Углеродный след: методы оценки, сравнение методик и перспективы расчетов в России

Введение

Концепция устойчивого развития возникла в 70-80-е гг. ХХ в. на фоне признания мировым сообществом проблем социального и научного развития, ограниченности природных ресурсов и экологической ситуации. В 1987 г. на 42-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН был принят основной принцип устойчивого развития [1]. Устойчивое развитие было определено как развитие, которое удовлетворяет потребности нынешнего поколения, не ставя под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности [2]. В 1992 г. ООН созвала вторую международную конференцию по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро, на которой был принят ряд основополагающих документов, излагающих идеологию устойчивого развития [3]. В настоящее время под «устойчивым развитием» понимают экономический рост, который не наносит вреда окружающей среде, способствует решению социальных проблем, нахождению баланса между экономическим, экологическим и социальным развитием. Важно отметить, что вся теория устойчивого развития была разработана в логике индустриального мира. Так, например, современные подходы исследования непрерывного развития стран и регионов предусматривают разделение на три различные системы: экология, общество и менеджмент (ESG). В реальной жизни эти системы взаимозависимы и взаимосвязаны таким образом, что отдельные сигналы от разных частей оказываются малоинформативными и несовместимыми в рамках требований системного подхода и, следовательно, не могут дать представления и понимания последствий и перспектив экономических отношений и более широкой социально-экономической системы. Если мы посмотрим на состояние современного мира, то самое очевидное заключается в том, что основополагающие проблемы нашего времени не могут пониматься изолированно, они носят системный характер, и применение мер на уровне симптомов является неудовлетворительным [4]. Учитывая взаимозависимость социально-экономических систем и природной среды, следует помнить, что система координат и единицы измерения, используемые при анализе устойчивости экономических систем, сами по себе должны быть независимы от различных внешних изменений и и тем более от влияния времени [5]. Устойчивое развитие – это непрерывный процесс создания свободной полезной мощности энергии социально-экономической системы с целью повышения ее способности удовлетворять существующие постоянные потребности, повышения эффективности использования полной мощности энергии системы, снижения потерь и не увеличения мощности потребления в условиях негативных внешних и внутренних воздействий [6], что может быть формализовано в виде формулы: N(t) = P(t) + G(t), где N(t) – полная мощность энергии потребления социально-экономической системы, G(t) - потери мощности энергии системы, P(t) - полезная мощность энергии, создаваемая в результате функционирования социально-экономической системы, которая направляется и используется для увеличения возможностей системы удовлетворять текущие и будущие постоянные потребности [7]. Потери мощности энергии G(t) приводят к загрязнению окружающей среды и экологическим проблемам, поэтому важно осуществлять мониторинг и прогнозировать последствия на экологическом, социальном и экономическом уровнях.

Одним из важных показателей загрязнения окружающей среды является углеродный след, который принято измерять в тоннах эквивалента углекислого газа (CO₂), но при подсчетах учитывается не только CO₂, но и метан, закись азота и другие менее распространенные парниковые газы. Термин «углеродный след» стал общеупотребительным выражением, в интернете существует много вариантов калькуляторов по его расчету, но вместе с тем точность, области и ограничения его применения отсутствуют, расчеты зачастую носят теоретический характер и не проверяются практикой. Отмечается, что большой проблемой в настоящее время является отсутствие стандарта, по которому однозначно может быть оценен углеродный след, в результате этого калькуляторы достаточно сильно различаются по своей структуре и получаемым результатам при аналогичных исходных данных [8].

Основополагающий тренд последних 20 лет — это развитие информационных технологий и соответствующая трансформация всех видов жизнедеятельности общества. Цифровая трансформация становится фактором глобальной конкуренции, и лидерами в ХХI в. становятся те государства, которые могут позволить себе воспользоваться в полной мере новыми возможностями [9]. Цифровая трансформация в России является национальной целью, и задача существенного повышения качества и эффективности управления стоит очень остро [10]. Происходящие изменения заставляют разрабатывать новые методы анализа экономических отношений с использованием возможностей новых технологий, в том числе и для мониторинга и прогнозирования углеродного следа.

В условиях, когда международное сообщество ставит амбициозные цели по снижению выбросов парниковых газов, эффективное управление углеродным следом становится критически важным для достижения устойчивого развития. Исследование углеродного следа позволяет идентифицировать основные источники выбросов, оценивать их вклад в общий углеродный баланс и разрабатывать стратегии по их снижению. Это также способствует повышению экологической осведомленности и стимулирует переход к устойчивому развитию.

Цель данной статьи – провести комплексное исследование методов оценки углеродного следа, сравнить различные подходы к его измерению и рассмотреть перспективы применения этих методов в России. Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:

1. изучить теоретические основы концепции углеродного следа и его значение для устойчивого развития;

2. описать основные методы оценки углеродного следа, включая методику жизненного цикла, территориальный подход и подход, основанный на потреблении;

3. провести сравнительный анализ этих подходов, выявить их преимущества и недостатки, а также области применения;

4. исследовать региональные особенности углеродного следа в России и проанализировать основные источники выбросов углерода в различных секторах экономики;

5. обозначить перспективы развития методик расчета углеродного следа в России, включая внедрение новых подходов и инноваций.

Эти задачи направлены на создание целостной картины современного состояния оценки углеродного следа, выявление ключевых барьеров и возможностей, а также на разработку рекомендаций по улучшению методов оценки и снижению углеродного следа в России.

Научная новизна исследования заключается в систематизации авторами современных методов оценки углеродного следа, выявлении преимуществ и недостатков существующих методик, в определении и фиксации проблем и барьеров их использования в России с целью обозначения перспектив разработки современной системы расчетов в будущем.

В процессе проведения исследования были рассмотрены труды отечественных и зарубежных авторов, посвященные изучению углеродного следа, методов его оценки и цифровизации. В качестве источников данных использовались материалы министерств Российской Федерации, аналитические обзоры и справки, научные статьи в базах данных eLibrary и Scopus. В ходе работы были применены методы анализа и синтеза, дедуктивного и индуктивного исследования, системный, структурный, факторный и функциональный подходы.

Теоретические основы углеродного следа

На протяжении нескольких десятилетий ведется поиск эффективных способов снижения объемов эмиссии парниковых газов для достижения целей устойчивого развития [11]. Проблема углеродного следа в последнее время становится все более актуальной в связи с растущей обеспокоенностью серьезным изменением климата [12]. Многие исследовательские работы сосредоточены на определении того, в какой степени выбросы CO₂ могут быть отнесены к конкретному продукту, консенсуса в отношении метода оценки углеродного следа не существует. Например, в исследовании [13] подчеркивается важность измерения выбросов CO₂ из различных источников, включая окружающую среду, образование и утилизацию отходов, а также строительные площадки. С другой стороны, в работе [14] сосредоточены на оценке общего количества выбросов парниковых газов в течение всего жизненного цикла продукта, от начальной стадии материала до готовой продукции. Этот подход включает в себя выявление и измерение каждого вида деятельности в производственной цепочке, которая способствует выбросам парниковых газов, и соотнесение их с конечным результатом. Авторами работы [15] выделяются прямые и косвенные выбросы CO₂ в результате различных видов коммерческой деятельности, а в определении [16] подчеркивается влияние деятельности человека на окружающую среду. Авторы статьи [17] под углеродным следом понимают количество углекислого газа, выделяемого при сжигании ископаемого топлива. По мнению авторов работы [18] углеродный след — это общее количество углекислого газа и других парниковых газов, выброшенных в атмосферу в течение жизненного цикла продукта или процесса. Как отмечается в статье [19], рассмотрение углеродного следа с точки зрения жизненного цикла обеспечивает более комплексный подход к пониманию этой концепции. Эта перспектива учитывает каждый жизненный этап продукта, от его производства до утилизации, а также связанные с этим выбросы парниковых газов.

Информация о методах и подходах с наиболее полным описанием и наиболее развитой научной базой представлена в работе [8], при этом учитывается их неоднородный характер. В то же время задача введения углеродного регулирования весьма актуальна, но неизвестно, каким образом устанавливается, рассчитывается и как должна взиматься такая «плата», или «сбор» [20].

В настоящее время правительства стран-импортеров углеводородного топлива вплотную подошли к необходимости внедрения в практику международной торговли механизмов пограничного углеродного регулирования посредством введения специального сбора на энергоемкие виды импортируемой продукции (Carbon Border Adjustment Mechanism), например, дополнительного сбора на некоторые виды импортируемой энергоемкой продукции, который бы учитывал ее «углеродный след». В результате должна появиться возможность оградить экономику от более дешевых, но одновременно и более углеродоемких импортируемых видов продукции [21]. Реализация указанной инициативы потребует повсеместного применения методики оценки углеродного следа, основные принципы которой заложены Международным стандартом по управлению углеродным следом ISO 14067:2018 [22]. Российский аналог указанного стандарта – ГОСТ Р 56276–2014/ISO/TS 14067:2013 «Газы парниковые. Углеродный след продукции» [23], который был введен в действие в 2016 г.

Углеродный след (carbon footprint) представляет собой совокупность всех выбросов парниковых газов, возникающих в результате человеческой деятельности, включает в себя не только выбросы углекислого газа (CO₂), но и других парниковых газов, таких как метан (CH₄), закись азота (N₂O) и фторсодержащие газы, измеряется в единицах массы (тонны CO₂) и может быть рассчитан как для отдельных продуктов или услуг, так и для компаний, событий, людей или целых стран. В Федеральном законе от 02.07.2021 г. № 296-ФЗ «Об ограничении выбросов парниковых газов» углеродный след определяется как общий объем выбросов парниковых газов и поглощений парниковых газов, образующихся в ходе производства продукции либо в ходе оказания услуг, который включает в себя прямые выбросы парниковых газов (образуемые в результате осуществления хозяйственной и иной деятельности), косвенные выбросы парниковых газов (связанные с потреблением электрической, тепловой энергии, иных ресурсов, используемых для обеспечения хозяйственной и иной деятельности и полученных от внешних объектов), поглощения парниковых газов в результате осуществления хозяйственной и иной деятельности, с учетом углеродных единиц, в отношении которых произведен зачет [24]. Здесь же дается определение реестра углеродных единиц как информационной системы, в которой регистрируются климатические проекты и ведется учет углеродных единиц и операций с ними [24]. В ГОСТе [23] указано: «углеродный след продукции: сумма выбросов и удалений парниковых газов в продукционной системе, выраженная как эквиваленты CO₂ и основанная на оценке жизненного цикла продукции с использованием одной категории воздействия — изменения климата».

Концепция углеродного следа играет ключевую роль в контексте устойчивого развития, и в этом контексте управление углеродным следом становится важным элементом экологической устойчивости, поскольку его уровень является одним из ключевых показателей экологического воздействия деятельности человека, определяя который можно минимизировать негативное воздействие на климат и окружающую среду. Знание углеродного следа помогает идентифицировать основные источники выбросов и разработать эффективные стратегии по их снижению, это может включать в себя повышение энергоэффективности, переход на возобновляемые источники энергии, оптимизацию производственных процессов и улучшение управления отходами. Прозрачность и учет углеродного следа способствуют повышению экологической ответственности среди предприятий, правительств и потребителей, это стимулирует внедрение экологически чистых технологий и практик, а также повышает осведомленность о необходимости снижения выбросов парниковых газов. Важно также отметить, что углеродный след является важным элементом международных соглашений и стандартов, таких как Парижское соглашение по климату. Страны и компании, стремящиеся соответствовать этим стандартам, должны учитывать и управлять своим углеродным следом. Применение инноваций и современных технология для снижения углеродного следа может привести к экономическим выгодам, включая сокращение затрат на энергию, улучшение репутации и конкурентоспособности на рынке, а также получение доступа к новым рынкам и инвестициям.

В свете этих аспектов становится понятным, что углеродный след является важным инструментом для достижения устойчивого развития, он позволяет не только оценить и минимизировать отрицательное экологическое воздействие, но и способствует экономическим и социальным преобразованиям, направленным на создание устойчивого и благополучного будущего.

Методы оценки углеродного следа

Методика жизненного цикла (Life Cycle Assessment, LCA) представляет собой системный подход к оценке углеродного следа, охватывающий все этапы жизненного цикла продукта или услуги, от добычи сырья до утилизации отходов. Этот метод позволяет получить комплексную картину экологических воздействий, связанных с производством, использованием и утилизацией продукта. Преимущества LCA включают комплексность и точность оценки, возможность выявления скрытых источников выбросов, а также разработку стратегий по снижению углеродного следа на всех этапах жизненного цикла продукта. Территориальный подход (Territorial Approach) к оценке углеродного следа основывается на учете выбросов, происходящих в пределах определенной географической территории, обычно страны или региона. Преимущества территориального подхода включают возможность сопоставления углеродного следа различных территорий, а также разработку национальных и региональных стратегий по снижению выбросов. Подход, основанный на потреблении (Consumption-Based Approach), фокусируется на учете углеродного следа продуктов и услуг, потребляемых внутри определенной территории, независимо от того, где они были произведены. Преимущества подхода, основанного на потреблении, включают более точное отражение углеродного следа, связанного с образом жизни и потребительскими привычками населения, а также возможность разработки эффективных мер по снижению углеродного следа через изменение потребительского поведения. Основные этапы (элементы) методов с их описанием представлены в табл.1.

Таблица 1. Сравнение основных методов, их основные этапы (элементы) (составлено авторами на основе работ [13-19])

Существуют и другие методики, например методика корпоративного учета (Corporate Carbon Footprint, CCF): оценка углеродного следа компании, включая все прямые и косвенные выбросы, используется для корпоративной отчетности и стратегического планирования. Однако, в рамках данной работы будут рассмотрены базовые подходы.

Сравнение подходов измерения углеродного следа

Каждый из базовых методов имеет свои особенности, преимущества и ограничения, и выбор подходящего метода зависит от цели и контекста исследования. Важно отметить, что для наиболее полной и точной оценки углеродного следа часто используется комбинация нескольких методов. В табл.2 представлено сравнение методик по точности, затратам и областям применения, а в табл.3 – их преимущества и недостатки.

Таблица 2. Сравнение методик по точности, затратам и области применения (составлено авторами)

Таблица 3. Преимущества и недостатки методов (составлено авторами)

Метод LCA используется компаниями для оценки углеродного следа продукции, например, в автомобильной промышленности для оценки экологичности различных моделей автомобилей, и применяется для разработки экологически чистых продуктов и оптимизации производственных процессов. Территориальный подход применяется правительствами для национальных инвентаризаций выбросов парниковых газов, например, используется для составления отчетов в рамках Киотского протокола и Парижского соглашения, а также применяется для разработки национальных планов по сокращению выбросов. Подход, основанный на потреблении, используется для оценки углеродного следа домохозяйств и потребительских товаров. Примером может служить исследование углеродного следа в сфере продовольствия, учитывающее выбросы, связанные с производством, транспортировкой и потреблением продуктов питания. Этот подход также применяется для анализа углеродного следа от функционирования городов и оценки вклада различных потребительских групп в общие выбросы. Выбор метода оценки углеродного следа зависит от цели исследования, доступности данных и ресурсов, а также уровня детализации и точности, необходимого для принятия решений. Каждая методика имеет свои преимущества и недостатки, и комбинирование различных подходов может обеспечить более полное и точное представление о выбросах парниковых газов.

Особенности углеродного следа в различных регионах России

Углеродный след в России существенно варьируется в зависимости от региона из-за различий в экономической деятельности, климатических условиях и энергетических ресурсах. Например, Северо-Западный регион, который включает г. Санкт-Петербург и Ленинградскую область, характеризуется высокой урбанизацией и значительной долей промышленного производства, поэтому здесь углеродный след обусловлен в основном промышленными выбросами и транспортом. В центральном регионе, который включает г. Москву и Московскую область, имеется также высокий уровень потребления энергии и интенсивное использование транспорта, что тоже приводит к значительным выбросам углекислого газа. Сибирский регион богат природными ресурсами и включает регионы с добычей угля и нефти, поэтому углеродный след здесь в основном связан с добычей и переработкой полезных ископаемых, а на Дальнем Востоке, который включает Владивосток и Хабаровск, углеродный след обусловлен в основном транспортными выбросами и экспортом ресурсов.

Региональная специфика влияет на выбор и адаптацию методов оценки углеродного следа, например, в регионах с высокой концентрацией промышленности (Уральский и Сибирский регионы) методы оценки углеродного следа должны учитывать значительные выбросы от производственных процессов и специфику каждого типа производства. В густонаселенных и урбанизированных регионах (Москва, Санкт-Петербург) особое внимание уделяется выбросам от транспорта и зданий, и методы оценки здесь должны учитывать интенсивное использование личного и общественного транспорта, а также потребление и потери энергии в зданиях. В регионах с добычей угля, нефти и газа необходимо использовать методы оценки, учитывающие выбросы от добычи и переработки ресурсов, а также их транспортировки. В холодных регионах (Сибирь, Дальний Восток) необходимо учитывать повышенное потребление энергии для отопления, что влияет на общий углеродный след. Следует также отметить, что социально-экономическое развитие регионов внутри страны неоднородно, поэтому одним из возможных путей комплексного решения данной задачи является переход к новой модели развития территории за счёт укрепления системы стратегического управления региональным развитием [25].

В России уже имеются успешные примеры региональных инициатив по снижению углеродного следа. Так, например, в Москве реализуются программы по повышению энергоэффективности зданий, развитию общественного транспорта и велосипедной инфраструктуры, а программа «Чистый воздух» направлена на снижение выбросов от автомобильного транспорта. В Санкт-Петербурге реализуются проекты по модернизации тепловых сетей и улучшению энергоэффективности жилых и административных зданий, и также активно развивается система общественного транспорта. Томская область внедрила систему мониторинга выбросов парниковых газов для промышленных предприятий, регион активно развивает проекты по утилизации отходов и переработке вторичных материалов. В Камчатском крае развиваются проекты по использованию геотермальной энергии для обеспечения теплом и электроэнергией, что способствует снижению углеродного следа.

Эти примеры демонстрируют, что учет региональных особенностей позволяет разрабатывать эффективные стратегии и программы по снижению углеродного следа, адаптированные к специфике каждого региона. Основные проблемы и вызовы оценки углеродного следа в России представлены в табл.4.

Таблица 4. Проблемы и вызовы оценки углеродного следа в России (составлено авторами)

Преодоление этих проблем и вызовов требует комплексного подхода, включающего улучшение методик и стандартов оценки, повышение осведомленности и мотивации предприятий и населения, а также разработку эффективных экономических и политических инструментов. В современных условиях неопределенности и быстрых изменений глобальной экономической среды необходимо иметь стратегию цифровой трансформации и инструментарий для анализа решений по обеспечению устойчивого развития регионов [26]. Нужно внедрять новые подходы и инновации, в первую очередь с использованием передовых цифровых технологий, таких как искусственный интеллект (AI) и машинное обучение (ML), для более точного и быстрого анализа данных о выбросах углерода [27]. Эти технологии могут помочь автоматизировать процесс сбора и обработки данных, улучшая точность прогнозов и выявление аномалий. Внедрение блокчейн-технологий для создания прозрачных и проверяемых систем учета углеродных кредитов позволит отслеживать и проверять выбросы углерода на всех уровнях, от производителей до потребителей. Развитие IoT-устройств для мониторинга выбросов в режиме реального времени повысит точность и оперативность оценки углеродного следа, поскольку устройства, подключенные к интернету, могут предоставлять данные о выбросах напрямую с производственных площадок и транспортных средств. Применение технологий больших данных для анализа множества источников информации о выбросах углерода даст возможность выявлять тенденции и зависимости, которые невозможно было бы обнаружить традиционными методами. Все описанные технологии можно эффективно использовать при разработке цифровых двойников с целью их использования для моделирования и оптимизации процессов, связанных с выбросами углерода, что делает возможным проведение виртуальных экспериментов и нахождение наиболее эффективных способов снижения уровня углеродного следа [28]. Согласно анализу, в период до 2030 года цифровые двойники могут сократить выбросы CO2 на 7,5 Гт и добавить экономическую ценность до 1,3 триллиона долларов США [29]. Следует иметь в виду, что создание цифровых двойников регионов привносит определенные эффекты, связанные с сокращением выбросов в атмосферу [30] и является перспективным направлением для создания комплексной системы управления углеродным следом.

При разработке систем расчета углеродного следа важно учитывать международные соглашения и стандарты, такие как Парижское соглашение, международные стандарты ISO, Киотский протокол и его механизмы и правила Европейской зеленой сделки. Разработка национальной стратегии по снижению углеродного следа должна включать меры по стимулированию использования экологически чистых технологий и методов оценки углеродного следа, введению налоговых льгот, субсидий и грантов для предприятий, которые внедряют методы оценки и снижения углеродного следа, включая поддержку малых и средних предприятий в их усилиях по переходу к более современным методам производства. Необходимы программы по повышению осведомленности общественности и бизнеса о важности оценки углеродного следа и методах его снижения, разработка и внедрение региональных программ, направленных на снижение углеродного следа с учетом специфики каждого региона. Существует потребность усиления государственного контроля и регулирования выбросов углерода, включая обязательные требования к отчетности для крупных предприятий и промышленных комплексов, введение строгих стандартов выбросов и штрафов за их нарушение.

Эти перспективы демонстрируют, что развитие методик расчета углеродного следа в России требует комплексного подхода, включающего инновации, международное сотрудничество и совершенствование национальной политики — это позволит нашей стране более эффективно решать проблемы перехода к новому технологическому этапу и устойчивому развитию.

Выводы

Заключение

В данной работе был проведен анализ существующих методов оценки углеродного следа и основных методик расчета, таких как метод жизненного цикла, территориальный подход и подход, основанный на потреблении. Проведено сравнение методик по точности, затратам и области применения, и показано, что каждый из методов имеет свои преимущества и ограничения, выбор оптимального метода зависит от конкретных целей исследования и доступности данных. Сравнительный анализ методов показал, что метод жизненного цикла является наиболее комплексным и позволяет оценить углеродный след на всех этапах жизненного цикла продукта или услуги, однако, его применение требует значительных временных и ресурсных затрат, в то время как другие методы более просты в реализации, но дают менее полную картину.

Анализ российских реалий показал, что существует ряд особенностей, которые необходимо учитывать при оценке углеродного следа в нашей стране, такие как неоднородность и уровень развития экономик регионов, разнообразие источников выбросов, отличающиеся климатические условия, а также недостаточная развитость систем сбора и обработки данных.

Перспективы развития исследований в области оценки углеродного следа в России связаны с расширением применения цифровых технологий для автоматизации расчетов углеродного следа, разработкой национальных стандартов и методик оценки углеродного следа, ориентированных на применение этих технологий и совершенствование системы сбора данных с ориентацией на возможность создания цифровых двойников. Дальнейшие исследования в этой области позволят создать более точные и эффективные инструменты для управления углеродным следом в контексте устойчивого развития.