食物體系碳減排關鍵技術及實踐路徑探討

柏振忠，路云浩，王紅玲

（1.中南民族大學經濟學院，武漢 430074；2.湖北大學商學院，武漢 430062）

農業是全球人為溫室氣體最主要的排放源之一，并在土壤、生物能源基質和食品中吸收了大量的碳。2021 年10 月24 日，中共中央、國務院發布的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》指出，加快推進農業綠色發展，促進農業固碳增效。而農業固碳增效實質上就是要高效減少農業碳排放。其中，食物體系碳減排已成為包含改變生產模式、生活方式和價值觀念的一種全球性經濟發展方式變革行為，技術創新、制度創新是實現該重大變革的關鍵所在。可見，開展食物體系碳減排關鍵技術研究具有重大現實意義。

當前，國內外學者針對食物體系碳減排問題進行多方面探究。2019 年聯合國糧食及農業組織（FAO）報告指出，食物體系產生了全球21%的二氧化碳排放、53%的甲烷排放和78%的氧化亞氮排放。有研究指出，可通過構建健康可持續的飲食模式減少食物體系碳排放［1］。應以食物里程衡量不同食物對環境負荷的影響，常規情況下食物里程越大，所需燃料就越多，相對排放更多的溫室氣體，不利于綠色可持續發展［2］。新型生物質纖維素衍生物包裝材料具有可生物降解、環境友好等特點，符合中國節能、環保、低碳的經濟發展規劃［3］。國際公平貿易標簽組織（FLO）認證的公平貿易標識制度對食品生產者能形成重要約束，進而實現食物體系全域低碳環保［4-6］。據測算，食物體系中廢棄物生命周期階段，預處理和處理階段產生碳排放最多，占該階段總排放的85%，而食物體系所產生的廢棄物循環使用可較大程度上降低碳排放，為此相關產業應加速發展［7］。本研究在總結食物體系各環節碳減排關鍵技術基礎上，剖析技術實施所面臨的困難和問題，以期為中國“雙碳”目標的實現提供建議。

1 推進食物體系碳減排的意義

源于碳排放劇增引發的全球變暖已對人類生存環境造成不可逆的損害。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布的第六次報告指出，人類活動所產生的溫室氣體劇增是導致全球氣候變暖、極端天氣頻發的主要原因。不斷加劇的氣候變化不僅導致極端高溫、強降水、干旱等各種自然災害，而且嚴重破壞經濟、生態和社會系統，阻礙地區發展。為此，各國必須加速減少碳排放，降低全球升溫的步伐，盡早實現碳達峰、碳中和的目標愿景。2020 年9 月22 日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”。

農業既是全球主要溫室氣體排放源，也是不可忽視的重要碳匯系統。農業生產排放的碳是農業生產活動不可或缺的要素，也是造成氣候變化、資源消耗和環境損害的“元兇”之一。2021 年1 月世界經濟論壇報告《凈零碳排放大挑戰：供應鏈的契機》指出，農業領域的食品產業鏈碳排放處于八大產業鏈第一位，包括生產、消費等環節的食物體系每年產生約125 億t 的二氧化碳，占全球碳排放總量的25%左右，其碳排放量超過了運輸、電子產品、時尚等行業產業鏈（圖1）。

圖1 全球產業鏈碳排放比

作為全球最大的溫室氣體排放國，中國面臨極大的碳減排壓力，包括農業在內的各行各業均是實現碳達峰和碳中和目標的關鍵。近年來，隨著農業生產經營中能源投入的不斷增加，食物體系中農業的碳排放源已形成種植、養殖、能源“三足鼎立”的形勢。《中國農業統計年鑒》數據顯示，2018 年水稻種植、農化品投入、能源消耗、動物腸道發酵4 方面碳排放量占中國農業碳排放總量的76.9%。其中，稻田甲烷和農田氧化亞氮排放占比分別為22.9%和14.7%，農用柴油碳排放占比為7.9%。此外，食物體系終端廢棄物處理也會產生碳排放，且處理技術的不同，其碳排放存在巨大差異［8］。由此可見，開展食物體系碳減排技術措施研究有重大意義。

2 食物體系碳減排關鍵技術實施情況

2.1 食物生產環節碳減排技術

食物生產環節產生大量的碳排放，為此，國際社會經過多年實踐總結出種植業、養殖業碳減排關鍵技術（表1）。其中，種植業領域主要采用農田管理、減肥減藥等措施來實現碳減排的目的。①農田管理。采用的技術包括保護性耕作以減少土壤擾動，促進碳封存；與林木間作，利用林木光合作用去除碳排放；秸稈還田，取代秸稈燃燒減少碳排放；膜下滴灌，增加耕作層土壤有機碳積累的同時，優化土壤微生物量碳含量及碳庫管理指數；耕種收環節提高能源使用效率，降低農業能源需求，進而直接減少碳排放。②化肥減量。可行性技術主要包括氮肥運籌優化，采用科學方法施氮施肥，降低化肥用量，減少碳排放；測土配方施肥，通過改良土壤理化性能，提升土地碳匯能力；與豆類間作，提升碳中和量，改善土壤質量。③農藥減量。生物農藥針對靶標生物，具有毒性低、環境兼容性好且碳排放較小的優點；病蟲害綜合治理強化生物防治，減少農業中化學品的使用，削減碳排放；自動對靶噴霧，避免非靶標區域沉降，減少農藥使用量以降低碳排放。緩釋型農藥等非化學防治或低污染化學防治手段逐漸取代化學農藥成為研究和開發利用的新方向［9］。畜牧業領域主要通過畜牧管理相關技術實現碳減排，包括秸稈青貯、氨化提高飼料綜合利用率，飼料需求量下降進而減少碳排放；實施沼氣工程，通過沼氣的回收提高甲烷利用率以削減碳排放，進而促成碳減排目標的實現。

表1 食物生產環節碳減排技術措施

總體來看，食物體系生產環節碳減排技術眾多且相對成熟，實施可行性高。積極推廣相關技術，可加快實現食物生產環節的碳減排。

2.2 食物加工環節

食物加工環節中，用水貫穿食品加工全流程，包括脫酸、脫臭、殺菌、去皮、烹飪、蒸煮、冷卻等。食物加工企業往往存在用水過量和能源消耗過度的情況，在產生大量碳排放的同時加重了企業經濟負擔。據測算，每節約1 t 水可減少碳排放0.9 kg，每節省1 kW·h 電可降低碳排放0.96 kg。2019 年《中國能源統計年鑒》表明，能源消耗中，食品加工能源使用從2000年的3 918萬t標準煤增長到2018年的7 510萬t標準煤，年均增長3.7%，相當于產生碳排放2.1 億t。食物加工環節的碳減排空間十分可觀，水資源節約和能源使用技術的優化及革新成為食物加工環節碳減排技術的關鍵。相關技術（表2）包括4 個方面：①在源頭消減方面，可采取設備自清潔技術、排水系統優化技術，直接減少水的使用量，碳減排效果明顯；②在廢水利用方面，通過廢水分類、再加工等技術改善食品加工過度用水現狀，可有效減少碳排放；③在降低能源消耗方面，主要從過程優化技術著手，精準、高效使用能源，減少不必要的能源使用，進而減少碳排放；④在加工技術革新方面，推廣超臨界萃取和蛋白質分離等技術提高食物加工效率，減少能源需求，降低碳排放。

表2 食品加工環節碳減排技術措施

此外，通過對食物冷凍和干燥的加工過程進行優化、加工技術進行革新均可減少水資源浪費和能源過度消耗，進而降低碳排放。如，蒸氣再壓縮超臨界萃取干燥技術替換傳統干燥技術；超臨界萃取和蛋白質分離技術替換傳統蒸發、濃縮技術；通過氣調包裝替換冷卻或冷藏的貯存方式等。

2.3 食物包裝環節

普遍存在的過度包裝不僅導致該環節碳排放過量，還造成資源嚴重浪費。對此，開發新的包裝材料技術、減少過度包裝尤為重要。新的食物包裝技術可借鑒國際相關經驗。如，美國食物技術人員開發的活性支鏈淀粉膜技術，包裝食物的同時可緩慢釋放天然抗菌物質，去除食源性致病菌；開發生物基材料，如聚乳酸、纖維素和生物可降解、可再生的淀粉類薄膜等相關技術，可有效減少包裝廢棄物的產生和食物浪費，達到降低食物包裝環節碳排放的目的。鑒于此，歸納總結了食物包裝碳減排技術的具體措施，具體見表3。一是外包裝技術優化，科學測算食物包裝需求，避免過度包裝，減少碳排放源；研究推廣降低外包裝復雜性和銀納米顆粒技術，通過延長食物保質期減少食物損耗，進而降低碳排放。二是內包裝技術升級，積極開發可降解材料和不需要二次處理的可食用薄膜技術，跳過處理內包裝過程，直接去除相關碳排放?？沙掷m包裝技術公司Notpla 研發的海藻食物包裝便側重于直接食用，即便不做任何處理，該包裝也會在4～6 周完全降解。截至2021年該公司獲得1 000 萬英鎊A 輪融資。目前，Notpla公司研發的外包裝已經被用于部分外賣店家。

表3 食物包裝環節碳減排技術措施

整體上看，積極研發食物包裝新技術，輔以科學合理的包裝設計，在有效減少碳排放的同時兼顧企業生產經營成本。

2.4 食物運輸環節

自加入世界貿易組織以來，中國食物產業相關商品進口量迅速增長。《2021 年中國進口食品行業報告》指出，截至2021 年，中國食品行業進口來源地多達185 個，食品進口總額達到1 077.3 億美元，年食品進口額增速超過20%。如此大規模進口額背后，食物運輸產生的碳排放量也逐年劇增。為此，中國食物運輸亟待技術革新。第一，在打造智能物流系統方面，一是利用物聯網大數據技術整合物流系統供應鏈。將食物碳里程可視化，讓食物運輸實施精準、高效；二是信息資源整合，提升現有技術應用深度，使相關技術向實際成果轉化；三是交管平臺橫向聯系，配置最優路徑，與運輸成本結合，促使相關主體主動減排（表4）。第二，在電子物流方面，開發推廣運輸物流電子化、網絡化技術，對食物運輸路線進行統籌規劃，大幅降低食物碳里程。第三，在RFID技術應用上，利用遠程查詢信息傳遞迅捷，提升運輸效率，改善碳減排效率；通過圖形化管理，使運輸過程可視化，運輸環節清晰，碳管理高效。

表4 食品運輸環節碳減排技術措施

通過以上技術的實施運用，可以給食物運輸環節碳減排帶來新的發力點，又好又快地實現該階段的碳減排目標。

2.5 食物消費環節

由于牛、羊肉的碳排放系數達肉蛋奶、大米、水稻等其他食物數倍［10］，因此，消費偏好會顯著影響食物消費的碳排放。引導消費偏好及減少不必要消費和損耗的相關技術措施（表5）主要有：①運用新媒體技術進行低碳消費引導，減少高碳足跡食物消費，削減碳排放。②低碳食物消費傾向公益廣告的投放，通過樹立低碳消費觀念降低高碳食物需求。③美國Farther Farms 新巴氏殺菌技術可增強食物保鮮能力，減少食物浪費，降低碳排放。該技術比典型巴氏殺菌技術更先進，且能耗更低。通過以上技術美國每年預計可減少碳排放量近千萬噸。④元宇宙及VR 技術使虛擬品嘗現實化，降低不必要的食物需求，碳減排的效果十分明顯。此外，明治大學教授Homei Miyashita 甚至打造了一款“Taste the TV”系統，可模擬食物味道，促進人們了解自身的消費需求。該技術通過模擬味覺，讓消費者在家中體驗食物需求，減少食物浪費，進而減少碳排放量。

表5 食物消費環節碳減排技術措施

3 食物體系碳減排技術實施面臨的困難和問題

3.1 食物體系產業自身固有問題

以中國食物體系為例，主要存在短期內難以改變的進口需求。如中國大豆產業進口方主要為美國、巴西和阿根廷，流入方穩定且需求量大，只能通過加強運輸途徑、轉儲等方面的規劃、合作，盡可能壓縮大豆產業碳里程，降低碳排放。雖然中國大豆產業高度集中，但物流運輸相關設施設備資源尚未實現集約化。整體上看，食物體系各相關產業改良成本高、實施難度大。因此，需運用先進的信息技術手段，整合食物體系資源，制定減少碳里程的具體策略，落實到食物體系的生產、運輸等環節中，切實降低食物體系碳排放量。

此外，水果、蔬菜、肉、禽、魚、蛋、奶等食物體系產品在生產、加工、運輸、銷售直至消費的所有環節，均需處于符合規定期限及物理特性需求的低溫環境中，保證產品質量，減少損耗。與發達國家相比，中國的食物貯藏體系不完善，過高的貯藏損失造成食物體系產生大量不必要的碳排放［11］。食物體系冷藏冷鏈環節是一項復雜且系統化的低溫工程，投入大、資本需求高、技術科學性強，不僅受相關技術約束，還由政府部門、市場制度等多方面各項彈性激勵與剛性約束。相關部門有責任和義務做好統籌規劃，構建“從生產到消費”完備的現代食物貯藏技術體系。

3.2 碳減排量評判體系不健全

碳交易機制能夠倒逼產業結構轉型升級和企業技術創新，因此應該更大程度發揮碳市場和其他政策工具的協同減排作用，合理控制能源消費量，改善能源結構，加大清潔能源使用比例，增加技術研發投入，結合自身優勢，尋找技術創新效率提升和產業升級路徑，降低碳交易政策的負向影響［12］。目前中國碳減排行業幾乎沒有獨立的第三方認證機構。作為無形資產，要確保相關技術項目產生實際的碳減排量，必須建立并規范出獨立的第三方認證機構。在清潔發展機制（CDM）項目中，由聯合國執行理事會（EB）指定的第三方機構對項目進行審定和核查，確保項目在活動期間切實做到的碳減排量。目前被EB 批準的經濟實體（DOE）有近60 家，但中國本土DOE 單位只有4 家，具有農業領域溫室氣體減排項目認證資格的單位僅2 家，無法滿足相關需求。

國際上CDM 項目前景的不確定性，導致一些CDM 項目轉而進入國內的自愿交易市場。各省市部分層級對碳交易態度過于樂觀，國家沒有對相關項目進行統一審批管理，使省市級碳交易所盲目建立。部分交易所交易量小，甚至趨于零，不利于碳交易市場的發展。中國碳交易所數量眾多，但交易平臺不規范、行業形勢不明朗，需要國家整合相對統一的碳注冊交易平臺，確保碳交易市場的穩步發展。

3.3 碳減排技術推廣難度大

中國食物體系相關產業整體布局廣，企業、工廠、商戶分散經營，大量小散企業的集合造成食物產業監管、測量、認證和管理等成本劇增，從而使整個食物體系碳減排項目的開發成本極高。同時，中國食品企業普遍缺少長期規劃，也鮮有企業設置專門的碳減排部門去研發推廣碳減排技術。發達國家幾乎所有中大型公司均成立專業部門，投入大量碳減排科研資金，并將碳減排相關技術作為發展戰略的一部分，成為對外形象的重要名片。食物體系運輸方面，中國運輸業尚無可整合全行業的運營單位或組織，要集合數萬家小微企業，需面對巨額的項目開發資金和交易成本。因此，要實現食物體系碳減排目標，必須解決如何在相關產業子單位減排量小和開發成本高的前提下實現碳減排技術普及且兼顧理想的項目收益問題。

4 食物體系碳減排技術實施的國際經驗

4.1 健全食物體系碳標簽技術

世界各國為實現食物體系碳減排，均建立了碳標簽技術。目前已有英國、美國、加拿大、德國、法國等10 余個國家和地區立法或出臺相關政策，逐步用法律、標準、政策等手段在食品生產企業中推廣實行碳標簽制度（表6），以此達到警示生產者和告知消費者的目的［13］，且各國反饋表明，消費者普遍愿意接受高價格的低碳食物［14］。

表6 各國碳標簽制度情況對比

1）歐盟各國設立了包含動物、植物等農產品的碳標簽，并頒布了調控、生產及進出口方面詳細的有機產品法規。關于有機生產和碳標簽的制訂，歐盟在理論技術設計比美國同類計劃涵蓋面更完善，運用高科技機械生產技術工藝，實現生產的低碳化和可持續化［15］。

2）英、美兩國的碳標簽技術趨同、標準相近。這里以美國為例，其碳標簽制度由3 個專業標準公司幾乎同時提出并確立。加州碳標簽公司制訂的碳標簽、碳基金公司制訂的碳自由標簽和原隸屬斯坦福大學的氣候保護公司的氣候意識標簽目的均在于把減碳減排意識下沉到消費者層面。目前，美國跨國公司一方面積極與公益組織和相關部門進行合作，倡導節能減排；另一方面也對其上下游供應商提出進行碳標簽認證的要求［16］。

3）韓國碳標簽制度從自愿原則出發，其制度包含兩個大類，其一為溫室氣體排放量標志，其二為低碳標志，已經擁有溫室氣體排放量標志的相關產品，實現規定減碳量額外目標后即可擁有低碳標志，目的在于進一步提高韓國企業的碳減排能力。

4）日本是亞洲第一個實行碳標簽制度的國家，2009 年開始建立其碳標簽制度。日本碳標簽實施方法與歐美等國不同，是從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，降低其企業溫室氣體排放，促使消費者改變消費方式，讓低碳環保的消費方式成為主流。

4.2 培育食品行業ESG 體系

環境（Environment）、社會責任（Social responsibility）、企業管理（Corporate governance）體系（ESG 體系）是評測企業綜合管理水平、風險管控能力等的一種綜合評判體系，可作為衡量資本市場高質量、金融機構可持續發展的全面框架，已經成為全球市場主體的必要參考因素［17］。

食品企業是最關鍵的民生企業之一，要實現食品企業的持續健康發展，必須注重低碳發展這個必要前提。各國在制定疫后復蘇計劃時，均加強了低碳、可持續等目標和議題作為經濟刺激政策的分量。歐盟成員國于2020 年11 月就下一代歐盟復興計劃達成一致，將綠色轉型作為其經濟復蘇計劃的關鍵。歐盟國家在重視減少食物損耗與浪費外，還為食物體系賦予低碳發展、可持續發展的理念。ESG 體系強調經濟與環境、社會、治理之間的平衡發展，以此實現可持續發展，而通過發展綠色食物體系支持綠色發展也是可持續發展的路徑之一。

通過發展食品行業ESG 體系，助力完善中國碳減排碳中和發展目標，促進相關企業開展綠色低碳生產有利于破除制約食物體系綠色發展的體制機制困境，全面提升食物體系產業的風險管理能力，極可能成為支撐中國低碳發展的又一柱石。

4.3 調整飲食結構

研究表明，人類膳食與環境可持續性之間存在著必然的聯系。但是，當前各國在膳食健康和糧食生產的可持續方式上均尚未形成全球認可的結構標準，這給全球食物體系進行大范圍、體系化改造產生了極大的困擾。為應對這一迫切需求，EAT-Lancet委員會聚集了來自16 個國家的37 名頂尖科研人員，科研人員學科領域包括人體健康、農業、科學、環境可持續性等，共同提出了膳食健康的全球科學指標［18］。這是首次嘗試為飲食系統制定普遍適用全球人口的科學指標，這項膳食健康標準按照成年人每天10 460 kJ 的能量需求，開發出多種食物的推薦攝入量。該膳食標準富含較多植物性食物，不僅降低了對高碳排放肉類的需求，還有益于人類的身體健康。根據EAT-Lancet 的健康膳食標準，發達國家飲食習慣將從以肉類為主轉向素食增加，甚至以素食為主的攝入結構。一方面，由植物性食物替代動物性食物可以直接降低農業生產環節溫室氣體排放量的60%，約7.5 億t 的二氧化碳當量［19］。另一方面，通過轉換飲食結構可減少農業生產中土地和草地使用面積，這部分土地可恢復為固碳作用更強的本土自然植被。

假設全球現在就改變飲食偏好，到21 世紀末可固碳近千億噸，防止地球升溫約1.5 ℃。全球一體化不可逆的浪潮下，所有國家和地區不僅消費著本地產品，且不可避免地消費國際其他地區產品。改變飲食偏好不僅可以降低當地的碳排放量，還能帶動其他國家和地區生產偏好改變，進而對全球食物體系碳減排產生較大的積極的影響。

5 完善食物體系碳減排技術措施的對策

5.1 加強頂層設計

一是將建立低碳食物體系提升到國家高度。制定并逐步完善低碳農業和食物體系戰略規劃，建立精準高效的環境質量、燃料質量、溫室氣體排放、能源使用、區域分類和許可申請的國家或行業標準，繼續鼓勵“三品一標”農業發展，提倡發展食物體系減碳技術。二是發揮好政府宏觀調控能力，通過稅收手段進行直接的經濟干預，如征收碳稅、發放碳減排鼓勵性津貼以及設立更完善的污染排放權交易市場等來促進食物體系的低碳經濟發展。通過國家層次的政策指導和地方政府因時因地制宜出臺相關計劃、建立合理制度，將食物體系碳減排提升到國家高度。三是適當地以相關立法作為指導基礎，實現對碳減排系列技術產權的保駕護航，從根本上扭轉對食物體系碳減排技術認識少、執行力低的現狀，讓各技術研發主體有規章可循、有制度可保、有法律可依。

5.2 鼓勵和發展新技術

鼓勵有利于低碳食物體系建設目標的新技術研發和科技創新尤為關鍵。當前，中國食品工業現代化程度明顯落后于發達國家水平。據測算，中國工業化指數超過80，但食品工業現代化綜合指數僅為40 左右。作為全球規模最大的食品工業，雖然近年來中國食品產業總體質量快速提升，但是其增長速度和規模受制于現有技術水平以及對新技術的忽視，發展速度愈緩，相關企業的發展瓶頸開始凸顯，未來的發展形勢愈發嚴峻。

2021 年全國兩會期間，全國人大代表張學武建議食品產業加快構建新時代產業基礎能力，打造創新力更強、附加值更高、安全更可靠的現代化食品業產業鏈、供應鏈。張學武指出：“改革開放至今，我國的食品產業雖建立起相對完善的產業鏈，進入21 世紀后蓬勃發展，產業規模、素質水平、科技能力都取得較大進步，但仍處于并長期處于產業價值鏈中低端。食品體系的創新鏈條及高端的價值鏈仍被發達國家把控，我國食品產業大而不強。產業基礎技術和產業理念產業體系的巨大差距必須依靠科技加快追趕?！保?0］中國應大力支持食物低碳技術的研發和創新，建立若干低碳食物體系示范項目。將原料需求納入農業規劃，打造食品原料基地；深化開放機制，推進食品產業鏈科技創新；推進食品產業融合發展；增加科研投入，支持新型包裝材料技術研究，升級食物廢棄物處理等一系列食物體系碳減排技術。

5.3 重視食物體系碳減排技術推廣補貼

總的來看，中國食物體系存在科技化程度低，食物體系碳減排技術措施實施成本高、實施動力不足的現實境況。自2020 年9 月明確提出2030 年實現碳達峰與2060 年實現碳中和目標至今，中國食物體系碳減排雖在積極進步中，但和發達國家食物體系碳減排關鍵技術、政策上仍存在較大差距，尤其體現在食品加工、儲存、包裝等環節相關的高新技術、先進設備及末端導向性政策方面的不足。只有重視相關技術產生和推廣的補貼，才能激發食物體系革新技術產生動力，改變部分民眾對食物體系碳減排不了解，部分政府領導、相關組織對食物低碳體系碳減排空間不重視的現狀。作為擁有14 億人口的食物體系大國，必須重視和發展食品體系碳減排關鍵技術，為實現2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和的目標愿景積極獻力。