碳足迹视角下ICT产业碳排放对环境的影响

第13卷第6期 2013年11月 西北农林科技大学学报社会科学版 Journal of Northwest AF UniversitySocial Science Edition Vo1．13 NO．6 NOV．2O13 碳足迹视角下ICT产业碳排放 对环境的影响 王 雷 ，刘桂玲 ，王 欣。，李铁克 1．北京科技大学东凌经济管理学院，北京100083； 2．西北农林科技大学信息工程学院，陕西杨凌712100； 3．西北农林科技大学经济管理学院，陕西杨凌712100 摘 要ICT技术和产业的发展改变了人们的生活方式和商业模式，这种改变大大促进了经济增长。根据美 国和世界其他国家的研究报告得出，由ICT产业发展而产生的大量碳排放对环境的影响正在加剧。具体原因为 ICT产品的广泛使用和海量数据处理中心的建立。根据ICT产业价值链形成过程中碳足迹的追踪，能够得出ICT 产业在原材料提取、生产制造与运输、产品应用和回收处理各环节的碳排放的大体数量和所占比例。针对ICT产 业价值链中碳排放产生原因不同，分别采取监测、预警、生产过程优化、先进产品应用、新商业模式和政府政策等对 策给予解决，同时也简要说明了ICT产业如何为其他产业提供了间接减少碳排放的手段。最后，结合ICT产业存 在问题和解决对策给出了ICT产业发展与环境之间关系的新研究思路，并提出未来可以从定量角度研究ICT产业 发展中碳排放对环境影响。 关键词ICT；碳足迹；环境影响；碳排放 中图分类号F124．5 文献标识码A 文章编号10099107201306007305 在过去的几十年间由于通信、信息技术的广泛 应用，世界经济的发展方式已经转变。社会中几乎 每一个角落都由互联网连接起来，生活和商业被带 入了数据时代。新兴的互联网商业模式谷歌、百 度、脸谱需要建立在大量的数据交流和存储之中， 通过互联网信息促进着经济发展。赵黎明等口 指出 从“高碳”社会走向“低碳”社会的制约因素就是技术 进步。ICT是信息、通信和技术的缩写，通常作为 IT信息技术的同义词，更一般的解释为包括IT、 电信和无线技术的现代信息技术。Van arkl2 在 2001年的一项研究中指出，1998年间由ICT产业 仓0造的GDP，美国占到了27．9 ，荷兰占到了 29．1 ，丹麦占到了17．7 。Qiang等 的研究指 出宽带扩展率上升10 能够使经济合作组织 OCED成员国GDP增长率提高1．38 9／6，给非经济 合作组织的国家GDP增长率提高1．21 。可见， ICT产业技术和服务的不断进步能够为经济发展带 来积极影响。ICT产业投资和发展需要大量的数据 管理，而海量数据的管理工作就要求设备和数据中 心的建立，而设备与数据中心的建立又需要大量元 器件的提取、ICT设备的制造和运输等环节。在这 种ICT产品原料、制造、运输与应用的过程中，需要 大量的能源消耗、产生大量的碳排放和有害物质，进 而影响环境的保护。 以美国为例，环境保护组织估计来自于数据处 理中心的电力消耗量大约占到全国电力消耗量的 1．5 。ICT产业中设备生产和数据处理中心带来 的能源消耗带来了温室气体排放的产生，影响了全 球气候改变。麦肯锡的研究表明，为全世界的数据 中心供电所产生的温室气体排放量与一些国家如 阿根廷或荷兰的排放量相当，而且到2020年，这些 排放量可能还会翻两番。Climate Group指出到 2020年，ICT对环境的问接影响将达到直接影响的 5倍。银行、金融机构、互联网公司等一些大型数据 收稿日期2O12 0705 基金项目国家自然科学基金70873096 作者简介王雷198O一，男，北京科技大学博士研究生，主要研究方向为先进制造管理、物流管理。 74 西北农林科技大学学报社会科学版 第l3卷 中心的用户试图利用通信工具定期发布公司关于环 境绩效方面的信息。赵荣钦等 研究表明中国产业 内部生活和工商业占到大概碳排放量的89 ，其中 ICT在生活和商业生产中占到的比例很大。按照 Pike研究机构估计，全球未来5年在绿色数据中心 的投资将快速增长，从现在的75亿美元增加到 2015年的414亿美元，占到全球整个数据中心市场 的28 j。这种发展方式的转变也带来了对ICT 产业发展中低碳的要求，企业正在努力通过利用更 有效的数据中心和更低的能源消耗来发展ICT产 业，能够提供一种低碳ICT发展方式在促进经济发 展的同时降低给环境带来的不利影响。 ICT产业的发展能够带来经济的快速增长，经 济增长势必会促进更高的ICT产业的投资力度，带 来更节能和环保的设备，淘汰过去排污量高的生产 设备，使用更先进、更环保的设备。同时，ICT产业 发展也能够产生新的商业模式，这种商业模式的转 变可以提高很多生产与物流环节的效率，减少一些 环节的碳排放量。但是，ICT产业的发展也会带来 大量的能源消耗和有害物质的产生，造成对环境的 破坏。因此，分析ICT产业发展过程中产生二氧化 碳和其他温室气体的源头，如何利用新工艺、新设备 和新的商业模式来减少能源消耗，如何在发展ICT 产业的同时降低产业发展过程产生的碳排放的释 放，将成为ICT产业发展的研究方向。 一、ICT价值链中各阶段碳排放 对环境的影响 碳足迹是指企业机构、活动、产品或个人通过交 通运输、食品生产和消费以及各类生产过程等引起 的温室气体排放的集合。碳足迹可以表示出ICT 在整个生命周期中的不同阶段的碳排放量，进而用 来测算对环境带来的直接影响。2007年，哈蒙德 Hammond在Nature上的文章指出碳足迹是一个 人或一项活动所产生的“碳重量”，甚至建议碳足迹 称“碳重量”|6]。欧盟给出的碳足迹定义是指一个产 品或服务的整个生命周期中所排放的二氧化碳和其 他温室气体的总量。ICT的碳足迹由整个ICT产 业价值链中各个时期的碳排放组成，从原材料的提 取、元器件和设备的制造、ICT应用过程的能源需求 到最后产品生命结束的处置见图1。 图1 ICT的价值链 ICT产业整个价值链的过程的是围绕产品实体 展开的，而ICT产业中的产品主要包括电子通信设 备和电子元器件两大类。电子设备指从事电子通信 整机产品制造的设备，主要产品包括计算机及外部 设备，手机、电话、网络交换器等通讯设备，数码产品 等消费电子产品，LCD显示屏、打印机等显示及输 出设备，变压器、高压开关等工业设备。电子元器件 主要指电子器件和电子组件两大类。电子器件主要 包括电子真空器件、光电子器件、集成电路制造等。 电子组件主要有电子组件及组件制造、印刷电路板、 电子敏感组件及传感器、电子塑料零件等。还包括 汽配电子仪表、机械电子仪表等。 一ICT产业原材料提取过程中碳排放对环境 的影响 ICT产品的主要原材料包括电子化学品、磁性 材料、半导体原料等。电子化学品主要指为电子工 业配套的精细化工材料，主要包括集成电路、电池、 光电子器件、印制线路板、液晶显示器件、计算机、移 动通讯设备等电子元器件、零部件和整机生产与组 装用各种精细化工材料。精细化工生产过程中氧化 硫、一氧化碳、氧化氮等气体，还有重金属和一些化 合物物质都能够造成环境污染。而精细化工生产过 程中排放的有二氧化碳、甲烷、氟氯烃、全氟化碳等 物质，这些物质在大气中不易分解，产生大量的碳排 放，造成温室效应，破坏臭氧层。 磁性材料是一种使用广泛的功能材料，主要指 过渡元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生 磁性的物质。磁性材料的生产要经过电解制金属， 此过程会排放一定量的废气和废渣及粉尘，造成环 境污染，同时电解过程还需要耗费大量的电能，电能 的消耗能够产生大量含碳气体排放。半导体材料主 要来源于多晶硅和单晶硅，将单晶硅通过系列生产 过程变成晶圆。而单晶硅的提取过程中能够在生产 阶段释放尾气、制备过程的酸性气体和一些含碳比 较高的气体，这些气体都会造成环境的污染。通常 生产产品时处理和硅芯制备过程的废水、装置设备 排放的废水和循环水等，这些废水中也带有过高的 含碳化合物造成环境污染。 二ICT产业元器件和设备制造过程碳排放对 环境的影响 第6期 王雷等碳足迹视角下ICT产业碳排放对环境的影响 75 电子元器件生产技术主要是表面贴片技术，包 括涂布、贴片、焊接。在此过程中需要用到很多化学 原料，化学原料在生产过程中会受到高温挥发出气 体，进而污染环境。同时，自动插件装备和自动焊接 过程还需要大量的电能支持产品顺利生产，电子设 备制造过程中，也需要大量的电力能源，这些电能的 耗费能够产生大量的碳排放。 苹果公司估计其产品在制造和运输阶段产生的 碳排放量占到整个产品碳足迹过程的43 。而 NOKIA估计产品在原材料提取、运输和制造环节 占到整个碳排放量的72 。图2描述了两个公司 产品在生产过程中，各个阶段的碳排放比例。以上 分析可知，ICT产品本身在整个碳足迹中，产品原材 料的提取、制造和运输阶段碳排放量占得比例较大， 所以控制好这两个阶段的碳排放非常关键。 Appl。 运输5％ ％ _囤o上 ． fdt3。％ 使青曼％ 设施 ％ 图2 ICT一些厂两产品在生命周期里 碳足迹的估计比例 三ICT产品应用与回收过程碳排放对环境的 影响 研究显示，ICT相关设备的生产和应用所排放 的气体量占到全球二氧化碳排放量的1 ～3 。 Koomey估计在2000～2005年之间数据中心服务 器的用电量翻了一倍，到2010年用电量还要增长 4O 多__7]。由此可见，ICT的广泛使用与ICT碳排 放呈现出正比关系，产生大量的含碳气体排放到空 气中。 在ICT的价值链中，ICT应用过程产生的碳排 放占到整个温室气体排放的2 ～3 ，其中计算机 和数据的监管比例达到40 ，数据中心占到23 ， 固定和移动设备占到24 。摩尔定律说明随着时 间的推移，计算机硬件设备的处理能力将会呈现指 数级增长，尽管ICT硬件的处理效率在提高，但计 算机硬件的成本不断降低，计算机相关设备的价格 也会更低，由于价格的降低将吸引更多的消费者购 买相关计算机产品，增加ICT产品的应用量增加更 多的碳排放。ICT产品回收处置过程中，应用化学 方法溶解、金属材质熔炼等方式也产生大量的污染 气体，同时消耗大量能源，增加含碳气体的排放污染 环境。 另外，由于ICT产业的大量投资会产生反弹效 应。反弹效应是指某种能源使用效率的提高将降低 对该能源的需求，需求的下降以及随后该能源使用 成本的下降将引起需求的反弹。在发展中国家里， 由于发展中国家的能源应用和服务的饱和度远没有 达到饱和状态，因此，很有可能产生预期的反弹效应 Sorrell[8]对于可能产生的反弹效应给出了分析和解 决对策，不同技术之间对反弹效应的影响变化十分 不同，不能一概得出技术效率的提高一定会产生反 弹效应。ICT能源效率的提高不一定能降低能源消 费，所以在提高ICT能源利用效率的同时也要实施 提高碳排放税、建立法律法规等方法，实现ICT应 用中能源消耗过程中的碳排放。 二、减少ICT产业和应用领域中 碳排放的对策 一监测、预警与生产优化 在ICT原料提取过程中实施监测和早期预警 系统，在每个生产过程节点安装相关设备，实时监测 碳排放情况，按照制定的标准来限制过度碳排放，同 时利用早期预警系统及时反馈碳排放的超标信息。 采用环保设备减少污染气体和含碳气体的排放，利 用先进的技术方法将废料和污染物转化成有效的产 品。在ICT产业的生产制造过程中尽可能淘汰落 后设备，转换成节能环保设备。规划合理的生产工 艺流程，确保产品在工艺流程中的移动时间最短，同 时减少产品在生产过程中的运输环节。引进先进的 生产管理模式，提高生产效率，减少产品的废品率。 以上方式能够实现较少的能源消耗，进而实现ICT 原料提取、制造和运输过程的碳排放。 二产品应用、新商业模式和政府政策 ICT和网络的使用加大了产品和服务在线交易 的数量，越来越多的交易都是通过网络进行，像书 籍、音乐CD、视频电影、软件等很多产品已经去实 体化了，这样节省了原材料的利用，同时也大大降低 了能源消耗。电子商务和在线购物节约了消费者的 76 西北农林科技大学学报社会科学版 第13卷 时间和出行次数，直接减少了很多能耗，也潜在地帮 助解决交通问题。电子邮件和实时通讯实现及时沟 通，节约纸资源、减少邮递服务设施。电话会议、视 频会议的应用减少了长时间的商务旅行，减少了能 源消耗，为缓解环境起到了直接的作用，同时也间接 减少了运输设施和办公设施的数量。 Climate Group2009Smart 2020会议中介绍 了一些ICT技术的应用，可以直接减少碳足迹。计 算机使用方面，用笔记本电脑取代传统的CRT计 算机，这样可以节约大量电能消耗，同时要加强能源 管理。延长产品的生命周期，可以减少产品在制造 和运输过程的碳排放，据估计以上应用和现阶段比 较有73 的减排潜力。在数据中心的处理阶段，要 提高服务器的能源效率，保证通风、制冷方面的优 化。使用产品生命周期长、随时处于低耗状态、具有 智能支付功能的电信设备。各国政府和环保组织针 对ICT碳排放给环境带来的严重影响，采取了不同 措施限制ICT相关部门的碳排放，这些措施如产 业结构调整、节能减排政策、生产管理精细化等_9]。 三ICT相关技术在其他产业应用 ICT产业的发展会带来产品和技术的革新，先 进的监测和智能设备能够应用到其他产业，间接减 少碳排放 。ICT为其他产业实现绿色化提供了 技术可能，在空调、加热设备、工业设备等产品上使 用传感器和控制器，利用智慧电网优化电力能源分 配，实现部分产品CDs、书籍去实体化。表1是 Smart 2020报告中指出的ICT产品相关应用，这些 产品的应用都可以降低气体排放量。 表1 使用ICT降低气体排放量 ICT产品 用途 智能电网 姜 用户信息减 智能建筑 蓁茬 嚣,源损N Eg耗、{4g 照明、按 马达 蔷 龇 舡蝴钟 智能物流 星誓 包装剐讹、 去实体化 电子商务、电子图书、视频会议、通信交流 Ecofys咨询服务公司也说明未来电子卷标、仿 真和分析工具是如何改变改变人们的行为，来减少 碳排放。还有一些服务完成去实体化实现减少碳排 放，如电子医疗、电子政务和精细农业等。这些应用 在其他行业的先进ICT技术和产品，自身的产生过 程创造的碳排放远远小于能够影响其他行业的碳排 放水平。 由以上分析得知ICT技术的应用可以直接或 间接减少产生碳排放。麦肯锡的研究表明ICT在 许多领域的应用如智能电网、节能建筑以及更高效 的物流规划等可以削减的碳排放是ICT产业产生 碳排放的5倍。 三、结 论 本文首先讨论了ICT产业发展中碳排放如何 对环境产生影响，在碳足迹的视角下，分析了ICT 产业价值链中各环节的碳排放量和所占比例。其 次，介绍了ICT产业原料的构成元素及其生产过程 的碳排放源、产品制造和运输过程的碳排放和ICT 产品应用过程带来的碳排放。最后提出一些有效对 策降低ICT产业在原料提取、制造运输、应用和回 收处置各阶段的碳排放，进而在整个ICT产业链中 限制碳排放的产生，减少碳排放对环境造成的破坏， 为ICT产业碳排放和环境之间的研究提供一个新 思路。但是如何将ICT产业碳排放与环境影响之 间的关系量化，如何结合具体某项产品分析整个生 命周期的碳排放对环境影响的大小将是未来的研究 方向。 参考文献 E12赵黎明，陈爽．低碳经济体系研究[J]．西北农林科技大 学学报社会科学版，2012，1233437． [2] Ark，Bart van．The Renewal of the Old EconomyAn In ternational Comparative Perspective[R]．MimeoUniversi～ ty of Groningen and the Conference Board，2001． [32 C．Z．Qiang，C．M．Rossotto，K．Kimura．Economic Impacts of Broadband，Ination and Communications for Devel opment 2009Extending Reach and Increasing Impact[R． WashingtonThe Wold Bank，2OO9． [4]赵荣钦，黄贤金，钟太洋．中国不同产业空间的碳排放 强度与碳足迹分析[J]．地理学报，2010，6591 048 1 O57． r5]Pyke Research．Green Data Center Market to Reach 41 Billion Annually by 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1．Dongling School of Economics and Management，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083； 2．College of Ination Engineering，Northwest AF University，Yangling，Shaanxi 712100； 3．College of Economics and Management，Northwest AF University，gangling，Shaanxi 712100，China AbstractThe development of ICT industry has changed people’s lifestyles and business model，and this change greatly promotes economic growth．On the report of USA and other countries，the environment impact of carbon emissions generated by ICT industry is intensifying．The specific reasons are the establishment of the use of ICT products and massive data processing centers．Tracking on the process of ICT industry value chain based on carbon footprint。the numbers and proportions of carbon emissions can be draw on ICT industry in raw material extraction，manufacturing and transport，product application and recycling．Because the different causes about car bon emissions of ICT industry，we can take monitoring，early warning，production process optimization，advanced product applications，new business models，government policies and other measures to address it．And a brief de scription of how to reduce carbon emissions in ICT industry is given for other industries．Finally。we give new re search ideas of the relationship between ICT industry development and the environment and study the impact of carbon emissions of ICT industry development on environment from quantitative point of view in the future． Key wordsICT；carbon footprint；environment impact；carbon emissions ． ’ ． ’． 一．． ． ’． ．，一 ． ’ ．．．．． ’ ． ． ． ． ’ ’ ． ．， ，一一． ’ ．． 、 、．．． 、．， ．，一r_ 上接第72页 Establishment of Partnership in Government Management Taking Forest Sustainable Management as an Example LIU Jin-long，ZHANG Yi-wen。MENG Yuan School of Agricultural Economics and Rural Development，Renmin University of China，Beijing 100094，China AbstractGovernments all over the world are making res in governance modes．Democratization of gov ernment decision-making，multicentralization of government power and empowerment to the community have be come an irresistible trend．The idea of“partnership”，which is based on equality，democracy and participation has been widely accepted．This paper makes a theoretical analysis on the partnership for supporting forest sustainable management，trying to establish an organizational framework of forest partnership and sums up China s experience of building forest partnership．Partnership is a cooperation mechanism which depends on common goals．Partner- ship members cooperate with each other rather than merge，and can freely choose to participate in the partnership network or not．Forest partnership is an action in which different departments cooperate with each other and differ ent stakeholders participate．Common benefits and mutual cooperation are the prerequisite for building forest part nership，and in this process，the capacity building of disadvantaged groups should be given priority． Key wordsgovernance；partnership；forest sustainable management；stakeholder