基于區塊鏈技術的碳交易模式構建
2011年起，中國9個區域性碳交易試點相繼運行，并于2017年底始建全國性碳交易市場。為解決現存碳交易市場信息不透明監管難，運行成本高管理效率低，商業信息機密與環境信息公開的矛盾，國家核證自愿減排項目交易市場不活躍，以及未來區域、國家、國際間碳交易平臺的對接，以信息技術結合經濟手段，建立區塊鏈碳交易模式，應對氣候變化、防止水土流失，實現環境可持續發展目標。基于帕累托最優和利益相關者理論，分析區塊鏈為基礎的全國性碳交易體系的業務機理和主要利益相關者，分析區塊鏈的典型信息和智能合約，重點設計碳交易模式的六層區塊鏈核心技術框架和五步驟的實現過程，構建"企業交易+政府監管+第三方審核+金融風險防范"的區塊鏈碳交易模式，并基于場景與智能合約分析提高包括林業碳匯等國家核證自愿減排項目的交易活躍性。該模式適合全國性碳交易體系建設的技術支撐；方便對接金融平臺，實現碳交易的巨大經濟價值；在水土保持規劃與方案中，因地制宜種植碳匯林，適時交易創造碳匯價值，實現生態、經濟的雙重效益。
氣候變化導致全球土壤侵蝕強度和范圍不斷增加。氣溫上升引起降雨特征、土地覆被顯著變化，總體侵蝕率急劇增加，形成地表結皮，引發水土流失，嚴重影響生物多樣性、經濟和社會的可持續發展。
1997年，《京都議定書》192個締約方對溫室氣體排放量進行限制。2006年中國成為全球最大碳排放國，2018年中國碳排放總量約100億t，占全球排放量331億t的30%以上。中國在2016年《巴黎協定》承諾到2030年單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降60%~65%。森林蓄積量增加45億m3左右。
環境經濟學應對氣候變化進行碳減排的思路，是建立碳排放權交易（簡稱“碳交易”）市場。過量碳排放給人類社會帶來損害，成本轉嫁全社會，導致整體社會福利損失，碳排放負外帶性是超越國界，存在代內與代際的負外部性問題。根據外部性理論和科斯產權理論，碳交易將溫室氣體排放產生的外部成本內部化，以有關法律或合同為依據，在市場上確定價格并形成碳排放權的自由交易活動。碳減排成本低的企業極力減排，成本高的企業購買碳排放權履行規定，達到帕累托最優。碳交易被證明減排成本最低。
2011年10月以來，北京等9省(市)建立試點區域碳交易市場，碳排放配額(carbon emission permits allocation，CEPA)和國家核證自愿減排量(Chinese certified emission reduction，CCER)為交易產品，2019年碳交易價格達到75.1元/t。全國碳交易市場于2017年12月啟動，以發電行業試點，進行數據報送、注冊登記、交易等能力建設、制度完善等基礎性工作，預計未來年交易額將達到千億元。截止2017年3月13日，CCER平臺累計公示2852個審定項目中，兼具固碳減排和水土保持多重價值的林業碳匯項目97個，最高交易價格為48元(2015-03-30)，交易量比例3.4%，明顯偏低。
區塊鏈被“十三五規劃”列為戰略性前沿技術。它是一種數據區塊按時間順序組合相連的鏈式數據結構，由密碼學保證該分布式賬本的不可篡改與不可偽造。智能合約是區塊鏈中已編碼、可自動運行的業務邏輯，用計算機語言取代法律語言去記錄條款的合約。《經濟學人》把區塊鏈喻為“信任的機器”，整體優化社會自動流轉效率，在實現納什均衡的情況下，實現帕累托優化。其特點能夠解決現存碳交易體系的3個關鍵問題，即：區塊鏈技術信息完整透明，能公開有效監督碳信息及數據的真實及時性，解決年度為單位的額度分配和清繳難以監督的問題，合規高效地實現林業碳匯等CCER項目減排量與碳排放權的抵消，發展CCER項目，發揮碳排放權的定價和減排作用，提高市場活躍度；區塊鏈去中心化的特征，有效解決碳排放企業數量大，排放核算成本高的問題；區塊鏈集體維護數據且匿名交易、隱私安全，適用于碳交易分類處理商業數據的保密性與環境數據的公開性，及全球范圍內碳交易超大數據庫的價值交換活動。
從理論和實踐，建立碳交易市場是完成我國減排目標，應對天氣變化、緩解水土流失、保護生物多樣性的重要有效手段，我國碳交易市場處于建設初期，現存問題和未來發展需要區塊鏈的技術支撐。因此，筆者在研究現有碳排放交易業務機理的基礎上，建立區塊鏈碳交易模式。
目前中國碳交易包括CEPA交易和CCER交易(圖 1)。CEPA交易先確定年度額度，無償、有償或混合把額度分配到重點排放單位。配額不足者在市場上購買配額富余者出售的配額完成履約。監測、報告和核查是利用測量方法來準確報告和核查重點排放單位一定期間內的溫室氣體排放，是履約完成配額清繳的依據。CCER交易需項目的審定、備案、登記，減排量的監測核查、備案和登記，減排量的掛牌和交易，并按照不同區域具體規則，經國務院生態環境主管部門認可后，使用減排量抵消排放權配額。
圖1 碳交易的業務運行機理
根據業務運行機理，碳交易涉及多方利益相關者。核心利益相關者：政府、碳排放及碳交易企業（購買方和轉讓方）、CCER項目方和交易方、碳排放核查咨詢機構，在碳交易的監管、執行和監督3方面，對實現碳交易的市場運轉和碳減排目標，發揮核心主導作用；重要利益相關者：研發機構、能源供應行業和金融機構在交易和減排的技術、能源和資金方面發揮重要作用；一般利益相關者：公眾團體、機構投資者及新聞媒體，在碳檢測認定、投融資和市場交易發揮輔助作用。
多方業務平臺和應用系統支撐的區塊鏈碳交易模式包含各方利益相關者的不同業務場景。全國與區域的CEPA發布、分配、拍賣、登記及清繳平臺、CCER注冊登記與交易平臺、全國與區域的CEPA交易市場系統等各平臺通過區塊鏈互通形成全國統一的碳交易體系；排放單位的自動監測或人工記錄系統提供排放量信息；第三方平臺認證數據獲得各平臺認可。鑒于短期內難以全面自動監測，第三方平臺可以兼容現有第三方審核方式，審核成果數字簽名后提供全國性碳交易體系中各交易平臺；統一的交易監管在金融創新的同時防范金融風險。形成以核心利益相關者為主、重要利益相關者為輔且兼顧一般利益相關者的“企業交易+政府監管+第三方審核+金融風險防范”的區塊鏈碳交易模式(圖 2)。
圖2 主要利益相關者和業務場景合成的區塊鏈碳交易模式
區塊鏈碳交易模式的核心技術框架包括6層(圖 3)。
圖3 區塊鏈碳交易模式的核心技術框架
數據層是區塊鏈對數據區塊打時間戳形成鏈條，分布式賬簿存儲于多個節點，實現去中心化可信數據存儲。具體數據類型如圖，核心技術包括哈希算法、非對稱加密等。網絡層中，核心利益相關者有獨立節點，包括CEPA分配部門、全國交易市場、區域交易市場、CCER注冊與交易平臺、大型企業、專業核查咨詢機構等，重點利益相關者可接入共享節點，包括中小企業、金融機構等。節點間點對點傳輸，每個節點是服務器也具下載功能，都能提供并獨立于中央服務器分享資源，包括帶寬、存儲空間和計算能力，節點越多，傳輸數據越快。新節點加入且對系統請求增多時，整個系統容量增大，不依靠中心服務器，無單點故障。
關于共識和激勵層，碳交易模式的共識機制采用分布式一致性技術和數據驗證機制。碳交易區塊鏈屬于特定業務的有強制力和節點自愿加入的私有鏈或聯盟鏈。激勵機制在區塊鏈外部實現。
合約層中，根據標準方法學把排放因子和活動水平數據轉為排放數據；自動監測系統采集的其他溫室氣體排放轉化為碳排放數據；企業從價值最大化角度開發智能合約按照碳排放權額度、碳排放生產效益、碳排放權實時價格，動態調整產量和碳交易量；根據規則用CCER減排量折算抵消排放權配額。
應用層對接區塊鏈各應用系統(圖 3和圖 4)。
圖4 碳交易模式的典型信息與智能合約
1.3.1區塊鏈碳交易模式的實現過程
基于技術框架，模式的實現分5步：
第一，全國區域的CEPA系統發布配額分配信息，CCER注冊登記平臺發布CCER項目審定、備案和登記信息，發布方私鑰數字簽名后記入區塊鏈。
第二，重點排放單位實時監測排放并把排放量、排放因子、活動水平數據等由企業私鑰數字簽名，智能合約把活動水平數據自動轉為碳排放權消耗量，中小企業由碳排放核查機構審核排放后用私鑰數字簽名，并分別計入區塊鏈。
已完成審定、備案、登記的CCER項目在接受減排量檢測核查后，由CCER平臺備案登記在區塊鏈。
第三，有可交易碳排放權或CCER減排量的主體，在全國和區域交易系統、CCER交易系統匿名發布掛牌信息。各方可對已掛牌標的查看和交易。智能合約可按規則實時生成可交易標的并掛牌。
區塊鏈讓普通參與方無法獲取標的來源和交易歷史，保證商業秘密。已授權的意向購買方可驗證真實性，已授權第三方可驗證排放權對應的生產信息、CCER減排量對應項目與減排信息，實時監管。
第四，碳交易時，碳排放權、CCER減排量的所有權轉移，交易和新所有權信息實時記在區塊鏈，由交易平臺私鑰數字簽名。全國和區域市場的碳排放權交易、林業碳匯等CCER項目的減排量交易在各自系統內運轉。各市場間通過區塊鏈集成和智能合約定義轉換規則。林業碳匯項目兼具固碳減排和水土保持等，智能合約轉換時增加水土保持等因子由政府或公益性基金補貼。
第五，年度已清繳的碳排放權，抵消碳排放權配額的CCER減排量，清繳平臺私鑰數字簽名后停止交易。
綜上，區塊鏈各節點按共識機制對信息的可靠性和一致性背書，加強利益相關者的參與和監管，防范金融風險。
1.3.2 區塊鏈碳交易模式的典型信息與智能合約
業務規則和數據存入區塊鏈后，無法單獨修改，保證可靠性和一致性。共享賬簿能實現數據安全性和可見性、監管部門和第三方被授權訪問。智能合約封裝業務規則，自動計算和處理數據。典型信息、存儲方及智能合約詳見圖 4。
區塊鏈碳交易模式實時記錄溫室氣體排放、活動水平、排放因子、第三方認證等CEPA數據、林業碳匯等CCER項目及減排量數據，自動實現排放權和減排量核算并實時計算可掛牌標的，支持碳交易實時掛牌、交易、核銷，區塊鏈成為全國和各區域碳市場、CCER平臺、生產監測系統、第三方平臺的基礎，支撐全國性碳交易體系，兼顧公開性和隱匿性且易監管。該模式降低運營、交易和監管成本。充分發揮碳市場價格發現功能，提高林業碳匯等CCER項目的交易活躍度。林業碳匯等CCER減排量交易與CPEA交易相關的貸款、保險、投資等進一步發展，實現儲存、預借等類金融操作。企業通過碳交易完成減排且提高獲利能力，增加交易積極性。該模式方便對接區塊鏈應用活躍的金融平臺，支持業務創新和監管，推動中國在世界碳交易發揮更大作用。
在水土保持規劃與方案建設中，結合區塊鏈碳交易平臺的碳價信息，與林業CCER項目相關碳減排和抵消量信息，按照立地類型區確定碳匯林樹種及高固碳良種苗，按照減少碳排放、碳泄露及生物多樣性特別保護進行造林作業設計，造林施工階段和林木生長全過程進行實時碳匯監測。參與林業CCER項目，并適時交易，實現生態和經濟雙重效益。
在碳交易市場體系的不同發展階段，區塊鏈碳交易模式的研究，以信息技術、經濟、生態環境可持續發展的耦合研究工作將需長期進行。
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