放量的85%。此外,抵消量不是根據(jù)航空公司的排放量來衡量的,而是根據(jù)整個行業(yè)排放量超過2019 年水平的增長按比例計算的,其主要由行業(yè)和個體兩部分組成10。
ICAO 推出的CORSIA 本質上是將經濟學理論中標準制度和收費制度相結合形成的一種市場化的治理機制。標準制度目標明確,如果實施成功能夠很快獲得預期的效果。但是,由于政府當局為了有效地控制各種類型飛機的排放,必須掌握其排放的詳細信息,標準制度在實際中往往實施成本很高。收費制度則可以對飛機制造企業(yè)和航空運輸企業(yè)的行為產生動態(tài)有效的激勵,促使飛機制造企業(yè)開發(fā)新技術、新的環(huán)境友好產品,同時也會促使航空運輸企業(yè)合理利用飛機。此外,收費標準還可以較為容易地根據(jù)實際情況做出調整,但是實施收費制度的最基本條件就是收費標準的確定,而要確定合理的收費標準,關鍵是要科學準確的評估航空運輸排放導致的環(huán)境外部成本。本文中排放環(huán)境外部成本測算的模型和方法可用于排放收費標準的確定。
2012 年1 月1 日開始,歐盟將航空運輸業(yè)排放的CO2納入歐盟排放交易體系。同時,一些歐洲機場對航空器排放的氮氧化物進行收費。以德國法蘭克福機場為例,對航空器每個滑行、起飛、爬升和進近周期(LTO)的氮氧化物根據(jù)其排放量進行收費,2020 年的收費標準為每公斤3.08 歐元。
德國法蘭克福機場確定排放量的基礎是ICAO 的發(fā)動機排放數(shù)據(jù)庫和瑞典國防研究機構的渦輪螺旋槳發(fā)動機數(shù)據(jù)庫,如果這些數(shù)據(jù)庫不包含某種發(fā)動機,則使用相關飛機類型的標準發(fā)動機的排放值,如果飛機的發(fā)動機數(shù)據(jù)存在矛盾,則該機型的最高已知排放值將作為收費基礎。如果發(fā)動機未出現(xiàn)在任何可用排放數(shù)據(jù)庫中,并且也無法使用標準發(fā)動機的數(shù)據(jù),則根據(jù)德國航空航天中心(DLR)于2005 年2 月28 日進行的研究對該發(fā)動機進行評估。
氮氧化物排放量的計算方法是:排放量=發(fā)動機數(shù)量×∑(飛行時間×燃料消耗率×排放因子),同時需要參考HC 的排放情況。
另外,最大起飛重量小于或等于5.7 噸的飛機的排放量將按照每個LTO 循環(huán)1kg NOx/HC 的總排放量進行評估11。
法蘭克福機場氮氧化物排放收費是收費制度在治理航空運輸排放環(huán)境外部成本領域的實踐。雖然收費制度的優(yōu)點突出,但是實施收費制度的最基本條件就是收費標準的確定,根據(jù)庇古理論,最優(yōu)的收費標準是收費額等于航空公司排放產生的邊際環(huán)境外部成本,因此如何科學測算航空公司排放產生的環(huán)境外部成本是收費制度成功實施的前提和難點。
綜上,我國在積極參與“國際航空與氣候變化”談判和磋商的基礎上,不僅要加強航空碳排放交易機制、國際航空碳抵消和減排計劃等問題的研究,爭取發(fā)展空間,同時需重視對氮氧化物排放收費等的國外實踐的研究,為我國國內推動相關市場機制的建設做好準備,從而實現(xiàn)持續(xù)推動我國航空運輸業(yè)綠色、低碳、高效的發(fā)展。
面對國際上航空減排的強大壓力和國內碳達峰、碳中和(雙碳)的戰(zhàn)略目標,中國民航需要在政策上創(chuàng)新思路并敢于實踐,以更多有力的行動和效果,實現(xiàn)我國民航綠色可持續(xù)發(fā)展,為全球民航可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻。
我國航空運輸業(yè)節(jié)能減排應以確保航空安全和助力民航高質量發(fā)展為前提,以提高能源利用效率為核心,以航空節(jié)油、空中交通管理為重點,以建立完善的體制機制為根本保障,以制定政策和規(guī)章為重要基礎,以管理和技術創(chuàng)新為重要支撐,重視市場化治理政策的研究、制定和實施。
我國應堅持民航業(yè)的碳排放治理問題必須納入全球框架中統(tǒng)一制定,堅持自主減排行動,承擔與我國國情、民航發(fā)展階段和能力相適應的減排責任。全面參與國際民航可持續(xù)發(fā)展治理進程,堅持正確義利觀,遵循公平、共同但有區(qū)別的責任及各自能力原則,強化國際法運用,倡導建立廣泛參與、自主貢獻、各盡所能、互學互鑒的國際民航減排新秩序,提出更多中國方案,促進義務和權利平衡,支持國際民航組織在促進合作開展國際航空減排中發(fā)揮更有力的協(xié)調作用,展現(xiàn)負責任的大國形象。
借鑒法蘭克福等機場氮氧化物收費實踐,利用經濟學、環(huán)境科學等學科的理論和方法,由政府主導,高等院校、科研機構、行業(yè)協(xié)會、企業(yè)共同參與,盡快啟動飛機氮氧化物排放收費制度建設的相關研究,為飛機除CO2以外的排放的市場化治理奠定基礎。其中,實施氮氧化物等排放收費制度的關鍵是科學準確評估氮氧化物等排放的排放量和制定科學的收費標準,法蘭克福機場的收費實踐以及本文第一部分、第二部分和第三部分的研究方法和成果可供參考。
2011 年,按照“十二五”規(guī)劃綱要關于“逐步建立碳排放交易市場”的要求,我國在北京、天津、上海、重慶、湖北、廣東及深圳等7 個省市啟動了碳排放權交易試點工作。2013 年起,7 個地方試點碳市場陸續(xù)開始上線交易,有效促進了試點省市企業(yè)溫室氣體減排,也為全國碳市場建設摸索了制度,鍛煉了人才,積累了經驗,奠定了基礎。2016 年12 月,福建省啟動碳交易市場,作為國內第8 個碳交易試點。2017 年1月6 日《廣東省民航行業(yè)2016 年度碳排放配額分配方案》印發(fā),標志著廣東省的民用航空納入碳排放權交易試點管理。2021 年7 月16 日,全國碳排放權交易市場啟動上線交易。我國碳市場將成為全球覆蓋溫室氣體排放量規(guī)模最大的市場。
2012 年歐盟推出的EU-ETS 和2016 年ICAO 推出的CORSIA,必將影響我國國內航空運輸納入國內碳排放權交易市場的進程。按照移動源排放特點,適時啟動將國內航空運輸納入全國碳排放權交易市場,通過市場的方式來控制國內航空碳排放將是未來的必選項。將國內航空運輸納入全國碳排放權交易市場不僅有助于實現(xiàn)我國碳達峰碳中和的環(huán)境目標,還有助于實現(xiàn)經濟效率最優(yōu)。當然,我國將航空運輸納入全國碳排放權交易市場,還將面臨許多問題,如市場條件的限制、政府對航空公司排放的監(jiān)督和管理等,因此,還需要各方面深入研究,然后逐步實施。
德國、法國等歐洲國家對航空運輸環(huán)境外部成本的研究,尤其是對排放環(huán)境外部成本的評估和市場化治理的研究非常重視,并且取得了非常豐碩的研究成果,同時積極將成果應用于實踐,效果顯著。而我國關于航空運輸環(huán)境外部成本的研究起步較晚。本文通過測算2016 ~2021 年我國航空運輸排放環(huán)境外部成本、噸公里排放環(huán)境外部成本和航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本對航空運輸周轉量彈性的數(shù)值,并分析了我國航空運輸排放環(huán)境外部成本、噸公里排放環(huán)境外部成本和航空運輸排放產生的環(huán)境外部成本對航空運輸周轉量彈性的動態(tài)演變特征。本文的研究方法和研究結論對我國民航主管部門出臺相關政策治理民航排放環(huán)境問題、推動我國民航可持續(xù)發(fā)展具有參考價值。本文提出的啟動飛機氮氧化物排放收費制度的相關研究和適時將國內航空運輸納入全國碳排放權交易市場對我國應用市場機制治理航空運輸排放負外部性具有現(xiàn)實意義。