全球光伏供应链中空间上分离的硫排放及其对贸易壁垒的脆弱性

《Environmental Impact Assessment Review》：Spatially decoupled sulfur emissions in global photovoltaic supply chains and their vulnerability to trade barriers

　　郑书贤|童禾|刘一泽|蔡晓梅|卢克鹏|张丽晓|郝岩 中国北京师范大学环境学院区域环境与可持续性国家重点实验室，北京100875

摘要
全球光伏供应链通过专业化分工降低了清洁能源的成本，但同时也导致了生产环节的排放与使用阶段的减排效益在空间上的脱节。现有研究大多关注碳排放，忽视了另一种重要的区域污染物——硫排放及其对贸易政策的敏感性。本研究构建了一个整合动态局部均衡模型与生命周期评估的框架，首次系统量化了全球光伏供应链对硫排放的净影响。研究结果表明，尽管制造和运输过程会增加硫排放，但得益于该供应链的光伏系统在运行阶段能带来巨大的净减排效益。然而，保护主义贸易政策会大幅削弱这些效益：在极端关税政策下，与自由贸易情景相比，净硫减排效益最多可下降27.6%，这主要是由于全球光伏产量的急剧减少（降幅达32.4%）。研究还揭示了气候政策与贸易政策之间的强烈互动关系：在自由贸易环境下加强气候承诺能最大化边际效益，而在高关税环境下同样的政策调整则会导致效益损失62.3%。区域分析显示，美洲是对关税最敏感的地区，在极端关税下其净效益可下降53%。这些发现表明，保持开放高效的全球供应链对于充分发挥光伏技术的环境潜力至关重要，而贸易壁垒则会显著降低供应链的硫减排能力。

引言
为应对日益严峻的气候变化挑战，全球能源系统正在经历前所未有的转型（Liu等，2023）。在这一转型过程中，太阳能光伏技术因其资源丰富、成本持续下降以及部署灵活性，成为最具前景的清洁能源之一（Li等，2025；Richler，2017）。国际能源署及其他权威机构指出，光伏发电将在未来全球实现碳中和的进程中发挥关键作用（Zhang等，2025；Jiang等，2026；Zhai等，2025；Li等，2023）。然而，光伏技术带来的环境效益并不仅限于使用阶段的低碳发电；其在整个生命周期内实现多种污染物协同控制的潜力，尤其是对硫排放减排的贡献，目前仍未被充分认识，也缺乏足够的量化研究。

光伏供应链呈现出明显的全球化特征：从硅料、晶圆、电池到最终组件，不同的生产环节分布于全球各地，形成了高度专业化且区域集中的供应网络（Cui等，2025）。中国作为这一网络的核心，拥有全球大部分的光伏制造产能，而欧洲、北美以及亚太地区则是主要消费市场（Wang等，2023；Wang等，2025a）。这种分工显著提升了生产效率，降低了系统成本，推动了全球光伏的快速发展（Helveston等，2022）。但与此同时，这种全球化也导致了环境责任的空间分离——制造过程中的污染物排放集中在生产国，而使用阶段的减排效益则体现在消费国。这种空间错配在硫排放方面尤为明显，因为硫排放与当地的能源结构及末端治理技术密切相关（Lakhouit等，2025；Prehoda和Pearce，2017），并且与产品层面的碳排放关联度不高（139个国家的实证数据见补充图1）。

近年来，贸易保护主义抬头，一些国家以“确保能源安全”（Sandor等，2018）、“振兴国内制造业”（Castellanos等，2018）或“解决碳泄漏问题”（Dawson，2019）为借口，对光伏产品征收高额关税，试图重塑供应链格局。尽管这类政策在政治上颇具吸引力，但其对全球光伏发展速度及其环境效益的潜在影响仍缺乏足够量化研究。对于硫排放这类具有强烈区域环境影响的污染物，贸易政策如何改变供应链结构、影响其空间分布及净减排效果，这一问题至今仍未得到解答。

现有关于光伏环境足迹的研究主要采用两种相互关联但各有局限的方法来探讨全球化供应链所带来的问题。第一种方法是基于产品层面的生命周期评估，重点量化从生产到废弃全流程的“从摇篮到坟墓”碳足迹，尤其关注制造阶段的排放情况（Pehl等，2017；Tian等，2021；Gerbinet等，2014；Celik等，2016；Affandi等，2024）。这些研究虽然提供了重要的数据基础，但往往属于静态且回顾性的分析，仅能反映某一特定技术节点的情况。更关键的是，它们通常孤立地评估环境负担，未能充分考虑当所生产的光伏组件大规模替代化石燃料发电时所带来的整体系统效益。这种忽略导致分析结果不完整，可能会过度强调生产阶段的影响。

第二种方法是利用贸易隐含碳核算，研究通过国际贸易在各国之间转移的碳排放情况（Yang等，2025；Xu等，2025；Tang等，2024；Wang等，2025b）。这些研究揭示了碳足迹产生地（生产地）与减排效益实现地（消费市场）之间的空间错配问题，引发了关于全球化经济中如何公平分担环境责任的激烈讨论（Gan等，2023；Liu等，2019；Yang等，2015）。不过，这类研究大多依赖于静态的投入产出核算框架，具有滞后性。此外，它们仅关注温室气体，忽视了其他重要污染物如二氧化硫的传输问题，而这些污染物的环境与健康影响具有很强的区域特征，其控制也与当地的能源结构和末端治理技术紧密相关（Lakhouit等，2025；Prehoda和Pearce，2017；Yang等，2024；Yang等，2016）。

综合以上分析，可以发现三个关键问题：首先，现有研究几乎只关注碳排放，而忽视了硫排放这一导致酸雨和区域空气污染的重要因素，尽管硫排放对人类健康也有诸多益处。全球光伏供应链中硫排放的传递机制和空间分布规律至今尚未被量化。其次，现有的静态和回顾性分析框架无法有效评估在不断变化的技术和政策环境下的供应链的长期净环境影响，也无法体现快速的技术进步、产能扩张以及贸易政策冲击等动态因素对供应链及其环境特征的塑造作用。最后，虽然经济学研究指出贸易壁垒会提高光伏成本（Helveston等，2022；Chen等，2025；Chang等，2022；Wang等，2021a；Liang和You，2023），气候学研究则模拟了光伏系统的部署路径（Zhang等，2025；Jiang等，2026；Zhai等，2025；Li等，2023），但目前仍缺乏将两者结合的分析，无法量化保护主义关税如何直接削弱全球化清洁能源供应链的环境效益，尤其是对硫减排方面的影响。此外，气候目标与贸易开放度之间的协同或冲突问题也仍是亟待解决的实证问题，这对政策制定具有重大意义。

为明确概念，我们对本研究中使用的关键术语进行定义。生命周期评估是指一种标准化框架，用于梳理和评估产品系统从原材料开采到最终处置整个生命周期内的各种输入、输出及潜在环境影响。碳足迹是生命周期评估的一种具体结果，用于量化产品直接和间接产生的所有温室气体排放量，以二氧化碳当量表示。隐含排放则指在产品生产和运输过程中产生的污染物排放，如二氧化硫、二氧化碳等，这些排放物质会“嵌入”产品之中，随着产品的贸易流动从生产地转移到消费地。最后，产品系统的净环境效益（或净影响）是本研究的核心指标，它等于生产及交付产品过程中所产生的环境负担（如制造和运输过程中的硫排放）与产品在使用阶段带来的环境效益（如替代化石燃料发电所产生的硫排放减少量）之间的差值。若净效益为正，说明使用阶段的效益超过了上游生产阶段的负担。

为弥补这些相互关联的缺陷，本研究构建了一个整合生命周期环境评估与动态局部均衡模型的框架。这一方法使我们能够超越传统的静态核算方式，回答以下核心问题：全球光伏供应链对其生命周期内的硫排放究竟有怎样的净影响？保护主义关税如何改变供应链结构，打破硫排放与减排效益之间的空间平衡？气候政策与贸易政策在实现硫减排目标方面存在怎样的相互作用？通过这项研究，我们不仅旨在深入理解光伏供应链的影响机制，还为在气候与贸易的关键交汇点上制定科学合理的政策提供依据。

方法与数据
本研究建立了一个全球光伏供应链影响评估框架，该框架整合了产品层面的生命周期评估、全球贸易流向以及反事实情景分析。该框架还考虑了产业链的连锁反应以及生产系统的动态响应。贸易引力模型可用于预测未来的供应链格局，从而为估算硫减排潜力提供依据。此外，我们还开发了一种动态局部均衡模型，可用于模拟不同气候政策情景对光伏供应链中硫排放的长期影响。

为评估气候目标对光伏供应链环境效益的影响，我们首先在基准关税情景下比较了三种不同的气候政策路径。研究结果显示，气候政策的严格程度与减排效益之间存在显著的正相关关系（图1a）。在STEPS情景下，光伏供应链在2018年至2021年的历史阶段实现了约49亿吨二氧化碳当量的硫排放净减少量。

讨论
全球光伏供应链虽然在推动能源转型方面发挥着重要作用，但其环境足迹的复杂性已成为政策制定和学术研究中的重要议题。本研究通过结合生命周期评估与动态局部均衡模型，量化了全球光伏供应链在其整个生命周期内对硫排放的净影响，并揭示了该供应链在面对贸易壁垒时的脆弱性。我们的分析表明，尽管光伏产品的制造和运输过程会带来一定的排放，但光伏系统在运行阶段带来的净硫减排效益极为显著，远远超过了制造和运输环节的新增排放量，这充分体现了全球专业化生产和规模经济在环境方面的巨大价值。保护主义政策……

代码获取
本研究团队开发的MATLAB代码可向相应作者提出合理请求后获取。这些代码包含了全球太阳能光伏供应链温室气体排放影响评估框架的实现以及动态局部均衡模型的构建。

资金支持
我们感谢北京师范大学博士生跨学科研究基金会的支持（项目编号：BNUXKJC2420）。此外，本研究还得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2022YFB4202101）、国家自然科学基金（项目编号：52170175和7211101067）以及国家杰出青年科学基金（项目编号：52225902）的资助。

利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢
感谢清华大学环境学院的陆熙教授对我们研究思路的支持与指导。