我国航空运输排放环境外部成本评估与市场化治理研究

□ 陈 林/文

早在30 多年前，欧洲发达国家就已经开始研究航空运输排放负外部性相关问题，提出了一些航空运输排放环境外部成本的评估方法和技术，并基于市场手段，将其应用于航空运输排放环境外部成本治理中，取得了显著成效。随着欧盟2012 年将航空运输业纳入欧盟排放交易体系（EU-ETS），以及2016 年国际民航组织国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA）的推出，对因航空运输排放污染所导致的负外部性的评估和治理显得更为紧迫和重要。但是，由于我国相关研究实践起步较晚，长期以来，并没有采取有效的治理措施解决航空运输排放负外部性问题，以至于航空运输使用者没有承担起应该承担的全部费用，存在一定社会不平等。因此，我国启动对航空运输排放负外部性的评估和市场化治理迫在眉睫。

一、飞机排放量测算方法

民航飞机在运行过程中会产生温室气体CO2和有毒气体HC、SO2、NOX、CO 等。夏卿等（2008）利用ICAO 的发动机排放数据库，以及我国航空公司机队资料和民航飞行数据，测算了我国民航机场的污染物HC、SO2、NOx、CO 排放清单1。何吉成（2012）根据中国民航统计部门逐年统计数据，采用基于燃料消耗量的排放因子法，估算了1980 ～2009 年中国民航飞机的大气污染物排放量，并分析了大气污染物排放强度及其变化2。魏志强等（2021）利用波音公司的飞机性能计算软件,计算了不同巡航方式、巡航高度、巡航重量、外界温度偏差等条件下的巡航性能参数，基于ICAO 排放量数据建立污染物排放量计算模型，用Visual Studio 开发了巡航阶段污染物排放量计算软件,实现对不同巡航条件下各种污染物排放量的计算3。曹馨元等（2022）基于国际民航组织标准排放模型，细化了飞机LTO 循环的运行阶段及不同阶段下推力设置变化的影响，同时利用机场跑道、年起降架次等信息修正了飞机的滑行时间，建立了2016 年中国机场群飞机LTO 循环的大气污染排放清单4。综上，近年来关于飞机排放测算的研究主要集中于飞机运行过程的某一阶段比如LTO 或循环阶段，排放物仅集中于CO2、HC、SO2、NOX、CO 中的一种或几种，因此，将飞机运行全过程中的全部排放物作为研究对象进行量化测算的研究非常有必要。

（一）飞机LTO 阶段HC、SO2、NOX 和CO 排放量测算方法

飞机的LTO 阶段由滑行、起飞、爬升和进近四个过程构成。LTO 阶段的各种污染物的排放量，可以由下面的公式计算得到：

其中，Fij表示第j种污染物在第i种飞行过程的排放量，其单位通常为克；n表示飞机发动机的台数；ti表示第i种飞行过程的飞行时间，其单位通常为秒；fi表示航空煤油在第i种飞行过程的消耗率，其单位通常为公斤/秒；eij表示第j种污染物在第i种飞行过程的排放指数，其单位通常为克/公斤。

ICAO 规定了标准的飞机LTO 阶段滑行、起飞、爬升和进近各个过程的推力设置和工作时间。另外，还推出了发动机排放数据库，该数据库包含各种发动机在每种工作状态下的燃油消耗率和排放指数。由于该发动机排放数据库中的污染物只包括HC、NOx、CO 三种气体，而飞机发动机排放的污染物通常还包括SO2气体，为了测算飞机发动机SO2的排放量，通常假定航空煤油中的硫在燃烧过程中全部与氧结合产生SO2，因此，SO2排放指数的值与飞机发动机性能无关，只取决于航空煤油成分，通常取SO2的排放指数值为l 克/公斤。

（二）飞机巡航阶段HC、SO2、NOX 和CO 排放量测算方法

ICAO 发动机排放数据库没有发动机在巡航阶段的燃油消耗率和各种污染物的排放指数的值。因此，为了测算发动机在巡航阶段各种污染物的排放量，就需要确定发动机在巡航阶段的燃油消耗率和各种污染物的排放指数的值。飞机发动机产生的排放物的总量和组成比例取决于航空煤油的燃烧量和燃烧效率，而航空煤油的燃烧量和燃烧效率又主要取决于发动机的推力等级设置。目前，我国航空公司运营的主流机型，其巡航阶段发动机推力等级一般为85%，这与飞机在爬升阶段的发动机推力等级相同，因此通常选取爬升工作状态下的燃油消耗率和污染物排放指数的值作为巡航阶段的燃油消耗率和污染物排放指数的值。

（三）飞机CO2 排放量测算方法

政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其《2006 年IPCC 国家温室气体清单指南》（以下简称“《指南》”）中，根据各个国家统计资料的完整性和测算成本的要求等提出了三种测算CO2排放数量的方法，其中方法1依据航空煤油的消耗量和平均排放因子来测算CO2的排放数量，这种方法对各个国家相关统计资料的要求最低，同时实施简单、成本最低，欧盟EU-ETS 也推荐使用了类似方法1 的公式5。

根据IPCC 方法1，飞机CO2排放数量的测算公式如下5：

其中，Pi表示飞机CO2的排放量（单位：t）；Mi表示飞机航空煤油的消耗量（单位：t）；N表示航空煤油的净发热值（单位：TJ/Gg）；F表示航空煤油的净发热值排放因子（单位：kg/TJ），N和F的值来自《指南》中给出的缺省值，分别为44.1TJ/Gg 和71500kg/TJ。

二、航空运输排放环境外部成本的评估模型

本文根据航空运输在运行过程中排放的CO2、HC、SO2、NOX、CO 五种气体的数量和其单位环境外部成本的数值构建模型来测算环境外部成本。其中，气体排放量主要根据航空煤油的消耗量和各种气体的排放因子来测算；各种气体的单位环境外部成本的数值主要借鉴国外的相关研究成果通过计算得出。

CO2的排放因子的值来自IPCC 在其《指南》中给出的缺省值进行简单处理得到，为3153.15g/kg。除了CO2之外的HC、SO2、NOX、CO 四种气体，虽然ICAO 通过发动机排放数据库给出了各种发动机在滑行、起飞、爬升和进近四种工作状态下的燃油消耗率和排放指数，为了简化研究，利用公式（1）和公式（2），结合典型机型、典型航线、主要航空公司的相关数据，可以得到我国航空运输CO2、HC、SO2、NOX、CO 五种气体的排放比例。因此，根据排放比例和CO2的排放因子的值可以测算出HC、SO2、NOX和CO 四种气体的排放因子6，7。

航空运输排放环境外部成本的计算公式如下：

其中，C表示航空运输排放产生的环境外部成本（单位：CNY）；M表示航空煤油的消耗量（单位：t）；Yi表示第i种排放气体的排放因子（单位：g/kg）；Vi表示第i种排放气体的单位环境外部成本（单位：CNY/kg）。

2016 ～2021 年各种排放气体的单位环境外部成本借鉴国外学者依据损害成本法和减污成本法确定的数值8，在不考虑LTO 阶段和巡航阶段各种污染物损害方式和程度的不同情况下，通过货币兑换率和通货膨胀率确定，并综合考虑不同国家间经济发展水平、人们的收入水平、文化背景、价值观和人们的承受能力等因素的差异来确定，具体数值如表1 所示：

航空运输吨公里环境外部成本是一个关键指标。随着我国经济和民航的快速发展，排放产生的环境外部成本的总量肯定是增长的，但是，如果吨公里单位环境外部成本在下降，那么说明航空运输排放污染的强度在下降，也说明我国航空运输处于环境不断改善型的可持续发展模式。为测算我国航空运输单位吨公里排放产生的环境外部成本，采用如下公式：

其中，D表示吨公里排放产生的环境外部成本（单位：CNY/TKM）；C表示航空运输排放产生的环境外部成本（单位：CNY）；Q表示航空运输的年周转量（单位：TKM）；M表示航空煤油的消耗量（单位：t）；Yi表示第i种排放气体的排放因子（单位：g/kg）；Vi表示第i种排放气体的单位环境外部成本（单位：CNY/kg）；T表示航空运输的年吨公里油耗（单位：kg/TKM）。

此外，排放环境外部成本对周转量的弹性值能够反映排放环境外部成本对周转量的敏感程度。如果弹性值大于1，说明航空运输排放环境外部成本的增长速度快于航空运输周转量的增长速度；如果弹性值等于1，说明航空运输排放环境外部成本的增长速度等于航空运输周转量的增长速度；如果弹性值小于1，说明航空运输排放环境外部成本的增长速度慢于航空运输周转量的增长速度。因此，理想的状况是弹性值小于1，且呈逐年下降趋势。航空运输排放环境外部成本对航空运输周转量的弹性计算公式如下：

其中，C表示航空运输排放产生的环境外部成本（单位：CNY）；ΔC表示航空运输排放产生的环境外部成本的变化量（单位：CNY）；Q表示航空运输的周转量（单位：TKM）；ΔQ表示航空运输周转量的变化量（单位：TKM）。

三、2016 ～2021 年我国航空运输排放环境外部成本评估

（一）测算结果

利用2016 ～2021 年《从统计看民航》9中的航空煤油消耗量、运输周转量的相关数据、各种排放气体的排放因子数值和表1 中的数据，利用公式（3）（4）和（5）评估了2016 ～2021 年我国航空运输排放环境外部成本的值，同时测算了2016 ～2021 年我国航空运输吨公里排放环境外部成本的值和我国航空运输排放环境外部成本对航空运输周转量的弹性值，具体数值见表2：

表2：2016 ～2021 年我国航空运输排放环境外部成本

（二）结果分析

从表2 可以看出，2016 年至2021 年，我国航空运输排放产生的环境外部成本先呈快速上涨趋势，但2020 年和2021 年由于新冠肺炎疫情的巨大冲击导致了我国航空运输生产大幅下降，从而其排放产生的环境外部成本也显著下降，这和我国航空运输近年来的发展速度和航空煤油的消耗量是密切相关的。根据表2的数据可以发现2016 ～2021 年吨公里排放环境外部成本的数值呈上升趋势，由2016 年的0.79 元/吨公里上升到2021 年的0.92 元/吨公里，上升了16.46%，年均上升3.29%，说明从2016 年到2021 年我国航空运输排放对环境的影响强度整体上逐渐增加，值得一提的是2020 年和2021 年的吨公里排放环境外部成本大幅上升与新冠肺炎疫情导致航空公司客座率大幅下降密切相关。根据表2 的弹性数值，可以看出弹性的数值由2017 年的1.14 上升到2019 年的1.33，然后下降到2021 年的0.82，说明我国航空运输排放产生环境外部成本对航空运输周转量的敏感程度先增加后减弱，2017 年至2019 年弹性值都在1 以上，说明环境外部成本的增长速度高于周转量的增长速度。根据我国航空运输排放环境外部成本的数值、吨公里排放环境外部成本的数值和排放环境外部成本对周转量弹性的数值的变化趋势，笔者认为，民航管理部门和航空运输企业应该重视节能减排，在运输量快速增长的同时注重节约燃油的使用。

四、国际航空运输排放市场化治理政策

（一）欧盟排放交易体系（EU-ETS）

欧盟及其成员国于2002 年5 月31 日正式批准了《京都议定书》。根据《京都议定书》的要求，从2008 年到2012 年，欧盟二氧化碳等6 种温室气体年平均排放量要比1990 年的排放量低8%。为了帮助其成员国履行减排承诺,获取运用总量交易机制减排温室气体的经验，欧洲议会和理事会于2003 年10 月13 日通过的欧盟2003 年第87 号指令（Directive 2003/87/EC），制定了排放交易体系（EU-ETS），并于2005年初试运行，2008 年初开始正式运行。欧洲碳排放交易体系是世界上最大的碳排放交易市场。2008 年11月19 日欧洲议会和理事会通过欧盟2008 年第101 号指令（Directive 2008/101/EC）,该指令对2003 年第87 号指令进行了修订,将航空运输业纳入了欧盟碳排放交易机制。该指令于2009 年1 月13 日正式生效，并于2012 年1 月1 日起开始实施。根据该法案，全球2000 多家航空公司在欧盟境内机场起降的国际航班都要纳入EU-ETS。

2014 年4 月16 日，欧盟通过“航空碳税停摆条例”（Regulation 2014/ 421/ EU），确定自2013年1 月1 日起至2016 年12 月31 日，不再要求进出欧洲经济区机场的非欧洲经济区国际航班参与其排放交易体系。该条例于当年4 月30 日生效并开始适用。之所以选择2016 年12 月31 日，是因为该日期是ICAO2013 年第38 届成员国大会决议确定出台全球统一航空减排方案的截止日期。此外，欧洲法院于2011年12 月21 日发布“欧盟航空碳税案”（Case C-366/10）初步裁决，判定2008 年“航空碳排放交易指令”既不违反习惯国际法，也不违反欧美间《开放天空协定》，确认了该指令的有效性，从而支持欧盟自2012年1 月1 日起将非欧盟国际航班纳入其排放交易体系。

欧盟推出的排放交易体系是一种市场化治理机制。排放权交易制度是指政府根据一定的排放量，向各个排放单位分配排放权，从而有效地满足一个地区特定的总量排放水平或满足一个确定的环境标准，然后准许各个持有排放权的单位进行交易。建立排放权交易制度的目的是获取更大的灵活性，以便提高管制者治理环境成本的效率，加快环境达标速度。排放权交易制度就是以市场机制为基础，通过政府调节，实现这些目标的有效制度。

（二）国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA）

2016 年10 月，在加拿大蒙特利尔召开的ICAO 第39 届全体大会通过了《国际民航组织关于环境保护的持续政策和做法的综合声明——气候变化》和《国际民航组织关于环境保护的持续政策和做法的综合声明——全球市场措施机制》两份重要决议，确定了全球第一个行业市场减排机制——国际航空碳抵消和减排计划（CORSIA），在CORSIA 计划下，全球航空运输业需要在2050 年逐步达到以下目标：航空业在2035 年实现碳达峰，2050 年实现碳中和目标。决议计划从2021 年至2035 年分三阶段实施，包括试点期（2021 ～2023 年）、第一阶段（2024 ～2026 年）及第二阶段（2027 ～2035 年）。其中试点期和第一阶段各国自愿参与，发达国家率先参与；第二阶段为强制参与，最不发达国家、部分岛国和内陆欠发达地区可自愿参与。根据2019 年的平均排放水平，建立一个全球排放基准。2027 年至2035 年，所有成员国将按照2018 年收入吨公里（RTKs）的份额来承担CORSIA 责任。ICAO 将试点阶段的基准线调整为2019 年碳排放量的100%，而自2024 年起，基准线调整为2019 年二氧化碳排放量的85%。此外，抵消量不是根据航空公司的排放量来衡量的，而是根据整个行业排放量超过2019 年水平的增长按比例计算的，其主要由行业和个体两部分组成10。

ICAO 推出的CORSIA 本质上是将经济学理论中标准制度和收费制度相结合形成的一种市场化的治理机制。标准制度目标明确，如果实施成功能够很快获得预期的效果。但是，由于政府当局为了有效地控制各种类型飞机的排放，必须掌握其排放的详细信息，标准制度在实际中往往实施成本很高。收费制度则可以对飞机制造企业和航空运输企业的行为产生动态有效的激励，促使飞机制造企业开发新技术、新的环境友好产品，同时也会促使航空运输企业合理利用飞机。此外，收费标准还可以较为容易地根据实际情况做出调整，但是实施收费制度的最基本条件就是收费标准的确定，而要确定合理的收费标准，关键是要科学准确的评估航空运输排放导致的环境外部成本。本文中排放环境外部成本测算的模型和方法可用于排放收费标准的确定。

（三）欧洲机场氮氧化物排放收费政策

2012 年1 月1 日开始，欧盟将航空运输业排放的CO2纳入欧盟排放交易体系。同时，一些欧洲机场对航空器排放的氮氧化物进行收费。以德国法兰克福机场为例，对航空器每个滑行、起飞、爬升和进近周期（LTO）的氮氧化物根据其排放量进行收费，2020 年的收费标准为每公斤3.08 欧元。

德国法兰克福机场确定排放量的基础是ICAO 的发动机排放数据库和瑞典国防研究机构的涡轮螺旋桨发动机数据库，如果这些数据库不包含某种发动机，则使用相关飞机类型的标准发动机的排放值，如果飞机的发动机数据存在矛盾，则该机型的最高已知排放值将作为收费基础。如果发动机未出现在任何可用排放数据库中，并且也无法使用标准发动机的数据，则根据德国航空航天中心（DLR）于2005 年2 月28 日进行的研究对该发动机进行评估。

氮氧化物排放量的计算方法是：排放量＝发动机数量×∑（飞行时间×燃料消耗率×排放因子），同时需要参考HC 的排放情况。

另外，最大起飞重量小于或等于5.7 吨的飞机的排放量将按照每个LTO 循环1kg NOx/HC 的总排放量进行评估11。

法兰克福机场氮氧化物排放收费是收费制度在治理航空运输排放环境外部成本领域的实践。虽然收费制度的优点突出，但是实施收费制度的最基本条件就是收费标准的确定，根据庇古理论，最优的收费标准是收费额等于航空公司排放产生的边际环境外部成本，因此如何科学测算航空公司排放产生的环境外部成本是收费制度成功实施的前提和难点。

综上，我国在积极参与“国际航空与气候变化”谈判和磋商的基础上，不仅要加强航空碳排放交易机制、国际航空碳抵消和减排计划等问题的研究，争取发展空间，同时需重视对氮氧化物排放收费等的国外实践的研究，为我国国内推动相关市场机制的建设做好准备，从而实现持续推动我国航空运输业绿色、低碳、高效的发展。

五、我国航空运输排放市场化治理政策建议

面对国际上航空减排的强大压力和国内碳达峰、碳中和（双碳）的战略目标,中国民航需要在政策上创新思路并敢于实践，以更多有力的行动和效果，实现我国民航绿色可持续发展，为全球民航可持续发展作出更大贡献。

（一）加强行业节能减排能力建设

我国航空运输业节能减排应以确保航空安全和助力民航高质量发展为前提，以提高能源利用效率为核心，以航空节油、空中交通管理为重点，以建立完善的体制机制为根本保障，以制定政策和规章为重要基础，以管理和技术创新为重要支撑，重视市场化治理政策的研究、制定和实施。

（二）提升参与全球民航环境治理能力

我国应坚持民航业的碳排放治理问题必须纳入全球框架中统一制定，坚持自主减排行动，承担与我国国情、民航发展阶段和能力相适应的减排责任。全面参与国际民航可持续发展治理进程，坚持正确义利观，遵循公平、共同但有区别的责任及各自能力原则，强化国际法运用，倡导建立广泛参与、自主贡献、各尽所能、互学互鉴的国际民航减排新秩序，提出更多中国方案，促进义务和权利平衡，支持国际民航组织在促进合作开展国际航空减排中发挥更有力的协调作用，展现负责任的大国形象。

（三）启动飞机氮氧化物排放收费制度的相关研究

借鉴法兰克福等机场氮氧化物收费实践，利用经济学、环境科学等学科的理论和方法，由政府主导，高等院校、科研机构、行业协会、企业共同参与，尽快启动飞机氮氧化物排放收费制度建设的相关研究，为飞机除CO2以外的排放的市场化治理奠定基础。其中，实施氮氧化物等排放收费制度的关键是科学准确评估氮氧化物等排放的排放量和制定科学的收费标准，法兰克福机场的收费实践以及本文第一部分、第二部分和第三部分的研究方法和成果可供参考。

（四）适时将国内航空运输纳入全国碳排放权交易市场

2011 年，按照“十二五”规划纲要关于“逐步建立碳排放交易市场”的要求，我国在北京、天津、上海、重庆、湖北、广东及深圳等7 个省市启动了碳排放权交易试点工作。2013 年起，7 个地方试点碳市场陆续开始上线交易，有效促进了试点省市企业温室气体减排，也为全国碳市场建设摸索了制度，锻炼了人才，积累了经验，奠定了基础。2016 年12 月，福建省启动碳交易市场，作为国内第8 个碳交易试点。2017 年1月6 日《广东省民航行业2016 年度碳排放配额分配方案》印发，标志着广东省的民用航空纳入碳排放权交易试点管理。2021 年7 月16 日，全国碳排放权交易市场启动上线交易。我国碳市场将成为全球覆盖温室气体排放量规模最大的市场。

2012 年欧盟推出的EU-ETS 和2016 年ICAO 推出的CORSIA，必将影响我国国内航空运输纳入国内碳排放权交易市场的进程。按照移动源排放特点，适时启动将国内航空运输纳入全国碳排放权交易市场，通过市场的方式来控制国内航空碳排放将是未来的必选项。将国内航空运输纳入全国碳排放权交易市场不仅有助于实现我国碳达峰碳中和的环境目标，还有助于实现经济效率最优。当然，我国将航空运输纳入全国碳排放权交易市场，还将面临许多问题，如市场条件的限制、政府对航空公司排放的监督和管理等，因此，还需要各方面深入研究，然后逐步实施。

六、总结

德国、法国等欧洲国家对航空运输环境外部成本的研究，尤其是对排放环境外部成本的评估和市场化治理的研究非常重视，并且取得了非常丰硕的研究成果，同时积极将成果应用于实践，效果显著。而我国关于航空运输环境外部成本的研究起步较晚。本文通过测算2016 ～2021 年我国航空运输排放环境外部成本、吨公里排放环境外部成本和航空运输排放产生的环境外部成本对航空运输周转量弹性的数值，并分析了我国航空运输排放环境外部成本、吨公里排放环境外部成本和航空运输排放产生的环境外部成本对航空运输周转量弹性的动态演变特征。本文的研究方法和研究结论对我国民航主管部门出台相关政策治理民航排放环境问题、推动我国民航可持续发展具有参考价值。本文提出的启动飞机氮氧化物排放收费制度的相关研究和适时将国内航空运输纳入全国碳排放权交易市场对我国应用市场机制治理航空运输排放负外部性具有现实意义。