文献阅读 | 用地理空间方法理解撒哈拉以南非洲推广清洁烹饪能源的挑战

题目

A geospatial approach to understanding clean cooking challenges in sub-Saharan Africa

作者

Babak Khavari, Camilo Ramirez, Marc Jeuland & Francesco Fuso Nerini 

期刊

Nature Sustainability

时间

2022年12月

一作

单位

Division of Energy Systems, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.

链接

https://doi.org/10.1038/s41893-022-01039-8

研究背景

清洁烹饪通常被定义为：使用符合世卫组织《室内空气质量指南》标准的燃料和炉灶进行烹饪。截至2020年，全球约有24亿人无法获得清洁烹饪，他们依赖污染燃料来满足日常烹饪需求。在撒哈拉以南非洲(SSA)，清洁烹饪的缺乏尤为明显，目前只有17%的人口使用清洁烹饪方法。此外，在2000年至2020年期间，该地区无法获得清洁烹饪的人数增加了近50%，这是因为人口增长速度超过了获得清洁烹饪的速度。据估计，使用污染燃料每年造成约320万人过早死亡，并阻碍两性平等和环境质量目标的进展。由于污染烹饪燃料的广泛负面影响，普及清洁烹饪已被纳入可持续发展目标的具体目标之一。

不同地区向清洁烹饪的转变过程在速度和结果上存在差异。供应网络不发达、对传统燃料提供的其他能源服务的需求(例如取暖)和负担能力限制等都是更广泛采用清洁烹饪技术的障碍。其中许多因素因地理位置以及社区和家庭特征的不同而有很大差异。因此，地理信息系统(GIS)可以帮助人们更好地了解各地的燃料供应、基础设施可用性和燃料价格变化情况，并为决策提供信息。

研究方法

本文估计了在撒哈拉以南非洲实施普遍清洁烹饪的成本和收益。开发并应用了一个开源、可扩展可重复的空间工具(OnStove)，用于比较不同烹饪解决方案的相对潜力。OnStove是一个基于栅格的工具，用于确定给定区域的每个网格单元的不同炉灶的净效益值。该工具有四个主要优势:降低发病率、死亡率、排放和节省时间，以及三项成本:资本、燃料和操作和维护。为每个网格单元确定提供最高净效益的燃料炉替代方案。该工具还允许用户忽略收益和成本的特定类别，从而能够从不同的角度评估净收益。OnStove的具体结构如图1所示。

图1 简化的OnStove原理图，输入，过程和输出

研究结论

市场失灵

市场行为障碍了撒哈拉以南非洲对清洁烹饪技术的推广。该区域的大多数人仍然依靠传统炉灶做饭，因为与更换炉灶相关的私人利益和社会利益不相匹配。结果表明，基于当前基础设施的社会最优(其中最优指的是具有最高净效益的炉灶)烹饪能源状况是：7.65亿人使用液化石油气炉灶，3.5亿人使用电力，1900万人使用沼气，约16万人使用改进的生物质炉灶(ICS)(图2a)。但OnStove的社会成本效益分析表明，传统的生物质和炭炉在该地区的任何地方都不会产生最高的净效益。这与撒哈拉沙漠地区的现状形成了鲜明对比，目前那里83%的人口主要依赖传统炉灶。

这表明，就社会福利来说，理想的炉灶选择与人们实际使用情况之间存在着极大的脱节。即使只考虑私人利益，结果仍然显示当前现状与最佳结果之间存在很大差异(图2b)。因此，市场本身似乎无法提供让许多人受益的解决方案。在个人场景中，过渡性炉灶的大量存在凸显了一个现实，即并非所有家庭都能从转向完全清洁的解决方案中获益最大。导致清洁替代品收益较低的因素包括时间价值低(即反映在低工资和财富分配不平等上)和与收入水平相关的统计寿命(VSL)价值低。尽管如此，撒哈拉以南非洲的许多家庭似乎仍能从使用改进的或清洁的技术中私下受益，但目前主要依赖于传统炉灶。这些家庭不采用清洁替代品的事实表明清洁能源的应用还存在其他关键阻碍。

图2 撒哈拉以南非洲地区具有最高净效益的炉灶空间分布，以及每个炉灶人口份额的柱状图。图a，社会净效益的角度，包括私人效益和外部性；图b，私人净收益视角，不包括外部性

将改进生物质炉灶作为过渡解决方案

本文分析了被归类为“改进”或过渡性的四种ICS。在健康、减排和节省时间方面，ICS的效益低于清洁炉灶，但仍然比传统炉灶更有效率。此外，它们的成本通常低于清洁炉灶，且操作往往与传统炉灶相似。这些因素促使ICS在推广使用清洁能源时可以发挥重要的过渡性作用。

尽管有成本优势，在最优的社会效益情景下(图2a)， ICS在刚果民主共和国、马里、尼日尔和乍得的使用人数仍然偏少。它们所占份额低的部分原因是，在撒哈拉以南非洲的部分地区，生物质收获是不可持续的，因此这些炉灶的净排放量高于清洁替代品。然而，木炭ICS在个人利益场景中普遍存在(图2b)。这是因为木炭生产是一个排放特别密集的过程，而减少排放是私人净收益方程中最容易被忽略的一类收益。一般来说，在VSL较低的国家(即健康益处价值较低的国家)，木炭ICS在个人方面是最优的。

这些结果表明，考虑有限的利益集，或对其应用较低的估值，往往会使廉价的ICS技术更具吸引力。它们还可以揭示一些阻碍清洁烹饪推广的因素。例如，节省时间和健康效益对家庭，特别是对家庭决策者来说，可能并不总是很重要。因为户主通常是男性，很少是那些需要亲自收集燃料并暴露在厨房燃烧环境中的人，这些人往往是女性。因此，这种脱节是潜在家庭“内部性”的来源。

进行多方面干预

仅靠市场自主行为无法实现清洁烹饪的推广。因此，要使清洁烹饪技术的社会与私人最优平衡间实现更强的一致性，有必要采取协调一致的政策行动来解决多重障碍。在最优的社会效益情景下，几乎所有人都将使用清洁烹饪解决方案，其中LPG是最普遍的选择(67%)，其次是电炉(31%)。从社会净效益的角度来看，电力在可用的情况下通常是首选(图3a)。因此，扩大电力供应和清洁烹饪的综合规划可能会大大提高电动烹饪的最佳份额。

在最大化私人利益的情况下，液化石油气炉灶变得更具竞争力。这主要是由于缺乏对温室气体排放的核算，考虑到可再生能源发电在SSA地区的份额，电力具有相对优势(图3b)。与此同时，与最大化社会效益时相比，清洁炉灶的总份额减少了，因为在许多地方，木炭ICS变得有吸引力。因此，忽视社会效益使得采用清洁炉灶的效益太小，无法抵消相当一部分人口的较高成本。

大量外部性的存在进一步加剧了这种市场失灵，故实现社会最优可以从以下方面入手：(1)补贴，降低清洁技术的使用成本，(2)征税，提高污染炉灶的使用成本，(3)颁布限制选择的命令和法规。这些干预措施各有利弊。例如，对于占比很少的传统炉灶和燃料，后两项政策就很难实施。因此建议采用第一种办法。必须承认的是，鉴于前面提到的种种障碍和家庭内部因素，仅靠补贴可能不够，还需采取其他必要行动，如提供信息、针对有影响力的社会群体进行营销、提高边缘人群(特别是妇女)的权力，以及加强供应和市场。

图3 通过切换到最高净效益的炉灶组合，在撒哈拉以南非洲地区每个家庭的净效益分布。a，社会净效益的角度，包括私人效益和外部性；b，私人净收益视角，不包括外部性

清洁燃料和炉灶的成本

实现最佳社会和私人净效益所需的净资本投资将分别达到每年75亿美元(图4a)和30亿美元(图4b)。这些费用包括新炉灶的费用、维持电烹饪所需的电网容量升级费用以及使用液化石油气所需的燃料瓶费用。与此形成鲜明对比的是，实现全民住宅电气化所需的年度投资估计为410亿美元。在比较这些投资数字时需要注意，在这些场景中一些成本(特别是电网容量升级)将为家庭带来其他方面的好处。

与资本成本不同，该模型所包含的最大成本份额来自于商业烹饪燃料(电力、液化石油气或木炭)的购买。在最优社会效益框架下选择的技术组合的年度燃料成本为144亿美元(图4a)，而对于最优个人效益组合，这些成本下降到大约120亿美元(图4b)。这里所有的成本(和效益)都是相对于当前的炉灶情况。对于木炭ICS，在传统木炭目前占主导地位的地方可以观测到成本节约，因为使用更高效的ICS炉灶可以节省燃料。电力方面，在电力成本特别低的国家可以节省成本，例如，与继续使用目前购买的燃料(特别是液化石油气)相比，电力烹饪可以节省成本。

虽然实现普遍清洁烹饪的成本相对较低，但低成本既不等同于可负担性，也不决定使用的可能性。事实上，为了实现清洁技术的广泛采用和长期使用，还需要解决家庭不稳定的收入模式、非可自由支配的支出、燃料采购的困难以及叠加行为和偏好等因素。从个人角度来看，只有大约25%的家庭低于4%的负担能力比率，从社会角度来看，只有大约10%的家庭低于4%的负担能力比率(比率越低越好)。这表明为贫困家庭提供更清洁的烹饪解决方案成本高昂，以及解决可负担性问题的紧迫性和挑战。

图4 每一最佳炉具类型的总成本和货币化收益。a，社会净效益的角度，包括私人效益和外部性；b，私人净收益视角，不包括外部性

编辑&排版：蒲金路

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