全球制浆造纸行业国别净零战略研究学术报告

一、作者与发表信息
本研究由Min Dai（复旦大学）、Mingxing Sun（中国科学院地理科学与资源研究所）、Bin Chen（复旦大学）等来自中国、巴西、菲律宾、美国、英国等13个国家机构的学者共同完成，通讯作者为复旦大学的Yutao Wang。研究成果于2024年2月8日发表于《Nature》期刊（卷626），标题为《Country-specific net-zero strategies of the pulp and paper industry》。

二、学术背景
制浆造纸行业（pulp and paper industry）贡献了全球约2%的工业温室气体排放（2022年数据），且因各国资源禀赋、技术水平和能源结构差异显著，亟需定制化减排路径。现有研究多聚焦单一国家或生产环节，缺乏覆盖全生命周期（life cycle assessment, LCA）和跨国异质性的系统分析。本研究旨在填补这一空白，通过构建1961–2019年30个主要国家的排放数据集（占全球造纸产量的90%），设计2160种情景，提出面向2050年净零目标的国别策略。

三、研究流程与方法
1. 数据收集与系统边界定义
- 研究对象：30个国家（如中国、美国、巴西、印尼等），覆盖林业、制浆、造纸、废弃物管理四大阶段（S1–S4）的18个关键过程（如化学制浆、包装纸生产、填埋甲烷排放等）。
- 数据来源：FAOSTAT（生产与贸易数据）、IEA（能源结构）、OECD（废弃物处置方式）等，补充文献参数（如化学需氧量COD生成率）。

1. 温室气体排放核算模型

   • 森林碳损失：针对10个热带国家（如印尼、巴西），量化三种不可持续采伐行为（天然林转人工林、不可持续皆伐、选择性采伐）的碳排放，采用10年分摊法计算林地转换的长期影响。
     
   • 能源相关排放：基于分国别、分过程的能源强度（SEC）和能源结构数据，结合黑液（black liquor）回收等生物质能源的碳中性特性，计算化石燃料与电力排放。
     
   • 废弃物阶段：区分填埋甲烷排放（甲烷全球增温潜势GWP=25）与碳封存（如纸张使用期库存、非能源回收的固碳效应）。
     

2. 情景分析与净零路径设计

   • 关键变量：设定木材采伐方式（如零毁林、可持续采伐）、能源结构（参考IEA的B2DS和RTS情景）、能源效率（最佳可行技术BAT渗透率）、回收率（0%–100%）、废弃物处置混合（WDMs）和甲烷捕获率（25%–100%）六类因子。
     
   • 2160种情景组合：通过蒙特卡洛模拟评估各国实现净零的可能性，例如印尼需禁止天然林采伐（BNF措施），而瑞典仅需优化能源结构。
     

四、主要结果
1. 历史排放趋势（1961–2019）
- 全球累计净排放334亿吨CO₂当量（其中43.5亿吨为总排放，10.1亿吨被碳汇抵消），峰值出现在2013年（8.23亿吨）。
- 区域转移：1961年美国贡献40%排放，2019年亚洲成为新热点（中国占16%，印尼占12%）。热带国家森林碳损失占S1阶段排放的64%。

1. 减排潜力分析

   • 单措施效果：能源结构优化（平均减排64%）和能效提升（41%）最有效，但14国需多措施组合。例如：
     
     • 发达国家（如芬兰）：依赖黑液能源回收，碳强度仅印度的12%。
       
     • 发展中国家（如印度）：需提升甲烷捕获率（从25%至100%）并降低回收率（减少对不可持续木材的依赖）。
       
   • 关键国别差异：印尼需BNF+能效提升，中国需优化废弃物分类（提升填埋固碳），美国需推广非能源回收。
     

2. 2050年净零可行性

   • 五国主导：中、印、印尼、美、巴的排放变动范围占全球80%，最优情景下可形成2.93亿吨负排放。
     
   • 实施难度分级：
     
     • 高难度组（如印尼、马来西亚）：仅2%–49%情景可达净零，需BNF+3项中等措施。
       
     • 低难度组（如挪威、意大利）：单一中等措施（如甲烷捕获率提升）即可实现。
       

五、结论与价值
1. 科学意义
- 首次提出覆盖全生命周期、多国异质性的制浆造纸排放核算框架，揭示森林管理（S1）与废弃物碳汇（S4）的关键作用。
- 证明净零路径需差异化设计：热带国家优先保护森林，其他国家侧重能源转型与废弃物管理。

1. 应用价值
   
   • 政策制定：为各国提供可操作的减排优先级（如印尼的BNF政策、中国的废弃物分类）。
     
   • 行业实践：倡导生物质能源利用（如黑液回收）、非能源回收技术（如废纸制家具）和可持续认证（如FSC）。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：整合林业碳损失核算与工业LCA，开发动态情景模拟工具（代码开源于Zenodo）。
2. 跨学科贡献：融合气候科学、工业生态学与政策研究，为《巴黎协定》1.5°C目标提供行业路线图。

七、其他发现
- 回收率争议：发达国家降低回收率可增加碳汇（因良好废弃物管理），但发展中国家需谨慎以避免加剧森林压力。
- 国际合作必要性：技术转移（如欧洲BAT）与资金支持（如REDD+）是热带国家实现BNF的关键。

（注：全文数据与代码详见Zenodo存档doi:10.1038/s41586-023-06962-0）