食物体系碳减排关键技术及实践路径探讨

柏振忠，路云浩，王红玲

（1.中南民族大学经济学院，武汉 430074；2.湖北大学商学院，武汉 430062）

农业是全球人为温室气体最主要的排放源之一，并在土壤、生物能源基质和食品中吸收了大量的碳。2021 年10 月24 日，中共中央、国务院发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出，加快推进农业绿色发展，促进农业固碳增效。而农业固碳增效实质上就是要高效减少农业碳排放。其中，食物体系碳减排已成为包含改变生产模式、生活方式和价值观念的一种全球性经济发展方式变革行为，技术创新、制度创新是实现该重大变革的关键所在。可见，开展食物体系碳减排关键技术研究具有重大现实意义。

当前，国内外学者针对食物体系碳减排问题进行多方面探究。2019 年联合国粮食及农业组织（FAO）报告指出，食物体系产生了全球21%的二氧化碳排放、53%的甲烷排放和78%的氧化亚氮排放。有研究指出，可通过构建健康可持续的饮食模式减少食物体系碳排放［1］。应以食物里程衡量不同食物对环境负荷的影响，常规情况下食物里程越大，所需燃料就越多，相对排放更多的温室气体，不利于绿色可持续发展［2］。新型生物质纤维素衍生物包装材料具有可生物降解、环境友好等特点，符合中国节能、环保、低碳的经济发展规划［3］。国际公平贸易标签组织（FLO）认证的公平贸易标识制度对食品生产者能形成重要约束，进而实现食物体系全域低碳环保［4-6］。据测算，食物体系中废弃物生命周期阶段，预处理和处理阶段产生碳排放最多，占该阶段总排放的85%，而食物体系所产生的废弃物循环使用可较大程度上降低碳排放，为此相关产业应加速发展［7］。本研究在总结食物体系各环节碳减排关键技术基础上，剖析技术实施所面临的困难和问题，以期为中国“双碳”目标的实现提供建议。

1 推进食物体系碳减排的意义

源于碳排放剧增引发的全球变暖已对人类生存环境造成不可逆的损害。政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的第六次报告指出，人类活动所产生的温室气体剧增是导致全球气候变暖、极端天气频发的主要原因。不断加剧的气候变化不仅导致极端高温、强降水、干旱等各种自然灾害，而且严重破坏经济、生态和社会系统，阻碍地区发展。为此，各国必须加速减少碳排放，降低全球升温的步伐，尽早实现碳达峰、碳中和的目标愿景。2020 年9 月22 日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”。

农业既是全球主要温室气体排放源，也是不可忽视的重要碳汇系统。农业生产排放的碳是农业生产活动不可或缺的要素，也是造成气候变化、资源消耗和环境损害的“元凶”之一。2021 年1 月世界经济论坛报告《净零碳排放大挑战：供应链的契机》指出，农业领域的食品产业链碳排放处于八大产业链第一位，包括生产、消费等环节的食物体系每年产生约125 亿t 的二氧化碳，占全球碳排放总量的25%左右，其碳排放量超过了运输、电子产品、时尚等行业产业链（图1）。

图1 全球产业链碳排放比

作为全球最大的温室气体排放国，中国面临极大的碳减排压力，包括农业在内的各行各业均是实现碳达峰和碳中和目标的关键。近年来，随着农业生产经营中能源投入的不断增加，食物体系中农业的碳排放源已形成种植、养殖、能源“三足鼎立”的形势。《中国农业统计年鉴》数据显示，2018 年水稻种植、农化品投入、能源消耗、动物肠道发酵4 方面碳排放量占中国农业碳排放总量的76.9%。其中，稻田甲烷和农田氧化亚氮排放占比分别为22.9%和14.7%，农用柴油碳排放占比为7.9%。此外，食物体系终端废弃物处理也会产生碳排放，且处理技术的不同，其碳排放存在巨大差异［8］。由此可见，开展食物体系碳减排技术措施研究有重大意义。

2 食物体系碳减排关键技术实施情况

2.1 食物生产环节碳减排技术

食物生产环节产生大量的碳排放，为此，国际社会经过多年实践总结出种植业、养殖业碳减排关键技术（表1）。其中，种植业领域主要采用农田管理、减肥减药等措施来实现碳减排的目的。①农田管理。采用的技术包括保护性耕作以减少土壤扰动，促进碳封存；与林木间作，利用林木光合作用去除碳排放；秸秆还田，取代秸秆燃烧减少碳排放；膜下滴灌，增加耕作层土壤有机碳积累的同时，优化土壤微生物量碳含量及碳库管理指数；耕种收环节提高能源使用效率，降低农业能源需求，进而直接减少碳排放。②化肥减量。可行性技术主要包括氮肥运筹优化，采用科学方法施氮施肥，降低化肥用量，减少碳排放；测土配方施肥，通过改良土壤理化性能，提升土地碳汇能力；与豆类间作，提升碳中和量，改善土壤质量。③农药减量。生物农药针对靶标生物，具有毒性低、环境兼容性好且碳排放较小的优点；病虫害综合治理强化生物防治，减少农业中化学品的使用，削减碳排放；自动对靶喷雾，避免非靶标区域沉降，减少农药使用量以降低碳排放。缓释型农药等非化学防治或低污染化学防治手段逐渐取代化学农药成为研究和开发利用的新方向［9］。畜牧业领域主要通过畜牧管理相关技术实现碳减排，包括秸秆青贮、氨化提高饲料综合利用率，饲料需求量下降进而减少碳排放；实施沼气工程，通过沼气的回收提高甲烷利用率以削减碳排放，进而促成碳减排目标的实现。

表1 食物生产环节碳减排技术措施

总体来看，食物体系生产环节碳减排技术众多且相对成熟，实施可行性高。积极推广相关技术，可加快实现食物生产环节的碳减排。

2.2 食物加工环节

食物加工环节中，用水贯穿食品加工全流程，包括脱酸、脱臭、杀菌、去皮、烹饪、蒸煮、冷却等。食物加工企业往往存在用水过量和能源消耗过度的情况，在产生大量碳排放的同时加重了企业经济负担。据测算，每节约1 t 水可减少碳排放0.9 kg，每节省1 kW·h 电可降低碳排放0.96 kg。2019 年《中国能源统计年鉴》表明，能源消耗中，食品加工能源使用从2000年的3 918万t标准煤增长到2018年的7 510万t标准煤，年均增长3.7%，相当于产生碳排放2.1 亿t。食物加工环节的碳减排空间十分可观，水资源节约和能源使用技术的优化及革新成为食物加工环节碳减排技术的关键。相关技术（表2）包括4 个方面：①在源头消减方面，可采取设备自清洁技术、排水系统优化技术，直接减少水的使用量，碳减排效果明显；②在废水利用方面，通过废水分类、再加工等技术改善食品加工过度用水现状，可有效减少碳排放；③在降低能源消耗方面，主要从过程优化技术着手，精准、高效使用能源，减少不必要的能源使用，进而减少碳排放；④在加工技术革新方面，推广超临界萃取和蛋白质分离等技术提高食物加工效率，减少能源需求，降低碳排放。

表2 食品加工环节碳减排技术措施

此外，通过对食物冷冻和干燥的加工过程进行优化、加工技术进行革新均可减少水资源浪费和能源过度消耗，进而降低碳排放。如，蒸气再压缩超临界萃取干燥技术替换传统干燥技术；超临界萃取和蛋白质分离技术替换传统蒸发、浓缩技术；通过气调包装替换冷却或冷藏的贮存方式等。

2.3 食物包装环节

普遍存在的过度包装不仅导致该环节碳排放过量，还造成资源严重浪费。对此，开发新的包装材料技术、减少过度包装尤为重要。新的食物包装技术可借鉴国际相关经验。如，美国食物技术人员开发的活性支链淀粉膜技术，包装食物的同时可缓慢释放天然抗菌物质，去除食源性致病菌；开发生物基材料，如聚乳酸、纤维素和生物可降解、可再生的淀粉类薄膜等相关技术，可有效减少包装废弃物的产生和食物浪费，达到降低食物包装环节碳排放的目的。鉴于此，归纳总结了食物包装碳减排技术的具体措施，具体见表3。一是外包装技术优化，科学测算食物包装需求，避免过度包装，减少碳排放源；研究推广降低外包装复杂性和银纳米颗粒技术，通过延长食物保质期减少食物损耗，进而降低碳排放。二是内包装技术升级，积极开发可降解材料和不需要二次处理的可食用薄膜技术，跳过处理内包装过程，直接去除相关碳排放。可持续包装技术公司Notpla 研发的海藻食物包装便侧重于直接食用，即便不做任何处理，该包装也会在4～6 周完全降解。截至2021年该公司获得1 000 万英镑A 轮融资。目前，Notpla公司研发的外包装已经被用于部分外卖店家。

表3 食物包装环节碳减排技术措施

整体上看，积极研发食物包装新技术，辅以科学合理的包装设计，在有效减少碳排放的同时兼顾企业生产经营成本。

2.4 食物运输环节

自加入世界贸易组织以来，中国食物产业相关商品进口量迅速增长。《2021 年中国进口食品行业报告》指出，截至2021 年，中国食品行业进口来源地多达185 个，食品进口总额达到1 077.3 亿美元，年食品进口额增速超过20%。如此大规模进口额背后，食物运输产生的碳排放量也逐年剧增。为此，中国食物运输亟待技术革新。第一，在打造智能物流系统方面，一是利用物联网大数据技术整合物流系统供应链。将食物碳里程可视化，让食物运输实施精准、高效；二是信息资源整合，提升现有技术应用深度，使相关技术向实际成果转化；三是交管平台横向联系，配置最优路径，与运输成本结合，促使相关主体主动减排（表4）。第二，在电子物流方面，开发推广运输物流电子化、网络化技术，对食物运输路线进行统筹规划，大幅降低食物碳里程。第三，在RFID技术应用上，利用远程查询信息传递迅捷，提升运输效率，改善碳减排效率；通过图形化管理，使运输过程可视化，运输环节清晰，碳管理高效。

表4 食品运输环节碳减排技术措施

通过以上技术的实施运用，可以给食物运输环节碳减排带来新的发力点，又好又快地实现该阶段的碳减排目标。

2.5 食物消费环节

由于牛、羊肉的碳排放系数达肉蛋奶、大米、水稻等其他食物数倍［10］，因此，消费偏好会显著影响食物消费的碳排放。引导消费偏好及减少不必要消费和损耗的相关技术措施（表5）主要有：①运用新媒体技术进行低碳消费引导，减少高碳足迹食物消费，削减碳排放。②低碳食物消费倾向公益广告的投放，通过树立低碳消费观念降低高碳食物需求。③美国Farther Farms 新巴氏杀菌技术可增强食物保鲜能力，减少食物浪费，降低碳排放。该技术比典型巴氏杀菌技术更先进，且能耗更低。通过以上技术美国每年预计可减少碳排放量近千万吨。④元宇宙及VR 技术使虚拟品尝现实化，降低不必要的食物需求，碳减排的效果十分明显。此外，明治大学教授Homei Miyashita 甚至打造了一款“Taste the TV”系统，可模拟食物味道，促进人们了解自身的消费需求。该技术通过模拟味觉，让消费者在家中体验食物需求，减少食物浪费，进而减少碳排放量。

表5 食物消费环节碳减排技术措施

3 食物体系碳减排技术实施面临的困难和问题

3.1 食物体系产业自身固有问题

以中国食物体系为例，主要存在短期内难以改变的进口需求。如中国大豆产业进口方主要为美国、巴西和阿根廷，流入方稳定且需求量大，只能通过加强运输途径、转储等方面的规划、合作，尽可能压缩大豆产业碳里程，降低碳排放。虽然中国大豆产业高度集中，但物流运输相关设施设备资源尚未实现集约化。整体上看，食物体系各相关产业改良成本高、实施难度大。因此，需运用先进的信息技术手段，整合食物体系资源，制定减少碳里程的具体策略，落实到食物体系的生产、运输等环节中，切实降低食物体系碳排放量。

此外，水果、蔬菜、肉、禽、鱼、蛋、奶等食物体系产品在生产、加工、运输、销售直至消费的所有环节，均需处于符合规定期限及物理特性需求的低温环境中，保证产品质量，减少损耗。与发达国家相比，中国的食物贮藏体系不完善，过高的贮藏损失造成食物体系产生大量不必要的碳排放［11］。食物体系冷藏冷链环节是一项复杂且系统化的低温工程，投入大、资本需求高、技术科学性强，不仅受相关技术约束，还由政府部门、市场制度等多方面各项弹性激励与刚性约束。相关部门有责任和义务做好统筹规划，构建“从生产到消费”完备的现代食物贮藏技术体系。

3.2 碳减排量评判体系不健全

碳交易机制能够倒逼产业结构转型升级和企业技术创新，因此应该更大程度发挥碳市场和其他政策工具的协同减排作用，合理控制能源消费量，改善能源结构，加大清洁能源使用比例，增加技术研发投入，结合自身优势，寻找技术创新效率提升和产业升级路径，降低碳交易政策的负向影响［12］。目前中国碳减排行业几乎没有独立的第三方认证机构。作为无形资产，要确保相关技术项目产生实际的碳减排量，必须建立并规范出独立的第三方认证机构。在清洁发展机制（CDM）项目中，由联合国执行理事会（EB）指定的第三方机构对项目进行审定和核查，确保项目在活动期间切实做到的碳减排量。目前被EB 批准的经济实体（DOE）有近60 家，但中国本土DOE 单位只有4 家，具有农业领域温室气体减排项目认证资格的单位仅2 家，无法满足相关需求。

国际上CDM 项目前景的不确定性，导致一些CDM 项目转而进入国内的自愿交易市场。各省市部分层级对碳交易态度过于乐观，国家没有对相关项目进行统一审批管理，使省市级碳交易所盲目建立。部分交易所交易量小，甚至趋于零，不利于碳交易市场的发展。中国碳交易所数量众多，但交易平台不规范、行业形势不明朗，需要国家整合相对统一的碳注册交易平台，确保碳交易市场的稳步发展。

3.3 碳减排技术推广难度大

中国食物体系相关产业整体布局广，企业、工厂、商户分散经营，大量小散企业的集合造成食物产业监管、测量、认证和管理等成本剧增，从而使整个食物体系碳减排项目的开发成本极高。同时，中国食品企业普遍缺少长期规划，也鲜有企业设置专门的碳减排部门去研发推广碳减排技术。发达国家几乎所有中大型公司均成立专业部门，投入大量碳减排科研资金，并将碳减排相关技术作为发展战略的一部分，成为对外形象的重要名片。食物体系运输方面，中国运输业尚无可整合全行业的运营单位或组织，要集合数万家小微企业，需面对巨额的项目开发资金和交易成本。因此，要实现食物体系碳减排目标，必须解决如何在相关产业子单位减排量小和开发成本高的前提下实现碳减排技术普及且兼顾理想的项目收益问题。

4 食物体系碳减排技术实施的国际经验

4.1 健全食物体系碳标签技术

世界各国为实现食物体系碳减排，均建立了碳标签技术。目前已有英国、美国、加拿大、德国、法国等10 余个国家和地区立法或出台相关政策，逐步用法律、标准、政策等手段在食品生产企业中推广实行碳标签制度（表6），以此达到警示生产者和告知消费者的目的［13］，且各国反馈表明，消费者普遍愿意接受高价格的低碳食物［14］。

表6 各国碳标签制度情况对比

1）欧盟各国设立了包含动物、植物等农产品的碳标签，并颁布了调控、生产及进出口方面详细的有机产品法规。关于有机生产和碳标签的制订，欧盟在理论技术设计比美国同类计划涵盖面更完善，运用高科技机械生产技术工艺，实现生产的低碳化和可持续化［15］。

2）英、美两国的碳标签技术趋同、标准相近。这里以美国为例，其碳标签制度由3 个专业标准公司几乎同时提出并确立。加州碳标签公司制订的碳标签、碳基金公司制订的碳自由标签和原隶属斯坦福大学的气候保护公司的气候意识标签目的均在于把减碳减排意识下沉到消费者层面。目前，美国跨国公司一方面积极与公益组织和相关部门进行合作，倡导节能减排；另一方面也对其上下游供应商提出进行碳标签认证的要求［16］。

3）韩国碳标签制度从自愿原则出发，其制度包含两个大类，其一为温室气体排放量标志，其二为低碳标志，已经拥有温室气体排放量标志的相关产品，实现规定减碳量额外目标后即可拥有低碳标志，目的在于进一步提高韩国企业的碳减排能力。

4）日本是亚洲第一个实行碳标签制度的国家，2009 年开始建立其碳标签制度。日本碳标签实施方法与欧美等国不同，是从中央到地方自上而下建立，政府是提出者也是改良者。其目的在于碳排放量透明化，降低其企业温室气体排放，促使消费者改变消费方式，让低碳环保的消费方式成为主流。

4.2 培育食品行业ESG 体系

环境（Environment）、社会责任（Social responsibility）、企业管理（Corporate governance）体系（ESG 体系）是评测企业综合管理水平、风险管控能力等的一种综合评判体系，可作为衡量资本市场高质量、金融机构可持续发展的全面框架，已经成为全球市场主体的必要参考因素［17］。

食品企业是最关键的民生企业之一，要实现食品企业的持续健康发展，必须注重低碳发展这个必要前提。各国在制定疫后复苏计划时，均加强了低碳、可持续等目标和议题作为经济刺激政策的分量。欧盟成员国于2020 年11 月就下一代欧盟复兴计划达成一致，将绿色转型作为其经济复苏计划的关键。欧盟国家在重视减少食物损耗与浪费外，还为食物体系赋予低碳发展、可持续发展的理念。ESG 体系强调经济与环境、社会、治理之间的平衡发展，以此实现可持续发展，而通过发展绿色食物体系支持绿色发展也是可持续发展的路径之一。

通过发展食品行业ESG 体系，助力完善中国碳减排碳中和发展目标，促进相关企业开展绿色低碳生产有利于破除制约食物体系绿色发展的体制机制困境，全面提升食物体系产业的风险管理能力，极可能成为支撑中国低碳发展的又一柱石。

4.3 调整饮食结构

研究表明，人类膳食与环境可持续性之间存在着必然的联系。但是，当前各国在膳食健康和粮食生产的可持续方式上均尚未形成全球认可的结构标准，这给全球食物体系进行大范围、体系化改造产生了极大的困扰。为应对这一迫切需求，EAT-Lancet委员会聚集了来自16 个国家的37 名顶尖科研人员，科研人员学科领域包括人体健康、农业、科学、环境可持续性等，共同提出了膳食健康的全球科学指标［18］。这是首次尝试为饮食系统制定普遍适用全球人口的科学指标，这项膳食健康标准按照成年人每天10 460 kJ 的能量需求，开发出多种食物的推荐摄入量。该膳食标准富含较多植物性食物，不仅降低了对高碳排放肉类的需求，还有益于人类的身体健康。根据EAT-Lancet 的健康膳食标准，发达国家饮食习惯将从以肉类为主转向素食增加，甚至以素食为主的摄入结构。一方面，由植物性食物替代动物性食物可以直接降低农业生产环节温室气体排放量的60%，约7.5 亿t 的二氧化碳当量［19］。另一方面，通过转换饮食结构可减少农业生产中土地和草地使用面积，这部分土地可恢复为固碳作用更强的本土自然植被。

假设全球现在就改变饮食偏好，到21 世纪末可固碳近千亿吨，防止地球升温约1.5 ℃。全球一体化不可逆的浪潮下，所有国家和地区不仅消费着本地产品，且不可避免地消费国际其他地区产品。改变饮食偏好不仅可以降低当地的碳排放量，还能带动其他国家和地区生产偏好改变，进而对全球食物体系碳减排产生较大的积极的影响。

5 完善食物体系碳减排技术措施的对策

5.1 加强顶层设计

一是将建立低碳食物体系提升到国家高度。制定并逐步完善低碳农业和食物体系战略规划，建立精准高效的环境质量、燃料质量、温室气体排放、能源使用、区域分类和许可申请的国家或行业标准，继续鼓励“三品一标”农业发展，提倡发展食物体系减碳技术。二是发挥好政府宏观调控能力，通过税收手段进行直接的经济干预，如征收碳税、发放碳减排鼓励性津贴以及设立更完善的污染排放权交易市场等来促进食物体系的低碳经济发展。通过国家层次的政策指导和地方政府因时因地制宜出台相关计划、建立合理制度，将食物体系碳减排提升到国家高度。三是适当地以相关立法作为指导基础，实现对碳减排系列技术产权的保驾护航，从根本上扭转对食物体系碳减排技术认识少、执行力低的现状，让各技术研发主体有规章可循、有制度可保、有法律可依。

5.2 鼓励和发展新技术

鼓励有利于低碳食物体系建设目标的新技术研发和科技创新尤为关键。当前，中国食品工业现代化程度明显落后于发达国家水平。据测算，中国工业化指数超过80，但食品工业现代化综合指数仅为40 左右。作为全球规模最大的食品工业，虽然近年来中国食品产业总体质量快速提升，但是其增长速度和规模受制于现有技术水平以及对新技术的忽视，发展速度愈缓，相关企业的发展瓶颈开始凸显，未来的发展形势愈发严峻。

2021 年全国两会期间，全国人大代表张学武建议食品产业加快构建新时代产业基础能力，打造创新力更强、附加值更高、安全更可靠的现代化食品业产业链、供应链。张学武指出：“改革开放至今，我国的食品产业虽建立起相对完善的产业链，进入21 世纪后蓬勃发展，产业规模、素质水平、科技能力都取得较大进步，但仍处于并长期处于产业价值链中低端。食品体系的创新链条及高端的价值链仍被发达国家把控，我国食品产业大而不强。产业基础技术和产业理念产业体系的巨大差距必须依靠科技加快追赶。”［20］中国应大力支持食物低碳技术的研发和创新，建立若干低碳食物体系示范项目。将原料需求纳入农业规划，打造食品原料基地；深化开放机制，推进食品产业链科技创新；推进食品产业融合发展；增加科研投入，支持新型包装材料技术研究，升级食物废弃物处理等一系列食物体系碳减排技术。

5.3 重视食物体系碳减排技术推广补贴

总的来看，中国食物体系存在科技化程度低，食物体系碳减排技术措施实施成本高、实施动力不足的现实境况。自2020 年9 月明确提出2030 年实现碳达峰与2060 年实现碳中和目标至今，中国食物体系碳减排虽在积极进步中，但和发达国家食物体系碳减排关键技术、政策上仍存在较大差距，尤其体现在食品加工、储存、包装等环节相关的高新技术、先进设备及末端导向性政策方面的不足。只有重视相关技术产生和推广的补贴，才能激发食物体系革新技术产生动力，改变部分民众对食物体系碳减排不了解，部分政府领导、相关组织对食物低碳体系碳减排空间不重视的现状。作为拥有14 亿人口的食物体系大国，必须重视和发展食品体系碳减排关键技术，为实现2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和的目标愿景积极献力。