[논문 리뷰] COVID-19 causes record decline in global CO2 emissions

Zhu Liu, Philippe Ciais외 38명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 28.

Air Quality and Health Impacts참고 문헌 18인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 2020년 1월~4월 기간 동안 206개 국가에 대해 실시간에 가까운 일일 온실가스 배출량을 제시하며, 코로나19 봉쇄 조치로 인해 전 세계적으로 7.8% 감소한 화석 연료 기반 CO2 배출량(938 Mt CO2)을 규명한다. 분석 결과, 항공(-28.9%) 및 중국(-6.9%)을 중심으로 지역별로 뚜렷한 감소가 나타났으며, 위성 및 지상 측정 데이터가 배출 감소를 확인했지만, 기간이 짧아 대기 중 CO2 농도 변화는 미미했다.

ABSTRACT

The considerable cessation of human activities during the COVID-19 pandemic has affected global energy use and CO2 emissions. Here we show the unprecedented decrease in global fossil CO2 emissions from January to April 2020 was of 7.8% (938 Mt CO2 with a +6.8% of 2-σ uncertainty) when compared with the period last year. In addition other emerging estimates of COVID impacts based on monthly energy supply or estimated parameters, this study contributes to another step that constructed the near-real-time daily CO2 emission inventories based on activity from power generation (for 29 countries), industry (for 73 countries), road transportation (for 406 cities), aviation and maritime transportation and commercial and residential sectors emissions (for 206 countries). The estimates distinguished the decline of CO2 due to COVID-19 from the daily, weekly and seasonal variations as well as the holiday events. The COVID-related decreases in CO2 emissions in road transportation (340.4 Mt CO2, -15.5%), power (292.5 Mt CO2, -6.4% compared to 2019), industry (136.2 Mt CO2, -4.4%), aviation (92.8 Mt CO2, -28.9%), residential (43.4 Mt CO2, -2.7%), and international shipping (35.9Mt CO2, -15%). Regionally, decreases in China were the largest and earliest (234.5 Mt CO2,-6.9%), followed by Europe (EU-27 & UK) (138.3 Mt CO2, -12.0%) and the U.S. (162.4 Mt CO2, -9.5%). The declines of CO2 are consistent with regional nitrogen oxides concentrations observed by satellites and ground-based networks, but the calculated signal of emissions decreases (about 1Gt CO2) will have little impacts (less than 0.13ppm by April 30, 2020) on the overserved global CO2 concertation. However, with observed fast CO2 recovery in China and partial re-opening globally, our findings suggest the longer-term effects on CO2 emissions are unknown and should be carefully monitored using multiple measures.

연구 동기 및 목표

• 코로나19 팬데믹 초기 기간 동안 전 세계 화석 연료 기반 CO2 배출량이 얼마나 급격히 감소했는지 규명하기 위해.
• 배출 변화의 원인이 팬데믹에 기인한 것인지, 계절적, 주간 및 공휴일 관련 변동성과 어떻게 분리되는지 분석하기 위해.
• 206개 국가의 주요 부문에서 확보한 활동 데이터를 기반으로 실시간에 가까운 일일 CO2 배출량 목록을 구축하기 위해.
• 질소산화물(NOx) 위성 관측 및 지상 기반 측정 데이터를 활용해 배출 추정치의 정확성을 검증하기 위해.
• 단기적인 배출 감소가 전 세계 CO2 농도에 미치는 대기 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 전력 생산(29개 국가), 산업(73개 국가), 도로 운송(406개 도시), 항공, 해상 운송, 상업 및 주거 부문(206개 국가)의 활동 데이터를 기반으로 실시간에 가까운 일일 CO2 배출량 시스템을 개발하였다.
• 부문별로 특화된 배출 계수와 시간 조정 모델을 적용하여 활동 데이터를 일일 해상도의 CO2 배출량으로 전환하였다.
• 위성 기반 질소산화물(NOx) 농도 및 지상 기반 대기질 측정 데이터를 활용해 배출 감소의 크기와 공간 분포를 검증하였다.
• 역사적 계절 및 주간 주기와 비교하여 팬데믹에 기인한 영향을 정상적인 변동성에서 분리하기 위해 배출 추세를 校정하였다.
• 단순화된 탄소 순환 모델을 활용해 배출 감소가 대기 중 CO2 농도에 미치는 영향을 예측하여 전 세계 CO2 농도 변화를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2020년 1월~4월 기간 동안 팬데믹 관련 제재 조치로 전 세계 CO2 배출량은 어느 정도 감소했는가?
• RQ2 항공, 도로 운송, 전력, 산업 등 주요 부문의 배출 감소는 어떻게 다를 수 있는가?
• RQ3 위성 관측을 통해 확보한 NOx 농도는 배출 변화의 크기와 공간 분포를 얼마나 정확히 확인할 수 있는가?
• RQ4 2020년 4월 30일 기준으로 단기적인 전 세계 배출 감소가 대기 중 CO2 농도에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ5 특히 중국, EU-27 및 영국, 미국의 지역별 배출 추세는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 2019년 동일 기간과 비교해 2020년 1월~4월 기간 동안 전 세계 화석 연료 기반 CO2 배출량은 7.8% 감소(938 Mt CO2)했으며, 2-σ 불확도는 +6.8%였다.
• 가장 크게 이르기 시작한 감소는 중국에서 발생했으며, 6.9% 감소(234.5 Mt CO2)했고, 이어 EU-27 및 영국(-12.0%, 138.3 Mt CO2)과 미국(-9.5%, 162.4 Mt CO2)이 뒤를 이었다.
• 항공 부문의 배출은 28.9% 감소(-92.8 Mt CO2)했으며, 이는 가장 큰 부문별 감소였다. 이어 도로 운송(-15.5%, -340.4 Mt CO2)이 뒤이었다.
• 전력 부문의 배출은 6.4% 감소(-292.5 Mt CO2)했고, 산업 부문은 4.4% 감소(-136.2 Mt CO2)했다.
• 주거 및 국제 해상 운송 부문의 배출은 각각 2.7%(-43.4 Mt CO2)와 15%(-35.9 Mt CO2) 감소했다.
• 1 Gt CO2의 배출 감소에도 불구하고, 2020년 4월 30일 기준 대기 중 CO2 농도는 0.13 ppm 미만으로 증가하여 단기적인 대기 영향이 미미하다는 점을 시사했다.