IMO第四次温室气体研究报告要点解读

张 爽 苑海超 孙德平

国际海事组织（IMO）于2019年5月启动了第四次温室气体研究，2020年8月完成。IMO温室气体研究是一项接续性工作，致力于提供不同历史时期海运业温室气体排放量评估和未来排放量预测；同时，也对温室气体减排和能效提升的各类技术措施进行评估，提供温室气体减排边际成本。此前，IMO先后于2000年、2009年和2014年组织开展了三次温室气体研究，时期跨度覆盖至2012年；本次研究覆盖的时期跨度为2012～2018年。本文即是对该研究要点内容的深度解读，以期为有关政府部门、船舶和航运业界及研究机构的管理和研究人员提供参考。

主要结论

IMO第四次温室气体研究主要包括“排放清单”和“排放预测”两大部分，其中“排放清单”部分还新增了海运碳强度评估内容，以弥补此前研究在该方面的空白，为全球营运能效机制构建提供必要的数据和方法支持。本次研究与之前研究的另一重要差异是对“国际海运排放”的界定方法。第三次研究以船舶种类和吨位区间来实现对“国际排放”的界定，即将所有拖轮、游艇、平台支持船、渔船及2000总吨以下的客渡船等排放全部视为国内排放，其他船舶排放全部视为国际排放。本次研究利用卫星和岸基AIS数据对船舶各航段的到发港进行精细识别，以“航段”为基础对排放性质进行界定，将不同国家港口之间的排放界定为“国际排放”。为表述方便，本次研究将之前采用的基于船舶的界定方法标识为“方法一”（报告中简记作Option1或OP1），将本次新采用的基于航段的界定方法标识为“方法二”（报告简记作Option2或OP2）。

本次研究覆盖全球100总吨（GT）及以上的船舶，所界定的温室气体范围与《京都议定书》一致，但重点关注二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）和甲烷（CH4）。黑碳并未列入温室气体，而是作为单独一类气候污染物纳入评估。上述四类物质的排放总量以二氧化碳当量（CO2e）进行累计，采用100年期全球增温潜势值（GWP100）进行折算。主要结论如下：

1、海运温室气体排放量和全球排放占比总体呈上升趋势（期间存在波动）。2012～2018年间，全球海运温室气体排放量（包括国际、国内和渔船排放）从9.77亿吨增长到10.76亿吨（CO2e），增幅约为9.6%（实际应为10.1%）。其中，CO2排放量从9.62亿吨增长到10.56亿吨，增幅约为9.3%（实际应为9.8%），排放量全球占比从2.76%上升至2.89%。

如果以“船舶”对国际/国内排放进行区分（OP1），国际海运温室气体从8.62亿吨（CO2e）增长到9.37亿吨（CO2e），增幅约为8.7%。其中，CO2排放量从8.48亿吨增长到9.19亿吨，增幅约为8.4%，排放量全球占比从2.44%上升至2.51%。

如果以“航段”对国际/国内排放进行区分（OP2）， 国际海运温室气体从7.13亿吨（CO2e）增长到7.55亿吨（CO2e），增幅约为5.9%。其中，CO2排放量从7.01亿吨增长到7.40亿吨，增幅约为5.6%，排放量全球占比总体稳定在2%左右。如果采用该方法对2008年的国际海运排放量进行重新计算，则该年份的温室气体排放量从9.40亿吨（CO2e）下调至7.94亿吨（CO2e），CO2排放量从9.21亿吨（CO2e）下调至7.76亿吨（CO2e）。

2、国际海运整体和绝大部分船舶种类的营运碳强度持续下降，但降低速度逐步趋缓。如果以“船舶”对国际/国内排放进行区分（OP1），以船舶能效营运指标（EEOI）表征的国际海运碳强度在2018年比2008降低了31.8%，以年能效率指标（AER）表征的碳强度降幅为22.0%。如果以“航段”对国际/国内排放进行区分（OP2），EEOI和AER指标的降幅分别为29.4%和21.0%。国际海运碳强度并非呈线性下降趋势，上述降幅有超过一半是在2012年前完成，此后的年均降幅仅为1.5～1.7个百分点。其中，2015～2018年间的平均降幅仅为1.0～1.3个百分点。

船舶个体的碳强度表现具有较大波动性，油船、散货船和集装箱船年均EEOI波动幅度一般高达±20%、±15%和±10%，杂货船、液化气运输船和化学品船的波动幅度也超过±10%。各类船舶的AER指标波动幅度相对较低，但普遍超过了±5%。由于船舶排放评估过程中设置了大量假设条件，而且用来估计载运量的船舶吃水数据并不会实时更新，因此，船舶个体碳强度表现的实际波动幅度应高于上述估计值。集装箱船尤为如此。

3、未来海运碳强度将继续降低，但CO2年排放量仍将持续增长或小幅下降。到2050年，预计全球CO2排放量将达到2008年的90%～130%。该预测结果并没有将2019年新冠疫情的影响纳入考虑。

温室气体排放评估中的关键问题

1、海运温室气体排放趋势。如图所示，从长期历史跨度来看，2008～2009年以前全球温室气体排放量变化趋势与海运贸易基本保持同步增长；之后，由于海运碳强度不断下降，海运排放量与贸易量逐步解耦，年度排放量存在波动，但始终没有超过2008年排放水平。2012～2018年期间，海运温室气体排放总量并非持续增长，而是在2012～2014年保持下降，到2015年开始反弹并保持小幅增长，之后在2018年呈现小幅回落。

在本次研究所关注的三类温室气体中，二氧化碳和氧化亚氮的排放趋势与温室气体排放总量趋势基本一致，但甲烷排放则呈现显著增长态势，排放量增长达150%～155%。

在排放比例方面，如果不计入黑碳，2018年国际海运二氧化碳、甲烷和氧化亚氮三种温室气体的排放量（CO2e）比例分别为98.12%、0.44%和1.44%（OP1）或98.03%、0.52%和1.45%（OP2）。 如 果 计入黑碳（CO2e），则其排放占比分别为7.08%（OP1）和6.84%（OP2），二氧化碳排放占比则相应下降至91.17%（OP1）和91.32%（OP2）。因此，报告指出黑碳是仅次于二氧化碳的第二大海运温室气体排放物。但从实际排放量来看，国际海运在2018年的黑碳排放量仅为6万-8万吨，而二氧化碳排放量为7亿-9亿吨，两者相差万倍以上。但是，由于将黑碳折算二氧化碳当量所采用的折算系数高达900，因此黑碳在温室气体中的排放占比显著提高。即便如此，二氧化碳排放量仍是黑碳排放量（CO2e）的13倍以上。因此，如仅强调排放量位序而忽略了体量会引起误导。

2、其他大气污染物排放趋势。其他大气污染物的排放趋势与温室气体大体一致，但在变化幅度方面存在差异。2012～2018年间，海运燃料总消耗量（以重质燃料油HFO当量计）增长了5.5%，其中HFO降低了3%，而船用柴油（MDO）和液化天然气（LNG）分别增长了69%和30%。此外，甲醇也呈现快速增长势头，2018年消耗量达13万吨，成为第四大船用燃料。然而，这种用能结构的转变并没能显著降低大气污染物的排放增速。期间，硫氧化物（SOx）和颗粒物质（PM2.5）分别增长了5.5%和3.6%。导致这种结果主要原因是在此期间HFO的平均硫含量略有升高（尽管仍满足相关公约要求），这抵消了HFO消耗量降低带来的减排效果。这也表明，从全球范围看，尽管硫氧化物排放控制区（SECA）内的排放得到了有效控制，但排放控制区域外的排放量却增加了。此外，尽管氮氧化物排放控制区（NECA）的陆续生效抑制了NOx排放增速，但其排放量仍增长了1.2%，表明NOx排放量与燃料消耗量相关性在逐渐解耦，但排放趋势仍然受燃料消耗总量影响。

3、方法与结果的不确定性。本次温室气体排放清单评估基本沿用了第三次研究采用的方法，即基于IHS数据库中的船舶技术参数和AIS数据中的船舶活动数据，结合不同航行和作业模式下船舶主要耗能设备的燃料消耗假设和各类排放因子，对船舶个体各航段的排放量进行估计，然后进行累加，得到单船年度排放总量，进而汇总得到全球船队和不同种类、吨位区间船舶的年度排放量。除了可获得数据自身的完整性和可靠性外，排放评估的不确定很大程度上源于评估模型中的各类假设条件。与欧盟海运温室气体排放测量、报告与核实机制（EU-MRV）获取的2018年报告数据的比对结果显示，本研究得到的船舶CO2排放量和航行距离分别高估了5.5%和4.7%，其中散货船、集装箱船和油船的CO2排放量估计偏差分别为-0.2%、6%和3%。

海运碳强度评估中的关键问题

图 海运贸易总量与船舶温室气体排放量和碳强度发展趋势

1、船舶营运碳强度的指标及特征。为确保技术中立性，本次研究平行采用了四种典型指标进行碳强度评估，即能效营运指标（EEOI）、年能效率（AER）、距离指标（DIST）和时间指标（TIME）。此外，还对AER指标的若干变体进行了性能分析，主要包括cDIST指标和船舶能效性能指标（Energy Efficiency Performance Indicator，EEPI）。 其 中，EEOI、AER、EEPI和cDIST适用于客货运输船舶，TIME和DIST及变体主要适用于非运输船舶，如各种服务船、工作船、渔船等。

由于不同碳强度指标的内涵存在本质差别，对不同影响因素的响应也存在差异，因此采用不同指标得到的评估结果和产生的政策导向性也各不相同。其中，EEOI指标具有最为合理的经济意义，而且能够客观反映各类因素给营运碳强度表现带来的影响。但是，由于计算该指标需要以实际货运量这一商业敏感数据为基础，船方普遍反对将其作为公开透明的政策工具。为降低商业敏感性，其他指标都通过不同方式回避了实际货运量数据，但也因此在不同程度上造成了评估结果的偏倚。例如，AER指标将船舶始终视为处于满载状态，因此计算得到的指标值远低于EEOI，而且船舶实际装载率越高（营运效率越优）评估得到的营运碳强度也越高（营运碳强度越差）。相比之下，对于散货船、油船等具有典型压载航程的船舶，EEPI指标比较接近EEOI，其偏倚性显著低于AER。由于改善营运策略、提高货载利用率是船舶降低营运碳强度的重要途径之一，但若采用AER作为衡量指标则完全无法体现此类措施的效果，甚至会适得其反，因此基于AER指标的船舶营运碳强度改善潜力也相对较小。

2、船舶营运碳强度变化趋势和主要驱动因素。在各类船舶中，营运碳强度最低的是散货船，其次是油船和集装箱船。这三类船舶也是国际海运船队的主力，其CO2排放量占比65%，运输周转量占比84%。与2008年相比，营运碳强度降幅（OP2）最大的是也散货船，其在2018年的EEOI和AER分别降低了38%和31%。油船和集装箱船的EEOI降幅均为26%左右，但AER降幅分别约为10%和27%。在2012～2018年期间，散货船和油船的平均载货率高于2008年水平，而集装箱船的平均载货率则明显低于2008年水平，AER指标对载货率响应的偏倚性导致集装箱船的AER降幅超过EEOI。

与2008年相比，大型化是导致船舶营运碳强度下降的主要因素，但是在2012～2018年期间，除了集装箱船和液化气船外，船舶大型化进程显著趋缓。若排除船舶大型化带来的规模经济效应，则多数种类船舶的碳强度降幅显著缩减。其中，散货船EEOI的降幅从38%缩减至28%，油船和集装箱船从26%分别缩减至8%和20%。

降速是推动散货船、化学品船、集装箱船和油船碳强度下降的另一个关键因素。与2008年相比，散货船、油船、集装箱船和化学品在2012～2018年期间的平均航速显著降低。但是从2015年开始，由于市场形势的改善、燃油价格的下降以及对船舶技术状况和经营效益的综合考虑，大部分船舶不再进一步减速。与此类似，多数船舶的装载率在2012～2018年期呈现波动态或持续下降。航速和装载率的这种波动很大程度上是2008年全球金融危机缓慢复苏的滞后效应。

3、评估结果的不确定性。船舶营运碳强度评估结果的不确定性一方面源于排放量估计的不确定性，另一方面源于运输活动（尤其是装载量）估计的不确定性。因此，海运碳强度评估结果的不确定性远大于排放量评估结果，且不同种类船舶的不确定性差异较大。

与EU-MRV机 制2018年 报告数据的校核结果显示，该研究对油船的EEOI和AER估计结果较为可靠，估计偏差小于±5%。对于其他船舶种类，EEOI估计结果明显偏低，其中对散货船、集装箱船、化学品船和杂货船的估计偏差约为-10至-25%，液化气运输船的估计偏差达-50%；AER和DIST估计值总体偏低，但估计偏差均不超过-7%。对于所有种类船舶，本研究得到的TIME估计结果均明显偏高，偏差幅度高达6%～26%。另外与UNCTAD货运量统计结果的校核显示，本研究对油船、集装箱船和干货船（包括散货船、杂货船和冷藏干货船）运输周转量的系统性估计偏差分别为-2%、30%和28%，但对国际海运船队货运周转量总量的估计结果偏差在±2%之内。因此，该报告指出，对国际海运总体碳强度的评估结果比对具体船舶种类的评估结果更加可靠，评估给出的碳强度变化幅度比绝对水平更加可靠。由于缺乏更多可靠的验证数据，该研究没有对估计结果进行人为干预校正，但是明确指出在引用这些评估结果时，其不确定性应当被共同引用，以免造成误导。

海运碳排放预测中的关键问题

1、方法与模型。本次研究关于海运二氧化碳排放预测的基本思路与第三次研究基本一致，即在未来运输需求和碳强度预测基础上，进一步预测未来CO2排放量。该研究将未来运输需求分为两类：一类为非化石能源运输需求，包括煤炭以外的干散货、化学品、集装箱及其他单元化运输货物；另一类为化石能源运输需求，包括煤炭、石油、液化天然气和液化石油气等。第一类主要基于社会经济发展场景进行预测，即利用历史数据建立运输需求与GDP总量、人均GDP、人口规模等社会经济变量之间的关联。然后，利用不同社会经济发展场景对应的经济和人口增长估值，对非化石能源运输需求进行预测。该研究建立了两种模型拟合上述关联，即基于全球总量时间序列数据的逻辑斯蒂模型（Logistic Model）和基于双边贸易面板数据的重力模型（Gravity Model）。对于化石能源运输需求，该研究仅采用逻辑斯蒂模型进行预测。

2、预测场景假设。能源消耗和全球社会经济发展场景是海运需求和二氧化碳排放预测的基础，未来的用能结构、经济总量等基本输入变量都以此为依据。该研究的能源结构场景为政府间气候变化专门委员会（IPCC）采用的五种典型浓度路径（Representative Concentration Pathways，RCP），包括RCP1.9、RCP2.6、PRC3.4、RCP4.5和RCP6.0）。其中，RCP2.6和PRC1.9分别对应《巴黎协定》中提及的2℃和1.5℃温控目标。其他典型浓度路径对应的温升幅度均超过上述目标，但对应的温升幅度均低于3℃。该研究选取的社会经济发展场景包括IPCC采用的五种共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathway，SSP1—SSP5） 和 经 济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）构建的社会经济发展场景（简称“OECD场景”）。本研究最终采用的预测场景即是由上述五种典型浓度路径与六种经济发展场景排列组合构成，例如RCP1.9/SSP1、RCP2.6/OECD等；但是，排除了某些不具现实可能性的组合情况，例如RCP1.9/SSP3等。

3、不确定性。现有关于海运排放和运输需求的预测都存在较大的不确定性，而且无法对不确定性进行确切量化。运输需求预测的不确定性是排放需求预测中最大的不确定性来源。此外，对海运船队未来能效水平的假设也具有较大的主观性和不确定性。新冠疫情的爆发给全球经济和海运贸易都带来重创，也势必对未来海运需求和温室气体排放带来一定影响。但是，由于该研究结题之时疫情尚未结束且发展趋势不明，无法获得关于未来经济发展预期调整的可靠数据，因此所提供的预测结果并没有将这一影响纳入考虑。研究团队认为，远期排放预测最大的不确定性仍源自假设场景自身的不确定性，而新冠疫情的影响仅在近期非常明显，对远期预测结果的影响可能仅为几个百分点。

影响分析

按计划，IMO将于2023年对2018年船舶温室气体减排初步战略进行调整，修订形成最终战略，涉及海运碳强度和温室气体减排的阶段性目标及相关措施等。近期，IMO也在着手建立强制性船舶营运碳强度国际机制，涉及指标选取、基线和折减率确定、评级方法等关键技术问题。此外，IMO也将有序推进替代燃料和新能源技术相关事项审议，并逐步着手解决甲烷逃逸、黑碳排放等问题。本次研究提供的数据与结论能够为相关决策提供全面支撑。

一是IMO船舶温室气体减排初步战略的调整。在温室气体排放总量方面，根据近10年来海运温室气体排放趋势，加之新冠疫情影响，海运温室气体排放总量很难在近中期超过2008年排放水平，甚至可能不会超过2019年的排放水平。有观点认为，应当将海运贸易萧条作为控制温室气体排放的难得机遇，因此很有可能提出将目前初步战略目标中“尽快达峰”调整为“持续下降”。在营运碳强度方面，不同的指标选择会导致不同的结论。若基于EEOI指标，国际海运总体到2018年已经完成了初步战略中2030年目标（比2008年降低40%）的大部分任务，后续努力保持1%-1.5%的年均降幅即可达到预期目标，这是比较客观理性的发展进程。若基于AER指标，国际海运总体到2018年仅达到目标水平的一半，后续必须以接近2%的年均降幅才有可能达到2030年的碳强度目标。但是，AER指标的降低潜力远低于EEOI，在现有用能结构不变的情况下，除非船舶大范围闲置或进一步降低装载率，否则很难达到这一目标。因此，指标的选择看似技术问题，本质上是一个极为关键的政策考量。限于EEOI的数据可获得性，如果最终不得不以AER作为营运碳强度指标，那么有必要在两者的降幅目标方面建立关联，否则很难具有可行性。

二是船舶营运能效碳强度国际机制的技术要素。船舶营运碳强度国际机制的构建主要涉及指标、基线、折减率和评级方法等技术要素。不同的指标选择，实际上意味着不同的目标力度和不同的政策导向，也对应着不同的应对措施。各类船舶的营运碳强度基线直接取决于2008年的营运碳强度水平和运力结构，而折减率的确定则需综合考虑各类船舶已经实现的碳强度降幅、运力结构变化和进一步降碳的潜力。相关方法和数据都能够在本次研究报告中获得。另外，本次研究提供的各类船舶营运碳强度分布特征波动幅度也是构建船舶营运碳强度的评级机制的重要参考。但是，由于评估结果存在较大不确定性，还需要与IMO船舶油耗数据收集机制下的真实统计数据相结合，才能为船舶营运碳强度机制的构建提供充分、可靠的决策依据。

三是海运温室气体减排路径与措施。近中期着力降低碳强度水平，中远期大幅降低温室气体排放总量，最终实现零碳排放，是业界对于海运温室气体减排路径基本达成的共识。从本次研究提供的边际成本分析也能明显看出，近中期最有效的减排手段是降速，但效果和潜力都非常有限；中远期，只有通过替代燃料和新能源技术的推广应用才能够真正实现海运业零碳转型。由于船舶设计水平的提升空间有限，如果不能从根本上改变能源结构和用能方式，海运业也无法实现初步战略中提出的到2050年将营运碳强度降低70%的目标。因此，尽管属于中长期措施，关于替代燃料和新能源技术的相关技术与政策问题都将逐步成为审议重点。

四是其他影响。本次研究给出的甲烷和黑碳排放评估结果也非常值得关注。在零碳燃料和新能源技术普及之前，LNG是一种较为理想的过度性选择。随着应用范围的不断扩大，随之引发的甲烷逃逸问题也越来越引发关注，也有观点认为船舶设计能效指数（EEDI）计算中应将该问题纳入考虑。本次研究在此方面提供了较为充分的数据基础，预计将加速该问题的审议进程。对黑碳排放的评估，不论从政策还是科学角度，自始至终都充满争议。尽管本次研究将黑碳作为气候污染物单列，但仍然将其折算为二氧化碳当量，并与其他温室气体进行了比较，进而为量化海运黑碳排放的气候影响提供了依据，而这将在科学和舆论两个方面推动IMO相关审议进程。