针对原油运输的差异化碳定价机制：在效率与公平之间寻求平衡

《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Differentiated carbon pricing mechanism for crude oil shipping: balancing efficiency and equity

加速航运业碳中和需通过市场机制弥合化石与绿色能源成本差距，现有统一碳定价机制因忽视贸易流结构性差异导致发展中国家负担过重。本研究提出港口碳强度指数（PCII）机制，通过关联航线排放与贸易经济价值，构建包含AIS数据的优化框架，比较统一碳价与PCII的效率-公平权衡，发现PCII能有效向发达地区转移合规成本促进区域公平，但技术成本下降无法解决长期分配失衡问题。

　　

赵雪婷|贾鹏|司瑞斌|李海江

大连海事大学海洋经济与管理学院，中国大连116026

摘要

加速海洋脱碳需要基于市场的措施（MBMs）来弥合化石燃料与绿色能源之间的成本差距。然而，目前普遍实施的统一碳定价机制带来了效率与公平之间的困境：虽然它提高了总体成本效益，但却给发展中国家带来了不成比例的负担。为了在全球统一框架内实现差异化的处理方式，我们提出了港口碳强度指数（PCII）机制。利用港口作为全球贸易的中心节点，PCII将特定航线的排放量与经济附加值联系起来。通过使用2020年原油油轮的全球自动识别系统（AIS）数据参数化的综合优化框架，我们量化了统一定价与PCII之间的权衡。结果表明，PCII机制通过将合规成本向发达国家转移，有效地促进了区域间的公平性。此外，两种机制的相对成本效益对压载航行分配方法非常敏感，仅依靠技术成本降低无法解决长期的经济分配不平衡问题。这些发现为设计公平有效的海洋脱碳政策提供了重要启示。

引言

随着全球气候承诺逐渐扩展到国际运输领域（UNCTAD, 2023），海运行业正在经历深刻变革。随着国际海事组织（IMO）于2025年4月批准了净零框架（IMO, 2025），航运业不能再推迟其气候责任。尽管IMO已经引入了诸如能效现有船舶指数（EEXI）和碳强度指标（CII）等技术措施来提高船舶效率，但这些以船舶为中心的指标忽略了海运贸易流量的结构性差异。此外，尽管提高运营效率可以部分减少排放，但深度脱碳从根本上需要大规模的燃料转换。这一转变受到“绿色溢价”的严重阻碍——即传统化石燃料与新兴零碳替代品之间的巨大成本差距（DNV, 2025）。由于纯粹的技术指标无法内化驱动这一溢价的环境外部性，基于市场的措施（MBMs）越来越被认为是缩小成本差距和在经济上激励绿色技术大规模采用的关键（Psaraftis和Kontovas, 2021; Wang等人, 2023; Trosvik和Brynolf, 2024; Kou等人, 2025）。

然而，制定全球协调的MBM面临着来自两个相互冲突的法律原则的重大制度和治理挑战。IMO的“不再给予优惠待遇”（NMFT）原则主张对所有船舶实施统一的监管（IMO, 1973），而联合国的“共同但有区别的责任和各自的能力”（CBDR-RC）原则则强调了各国不同的能力和发展状况（联合国, 2015）。这些对立的原则引发了发展中国家的持续担忧，他们认为统一的碳价格可能会给他们的贸易流量带来不成比例的负担，并可能加剧现有的地区差异（Shi, 2016）。同时，依赖碎片化的地区性举措引入了碳泄漏的风险，并增加了行政和合规的复杂性（D’Arcangelo和Galeotti, 2025）。因此，找到一种在保证经济效率的同时平衡分配公平性的方法对于推进公平的海洋脱碳进程至关重要，确保脱碳负担不会不成比例地落在脆弱经济体上。

为了调和这些原则，需要一种在全球统一框架内实现差异化处理的机制。目前的MBMs，如碳税和欧盟排放交易系统（EU ETS），依赖于统一的碳定价，这在结构上限制了实现CBDR-RC原则所需的差异化。尽管学者们提出了退税或补贴等办法来实现这种差异化，但这些方法仅将公平性视为事后转移，未能将特定贸易流量的经济价值纳入核心碳价格中。为了弥合这一差距，港口提供了一个可行的切入点，作为国际海运网络和国家经济系统之间的纽带（Verschuur等人, 2022）。从制度上讲，港口国控制（PSC）机制赋予港口当局对到访船舶的监管权力，为差异化政策执行提供了实际渠道（IMO, 2024）。从经济上讲，港口作为离散节点，使得全球供应链中的排放量和附加值能够得到一致分配。基于此，本研究提出了港口碳强度指数（PCII）。通过直接将特定航线的排放量与相关贸易流量的经济价值联系起来，PCII在全球统一框架内实现了CBDR-RC原则。

因此，本研究旨在通过定量比较统一的碳定价基准与提出的PCII机制，评估经济效率与分配公平性之间的权衡。本研究的主要贡献有三个方面。首先，我们提出了一种基于PCII的差异化碳定价机制，该机制将合规成本从与发展中国家相关的贸易路线重新分配到以发达国家为中心的贸易路线，为提高区域公平性提供了可行的途径。其次，我们构建了一个综合的政策评估和市场响应优化框架，从排放成本效益和区域负担公平性的角度系统地比较了统一定价和差异化定价机制。该框架明确考虑了整个航行生命周期的边界，并分析了压载航行分配方法如何影响政策成本结果。第三，我们将分析扩展到海洋脱碳的长期动态，表明预期的减排技术成本下降并不能自动解决区域公平性不平衡问题。

为了解决效率与公平之间的困境、方法论敏感性以及长期技术动态问题，所提出的优化框架使用了2020年原油油轮的全球自动识别系统（AIS）数据进行实证参数化。选择这一数据段是因为它对海洋排放有重大贡献，并且具有明显的压载航行特征（Zhao等人, 2025），这为检验排放分配假设提供了合适的背景。该框架在总体排放上限下模拟了监管机构与行业的互动，比较了统一的碳定价基准与PCII差异化机制。在政策信号的驱动下，航运公司优化运营决策和技术投资以最小化合规成本。在这个框架内，公平过渡体现在不同政策配置下的合规成本区域分布上。这一综合框架使我们能够：（1）实证评估基于PCII的差异化机制；（2）模拟航运行业在两种政策下的微观响应；（3）系统地量化不同排放分配方法下的效率-公平性权衡；（4）评估技术演变对长期政策结果的影响。

本文的其余部分结构如下：第2节回顾了关于MBMs的文献，并指出了本研究所要解决的研究空白。第3节概述了模型设置，包括AIS数据处理、优化框架以及统一和PCII差异化政策情景的定义。第4节展示了结果，包括边际减排成本曲线（MACC）、减排负担的空间再分配以及比较公平性结果。第5节讨论了该框架的更广泛适用性和政策含义。第6节总结了主要发现和研究局限性。

章节摘录

碳税和税收计划

基于价格的工具，如碳税或燃料税，因其能够提供成本确定性并允许灵活的运营响应而得到广泛认可。Cariou和Cheaitou（2012）的研究表明，全球燃料税的表现优于区域速度限制，因为后者可能会因非管制路段的补偿性超速而无意中增加排放。Kim等人（2012）的ε-最优算法进一步证明了航运运营对价格信号的响应性

问题描述

本研究探讨了用于实现全球航运脱碳的基于市场的措施（MBMs）的设计与评估。传统的MBMs，如欧盟排放交易系统（EU ETS），通过数量控制来监管总排放量，并对所有排放者实施统一的碳价格。这种方法（以下简称S1）侧重于简单性和总体成本效益。然而，这些工具忽略了产生排放活动的具体背景。通过对所有排放者实施相同的碳价格

案例研究设置和基准定义

本研究基于2020年原油油轮的全球AIS数据集进行实证分析。构建完整的生命周期排放清单需要将每个装载航行与其对应的压载航行成功匹配。然而，由于船舶吃水数据错误以及捕获的AIS数据的时间范围有限，并非所有装载航行都能明确地与之前的或之后的压载航行配对。

对其他航运领域的适用性

本研究开发的概念性政策评估框架（图1）原则上适用于更广泛的国际航运行业。将合规负担与贸易路线的碳经济效率联系起来的核心理念，仍然是实现CBDR-RC原则的普遍有效方法。虽然PCII被构建为一个通用指标，但在实际应用于原油油轮以外的领域时，需要解决三个常见的方法论问题

结论

本研究基于全球AIS数据建立了一个全面的优化模型，用于评估国际原油航运行业的脱碳路径。通过构建完整的航行生命周期排放清单，无论是采用前端分配还是后端分配方法，该研究比较了统一碳定价机制（S1）与基于港口绩效的差异化机制（S2）的经济和空间影响。得出的结论如下

CRediT作者贡献声明

赵雪婷：撰写——原始草稿、方法论、形式分析、概念化。贾鹏：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取、数据整理、概念化。司瑞斌：撰写——审阅与编辑、方法论。李海江：撰写——审阅与编辑、方法论。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号U2572209、72174035、52501430）和中国 Scholarship Council（编号CXXM2309210057）的支持。