《Environmental Impact Assessment Review》：Transforming pallet systems for global shipping decarbonization
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全球货运扩张使托盘需求激增三倍，支撑80%国际贸易但贡献5%航运碳排放。本研究构建多目标优化框架，提出共享系统与循环经济协同策略，模拟显示到2060年适度循环措施减排34-52%，激进转型达95-97%。中国案例表明需解决再生能源投入、互操作标准及责任机制等瓶颈，强调制度协调和技术基础设施对系统转型的决定性作用。
张婷婷|王汉摩|文宗国|张兰鑫|费凡|林亚历山大|保罗·埃金斯
南京林业大学经济管理学院，中国江苏省南京市210037
摘要
过去三十年间，全球货运量的增长使得托盘需求增加了两倍，如今托盘支撑了全球超过80%的贸易活动，但同时也贡献了约5%的全球航运二氧化碳排放。在物流系统快速自动化的背景下，托盘库存的增加以及循环利用机制的不足导致了原始材料使用量、废弃物产生和排放量的显著上升。为应对这些挑战，我们提出了在中等和雄心勃勃的规模上实施共享系统和循环经济（CE）策略的方案，并运用自下而上的多目标优化方法来评估到2060年的材料组合。研究结果表明，与基准情景相比，中等程度的循环经济采纳可以在2060年前实现34-52%的减排目标；而雄心勃勃的转型方案则有可能实现早期排放峰值，并将减排幅度提高到接近95-97%。然而，推广循环经济需要中间的能源和水资源投入用于再制造，并且依赖于互操作性和责任标准。这些发现为托盘系统的转型提供了有序且符合政策要求的路线图，同时也为全球物流的脱碳提供了可借鉴的模板。
引言
《巴黎协定》设定的1.5°C目标以及各国对碳中和的承诺，给支撑全球贸易的供应链基础设施带来了越来越大的压力（Kang等人，2021年；Key?er和Lenzen，2021年；Abejón等人，2020年）。过去三十年里，国际货运量从1990年的约40亿吨激增至2022年的超过120亿吨，这推动了物流平台的快速增长（Fry等人，2024年；Wang等人，2025年）。其中，托盘已成为实物分销的支柱，支撑了全球超过80%的贸易（Zhang等人，2024a）。自20世纪90年代初以来，托盘持有量增加了两倍多，其生命周期排放量已经占全球航运二氧化碳排放量的约5%（Fry等人，2024年）。这一趋势使托盘成为推动整个经济领域减排和资源效率提升的关键环节（Horn等人，2025年）。
虽然碳排放是托盘相关影响最明显的方面，但仅从碳的角度来看无法全面理解更广泛的可持续性挑战（Madhu等人，2021年；Lin等人，2023年）。托盘系统同时对原始材料需求、废弃物产生、经济成本以及多种环境问题产生影响，而且在一个方面的改进往往以牺牲另一个方面为代价（Guo等人，2025年）。该系统涉及多种异质材料（如木材、塑料、钢铁、纸张等），这些材料以复杂的方式相互作用（Khan等人，2023年）。例如，用塑料替代木制托盘可以延长使用寿命并减少原始材料的消耗，符合经济和资源效率的目标。然而，这些收益可能在托盘寿命终结时被抵消——塑料面临复杂的回收流程、能源密集型的再处理过程以及潜在的环境释放问题（Khan等人，2021年；Alavi等人，2025年）。同样，优先考虑成本最小化的策略可能会减少短期支出，但如果逆向物流和回收体系不发达，这些收益可能会通过更高的过程排放或未管理的废弃物转移给环境（Wu等人，2024年）。解决这些跨目标矛盾需要采取能够提高单位服务价值的干预措施，并同时闭合材料循环，而这些措施的效果需要在较长的时间范围内才能显现（Harders等人，2025年）。
在托盘系统中，这些干预措施通常分为两类互补的类型（Zhang等人，2024a；Zhang等人，2024b）。共享系统通过尺寸标准化、耐用性和维修标准的互操作性以及数字可追溯性来提高服务效率并减少损耗（Bunge等人，2022年；Luo等人，2024年）。然而，截至2020年，全球托盘共享的普及率仅为10%，表明仍有很大的提升空间（Carrano等人，2015年）。循环经济（CE）措施，包括闭环系统、可拆卸设计、再制造、高纯度回收和二次替代（Barkhausen等人，2024年；Meys等人，2021年），可以减少原始材料的需求和生命周期结束时的负担，但这些措施的实施速度取决于未来几十年电力和热能脱碳的进展（Lal和You，2023年）。因此，共享系统和CE措施的推广应与更广泛的脱碳进程同步进行，这意味着需要到2060年完成长期的转型（Song等人，2024年）。然而，现有的托盘可持续性研究仍然较为分散。以往的研究主要集中在单个托盘材料的环境影响评估或对当前循环利用状况的国家级评估上（Alanya-Rosenbaum等人，2021年；Carrano等人，2014年；Clarke等人，2005年；Ng等人，2014年）。这些研究通常在当前运营假设下评估环境影响，而没有模拟托盘库存和材料组合的长期演变，忽略了共享和循环利用的顺序（Weththasinghe等人，2022年；Tornese等人，2019年）。它们也很少提供关于如何重新配置托盘系统以实现多重可持续性目标（如成本降低、资源效率提升和环境缓解）的指导。因此，现有的方法在评估不同目标之间的权衡或设计前瞻性转型路径方面提供的决策支持有限（Terlouw等人，2024年）。此外，大多数分析仅限于国家级案例研究，没有明确将国内转型与全球托盘行业的动态联系起来（Alavi等人，2025年；Terlouw等人，2024年）。因此，推荐的转型路径可能高估了短期的替代效益，低估了共享和回收的效果，并对实现可持续、系统最优的转型提供了有限的指导。
为了解决这些局限性，本研究开发了一个长期转型框架，整合了库存建模、物质流分析（MFA）、生命周期评估（LCA）和多目标优化，以评估到2060年的托盘系统转型。通过将结果纳入一个同时最小化经济成本、原始材料使用量、废弃物产生和多种环境影响的多目标优化框架中，我们系统地评估了不同可持续性目标之间的权衡，并在明确的政策和技术约束下确定了稳健的组合策略。这一综合框架旨在为托盘系统如何演变以满足长期气候和资源目标提供前瞻性的决策支持（图1）。除了量化减排潜力外，本研究还提供了关于转型机制、可行性限制和政策影响的系统级见解。它揭示了共享系统和闭环循环策略的顺序如何决定环境和经济结果的时机和幅度，指出了物流基础设施和材料循环效率如何限制循环利用的效果，并阐明了治理协调如何影响CE效益的实现。这些见解超越了简单的环境核算，明确了实现可持续、系统范围循环转型所需的结构和制度条件。
中国作为核心案例研究对象，因为其托盘市场规模迅速增长，2024年已超过18亿个单元，且物流自动化的加速进一步推动了托盘库存的急剧增加（Houssini等人，2025年）。这一紧迫性得到了中国2025年国家自主贡献目标（NDC 3.0）的强化，该目标承诺到2035年将全国范围内的净温室气体排放量减少7-10%（Nations U，2025年）。除了这一国家层面的重点外，我们还将该框架扩展到全球托盘行业，那里的绝对负担更大，并评估了协调国际干预措施的潜在作用。第一个模块预测了五种政策情景下到2060年的托盘总量及其材料组成，为决策提供了长期基准。第二个模块追踪每种托盘类型的从摇篮到坟墓的物质流动，根据质量平衡原则量化了输入、库存和输出（Zhang等人，2024b；Graedel，2019年）。这些分析的结果输入到第三个模块，该模块使用统一的指标集评估经济、材料、废弃物和环境绩效。最后，多目标优化和政策模块结合这些指标，寻找成本效益高、节省资源且环境友好的管理方案。这一研究框架为托盘的共享和循环利用提供了长期路线图，同时也为其他物流运营商和供应链自动化快速发展的国家提供了管理上的见解，从而将系统最优的结果转化为可操作的政策决策。
部分摘录
中国托盘系统的行业级库存预测模型
行业级库存预测模型是一种量化的自下而上方法，用于预测从基准年到2060年中国在用托盘库存和市场构成的演变。该模型结合了两种资源效率指标，包括基于10R层次结构的共享系统普及率和基于五种托盘材料类别（木材、塑料、纸张、钢铁等）的循环经济实践。
其中 是年份 t 时在用的托盘总数（从中国托盘行业的整体转型路径
我们开发了一个自下而上的行业级转型模型，该模型共同演化了中国托盘系统的服务需求、材料组成和运营模式，以描绘到2060年的路径并跟踪资源使用、废弃物产生、经济成本和环境绩效（图2a）。五种情景（即BAU、S-M、S-A、C-M和C-A）代表了不同的共享和闭环回收采纳规模。
中国的托盘库存显示出持续且明显的增长
讨论
托盘行业是物流中一个关键但尚未充分研究的组成部分，电子商务和自动化仓储的快速发展推动了托盘需求的持续增长（Abiodun等人，2026年；Machala等人，2025年；Stolaroff等人，2018年）。与其他许多材料流不同，托盘既包含结构性材料，又具有高频率的周转特性，这两者共同对废物管理、原始资源开采和生命周期排放造成了集中压力（Anil等人，
结论
本研究表明，托盘行业的环境轨迹更多地受到循环利用模式和管理托盘使用的制度安排的影响，而非全球货运量的增长。除了量化减排潜力外，分析还揭示了循环利用效果从根本上受到系统级因素的制约，包括物流基础设施、循环利用效率和治理协调。这些发现表明，循环经济的转型
CRediT作者贡献声明
张婷婷：概念化、方法论、软件开发、数据整理、初稿撰写、资金筹集。王汉摩：方法论、初稿撰写。文宗国：项目管理、监督、审稿与编辑、资金筹集。张兰鑫：可视化制作。费凡：可视化制作。林亚历山大：可视化制作。保罗·埃金斯：项目管理、监督、审稿与编辑。
利益冲突声明
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致谢
作者感谢来自中国国家重点研发计划在第十四个五年计划期间的财政支持（项目编号：2024YFC3906500）、New Cornerstone Science Foundation通过XPLORER PRIZE提供的支持、国家自然科学基金（项目编号：72504128）以及生态与环境保护产品全生命周期智能诊断技术研发（项目编号：YB2024001300）的资助。任何错误的责任完全由
