特定行业能源政策对2050年美国中西部三个州死亡率协同效益及社会经济差异的影响

《Environmental Research》：Impacts from Sector-Specific Energy Policies on Mortality Co-Benefits and Socioeconomic Disparities Across Three Midwestern States in the Year 2050

本研究评估了美国中西部三个州减排政策对PM2.5暴露、健康影响及经济效益的协同效益，发现高教育隔离、黑人及低收入群体受益更显著，凸显环境正义策略的必要性。

　　

Rory K. Stewart | Kiarash Farzad | Yang Zhang | Kenneth T. Gillingham | Benjamin F. Hobbs | Daniel C. Esty | Michelle L. Bell

耶鲁大学环境学院，美国康涅狄格州纽黑文，06511

摘要

关于减少温室气体排放政策的评估显示，在美国这些政策带来了广泛的健康和暴露方面的协同效益。然而，这些政策的益处可能并未被平等分享，而且很少有研究探讨不同人群之间的影响差异。我们根据几个环境正义指标，估算了三个中西部州（伊利诺伊州、印第安纳州、俄亥俄州）在普查区层面上的各种社会人口亚群体的暴露程度、健康状况和货币收益。我们评估了在三种特定能源政策情景（高天然气使用、高电动汽车普及率、建筑能效提升）以及“一切照旧”政策情景下，细颗粒物（PM_2.5）浓度的变化。通过健康影响函数分析确定了普查区层面的死亡率变化，并利用统计生命价值（VSL）来评估相关的货币影响。所有能源政策预计到2050年都能将PM_2.5浓度降至2010年的参考水平以下（政策预测中为1.55至1.70 μg/m³），避免的死亡人数为6010人（95%置信区间4093至7396人）至6560人，节省的死亡成本为691.15亿至754.4亿美元，人均成本在2456美元至2681美元之间。包括教育隔离程度较高的人群、黑人以及年收入低于75,000美元的人群在内的几个亚群体，其基线预期死亡率及预计避免的死亡率均高于总体人口，表明这些群体从中获得了显著益处。我们的研究结果强调了气候变化缓解策略在减少美国中西部地区暴露和死亡率的同时，也能直接惠及某些弱势群体的能力。

引言

化石燃料燃烧产生的能源是美国空气污染的主要来源，导致空气质量恶化（Gao等人，2018年；McDuffie等人，2021年）。旨在通过减少化石燃料燃烧来降低温室气体排放的气候变化缓解策略几乎普遍也能降低导致空气质量恶化的标准空气污染物水平（Gao等人，2018年；Thi Thu Dinh等人，2024年）。因此，这些缓解策略通过改变能源政策，在短期内带来了空气质量改善的附带效益，从而带来健康上的益处。这种附带效益通常被称为协同效益，包括经济、社会和健康方面的收益（Finn & Brockway，2023年；Sharifi，2021年；Karlsson等人，2020年；Hess等人，2020年）。大量研究调查了从化石燃料使用向其他能源转型的健康和经济协同效益，结果显示几乎普遍存在积极的社会效益（Gao等人，2018年；Thi Thu Dinh等人，2024年）。

在标准空气污染物中，细颗粒物（PM_2.5），即空气动力学直径不超过2.5微米的颗粒物，在美国和全球范围内造成了最大的健康负担（GBD，2024年）。在美国中西部，PM_2.5的主要来源是农业活动和化石燃料燃烧产生的电力（Yu等人，2024年；Milando等人，2016年）。鉴于该地区化石燃料发电的变化以及持续的土地利用变化，预计未来几十年PM_2.5的来源分布将会发生变化（Skyllakou等人，2021年）。这一点在伊利诺伊州、印第安纳州和俄亥俄州尤为明显，这三个州拥有多样化的城市人口、广阔的农村地区和工业遗产，反映了美国整个地区面临的能源转型挑战。

尽管这三个州大多符合美国环境保护署针对PM_2.5的空气质量标准，但研究表明，在低于标准水平的污染情况下仍存在危害，俄亥俄州有超过150万人生活在超过标准的地区（美国环保署，2025年；Makar等人，2017年）。此外，这三个州都是化石燃料生产的主要贡献者。伊利诺伊州在能源消耗方面排名第六，石油精炼能力排名第四，煤炭储量排名第二（EIA，2025a）。印第安纳州是第六大乙醇生产州和第二大煤炭消费州（EIA，2025b）。俄亥俄州是第七大乙醇生产州、第十大煤炭消费州，也是密西西比河以东最大的石油生产州（EIA，2025c）。然而，伊利诺伊州设定了到2050年实现100%可再生能源的目标（伊利诺伊州自然资源部，2025年）。此外，印第安纳州的风电发电量目前已满足该州10%的电力需求（2007年为0%），而俄亥俄州设定了到2026年实现8.5%可再生能源比例的目标（EIA，2025b）。

美国不同人口群体对PM_2.5的暴露程度不同，对相同暴露水平下的健康反应也有所不同（Henneman等人，2023年；Jbaily等人，2022年；Krakowka等人，2024年；Bell & Ebisu，2012年）。种族和少数民族群体、社会经济地位较低的人群、农村人口等更容易受到PM_2.5的影响，导致这些弱势群体的健康负担更重（Luo等人，2024年；Li等人，2022年；Bevan等人，2021年；Spiller等人，2021年）。这种情况在美国中西部地区也很普遍，多项研究发现黑人、西班牙裔和贫困人群在暴露和健康方面存在差异（Esie等人，2022年；Krakowka等人，2024年；Mousavinezhad等人，2024年；Heintzelman等人，2023年；Milando等人，2016年）。

衡量美国内部相对劣势的多种方法中包括社区层面的种族和教育隔离度测量（Bravo等人，2021年；Anthopolos等人，2011年）。种族隔离度用于表示少数族裔群体在社区中与多数族裔成员的接触程度，而教育隔离度则用于评估没有达到一定教育水平（通常是大学学位）的人仅与其他没有相同教育水平的人接触的程度（Bravo等人，2021年；Anthopolos等人，2011年）。通过这种方式可以评估主要非西班牙裔黑人社区和主要非大学教育背景的社区相对于较不弱势社区的相对健康协同效益影响。这有助于确定环境正义社区（那些因环境危害而负担过重的社区）从特定能源政策中获益的多少。

虽然许多研究考察了气候变化和能源转型政策对整个群体的协同效益（Gao等人，2018年；Wang等人，2016年；Sharma等人，2023年），但关于这些政策对美国不同亚群体在暴露和健康反应方面的潜在差异知之甚少。最近一项对267项气候协同效益研究的综述发现，只有11项研究探讨了基于社会经济地位的差异性影响，三项研究了种族差异，没有研究考虑了城市化的差异（Thi Thu Dinh等人，2024年）。在少数研究未来气候政策的环境正义影响的研究中，有一项使用Suits指数发现，加州的弱势社区在重型卡车脱碳和建筑脱碳方面受益程度更高，这为研究弱势群体的差异性影响提供了一些证据，并强调了进行协同效益研究的必要性（Zhu等人，2022年）。

我们利用高空间分辨率数据，估算了三种美国州在不同能源政策情景下，PM_2.5相关健康效益在不同亚群体（如种族、收入、社区贫困指数）中的分布情况。这项工作建立在之前的研究基础上，我们发现黑人、年收入低于75,000美元的人群以及居住在美国中西部的人群在所有提出的气候变化缓解政策中受益最大（Stewart等人，2025年）。在本研究中，我们在三个方面进行了改进：首先，之前研究的局限性在于许多基于36x36公里估算的空气污染暴露变量的空间尺度，这掩盖了较小空间尺度上的污染估计和社区特征的差异。在本研究中，我们将空间分辨率提高到1平方公里，从而能够在普查区层面生成估算结果，并提供更精确的人口水平和可能的人口健康差异数据。其次，我们纳入了种族隔离度和教育隔离度等不平等指标，据我们所知，这些指标此前尚未用于评估协同效益研究中的亚群体差异。第三，我们在普查区层面增加了避免的健康成本的经济分析，以了解通过人均经济效益体现的健康影响的空间差异。这项研究旨在更好地理解不同能源政策提案将如何影响2050年美国中西部的弱势亚群体，并为政策制定者和社区提供更深入的理解。

方法

我们开发了一个健康影响评估框架，用于研究2050年能源政策预测下的空气质量变化对死亡率的影响和差异（Stewart等人，2025年）。为了确定特定政策情景的总体影响，我们将能源系统和空气质量建模与流行病学预测模型及经济分析相结合，如Stewart等人（2025年）之前所做的那样。

基线种族和教育隔离度

美国各地的种族隔离度和教育隔离度已有过相关映射（Bravo等人，2021年；Anthopolos等人，2011年）。我们提供了这两个指数之间的三分位数矩阵，以进一步区分差异（图S1）。低EI和低RI人群是非西班牙裔黑人中隔离程度最低、非大学教育背景人群中隔离程度最低的群体，换句话说，这部分人群中除了非西班牙裔黑人外，其他种族的比例最高。

讨论

这项研究通过提高空间分辨率（从而更具体地分析个体和社区层面的人口变量）、纳入额外的不平等指标以及在普查区层面进行避免的健康成本的经济分析，进一步扩展了关于不同美国人口群体如何受到未来能源政策影响的科学证据。我们的研究结果包括两个主要发现：

CRediT作者贡献声明

Rory K. Stewart：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、资源获取、方法论、调查、资金筹集、正式分析、数据管理、概念化。Kiarash Farzad：撰写——审阅与编辑、资源获取、方法论、正式分析、数据管理。Yang Zhang：撰写——审阅与编辑、监督、资金筹集、概念化。Kenneth T. Gillingham：撰写——审阅与编辑、监督

未引用的参考文献

美国劳工统计局；Deziel等人，2023年；Esie等人，2021年；GBD 2021死因协作组，2024年；Heintzelman等人，2023年；伊利诺伊州自然资源部；Raifmann等人，2021年；Tang等人；美国人口普查局，2017年；美国疾病控制与预防中心；美国能源信息署，2025a；美国能源信息署，2025b；美国能源信息署，2025c；美国能源信息署，2017年；

利益冲突声明

所有作者均无与本研究提交相关的利益冲突。

致谢

本出版物是在美国环境保护署授予耶鲁大学的RD835871号援助协议下完成的。它尚未经过EPA的正式审查。本文表达的观点仅代表研究团队，并不一定反映EPA的观点。EPA不认可本文中提到的任何产品或商业服务。额外的资金支持包括耶鲁生物圈研究学院的资助项目和EPICS。