美国大型学术骨科门诊中心的温室气体排放特征与减排策略分析

《Frontiers in Health Services》：Greenhouse gas emissions of a large, academic outpatient orthopedic center in the United States

本综述系统评估了美国一所大型学术骨科门诊中心（OC）的温室气体（GHG）排放情况，采用温室气体核算体系（GHG Protocol）标准将排放分为范围1（直接排放）、范围2（间接能源排放）和范围3（供应链排放）。研究发现，该中心总排放量为11,049公吨二氧化碳当量（MTCO2e），其中范围3排放占比高达81%，患者交通、采购品与服务、员工通勤是主要贡献源。文章强调了将范围3排放纳入医疗系统碳足迹评估的重要性，并指出远程医疗是减少患者交通相关排放的有效策略。

　　

1 引言

人类健康受到环境健康的影响。医疗保健行业在提供产品和服务时，需要关注其活动对环境的潜在危害。核算温室气体（GHG）排放是监测医疗资源消耗和污染贡献的一种方法。

全球范围内，医疗保健部门贡献了总温室气体排放的4.4%。在美国，这一比例高达8.5%。根据温室气体核算体系（GHG Protocol）对美国整个医疗保健行业的排放分类：7%来自医疗行业建筑和运营的直接排放（范围1），11%与购买的电力、蒸汽等能源相关（范围2），82%则与医疗保健部门生产和消费的服务及产品相关（范围3）。

范围1和范围2排放更容易量化，因为它们要么由组织直接控制，要么可以通过计量或账单进行监测。范围3排放更为复杂，通常需要来自不同来源的数据来评估产品和服务生产与消费过程中产生的排放。鉴于范围3排放对医疗保健总排放的巨大贡献，充分表征这些排放对于理解如何最有效地利用医疗资源以减少污染，同时维持高质量护理至关重要。

在医院环境中，已有关于各种医疗相关物品的生命周期分析发表并汇总，包括药物、设备、耗材、临床程序和流程，甚至整个临床病区。然而，全球范围内在同行评审期刊上发表的关于整个医院温室气体排放的评估仍然较少。弗吉尼亚大学健康系统（UVA Health）与弗吉尼亚大学结盟，该大学设定了到2030年实现范围1和范围2碳排放中和的目标。考虑到范围3排放的比例，UVA Health希望评估其总温室气体排放，包括范围3。为此，他们启动了一项进程，采用温室气体核算体系对其健康系统内的范围1、范围2和范围3排放进行核算，并以一项试点研究开始，该研究识别、计算并分析了一个大型代表性临床建筑的排放。

2 方法

试点选择的建筑是隶属于UVA Health（美国弗吉尼亚州夏洛茨维尔）的一个独立骨科中心，名为艾维路骨科中心（OC）。该建筑在物理、物资和能源边界上与更大的医疗中心和健康系统分离，同时包含大型医院的许多功能。该建筑于2022年2月启用，并获得了LEED（能源与环境设计先锋奖）银级认证。其面积为195,000平方英尺（约18,116平方米），拥有90间检查室、两间手术室（有增加潜力）、外科服务、医学影像、假肢制造实验室、零售和机构药房以及一个自助餐厅。

为进行温室气体清单核算，对OC应用了修改后的运营边界。OC是UVA Health骨科临床护理的独立中心。温室气体清单包括了在OC物业界限内发生的所有运营所产生的排放。

所有数据源均使用一个财年（2023财年：2022年7月1日至2023年6月30日）的数据，数据收集期间该中心有超过300名全职等效员工（FTE）在现场。由于FTE是一个衡量单位，将所有全职和兼职员工的集体工时折算为等效的全职员工数量，它并未考虑患者或访客在场的影响。机构审查委员会（IRB）批准被豁免：此分析是作为质量改进项目的一部分进行的，且独立于具体的患者数据。

2.1 温室气体核算体系

温室气体核算体系是一个广泛认可的测量和管理温室气体排放的标准，它建立了一个将排放分为三个不同范围的框架，以全面了解碳足迹并识别减排领域。

范围1排放是来自机构拥有或控制的源的直接排放。这些排放通常源于建筑、车辆和设备中化石燃料的现场燃烧。在OC，现场燃烧排放来自一个天然气锅炉和一辆汽油动力车辆。天然气消耗由公用事业仪表测量，而移动燃料消耗则根据车辆行驶里程（通过行程日志跟踪）以及该车型的平均每加仑英里数进行估算。

范围1排放也来自购买气体的释放，包括废弃麻醉气体排放到大气中。OC手术室使用的麻醉气体是七氟醚和氧化亚氮（e型钢瓶）。2023财年每种麻醉气体的购买量从采购数据中获取。

范围2排放是与机构购买的电力、蒸汽、供暖和制冷相关的间接排放。OC购买的能源消耗通过电力、热水和冷水的公用事业仪表测量。

范围3排放是发生在机构价值链和供应链中的间接排放，但不为机构直接拥有或控制。范围3排放有十五个类别，但并非所有类别都与所有组织相关。

虽然患者交通未明确列在温室气体核算体系中，但客户交通产生的排放可以包含在第9类：下游运输和分销中。在本研究中，患者交通被视为医疗保健中对等于零售设施的客户交通，因此患者交通排放被纳入第9类。

2.2 混合方法

本研究采用混合方法来测量范围3温室气体排放，同时利用了活动数据和财务数据。每个相关的范围3排放类别使用了财务数据或活动数据。这种方法符合新兴的最佳实践，认为混合方法结合了基于活动和基于支出方法的优点。活动数据是指导致温室气体排放的活动的定量度量，往往能产生更准确的结果，但通常比财务数据更难获取。范围1和范围2排放的测量收集了活动数据。对于范围3排放，在可行的情况下收集活动数据，在活动数据收集不切实际的情况下则使用财务数据。

2.3 公吨二氧化碳当量

温室气体排放以公吨二氧化碳当量（MTCO₂e）汇总。其温室气体足迹是二氧化碳、氧化亚氮和甲烷排放的总和。这些值来自公共数据库和计算器，如美国环境保护署的温室气体排放因子中心、美国环境保护署的供应链温室气体排放因子V1.2、Practice Greenhealth的医疗保健排放影响计算器V1.3以及国际民用航空组织的碳排放计算器。它们与特定的范围3类别相关联。

3 结果

该独立骨科中心在2023财年的总排放量为11,049 MTCO₂e：其中2%（183 MTCO₂e）来自范围1，17%（1,929 MTCO₂e）来自范围2，81%（8,937 MTCO₂e）来自范围3。每FTE的总排放量为每年33.2 MTCO₂e。每平方米的总排放量为每年0.6 MTCO₂e。

范围1排放主要来自单个天然气锅炉（173 MTCO₂e；95%）。其余排放源于麻醉气体和一辆汽油动力车辆。

范围2排放来自电力（974 MTCO₂e；51%）、热水（669 MTCO₂e；35%）和冷水（285 MTCO₂e；15%）。OC不购买区域蒸汽，因为蒸汽由现场锅炉生产。

范围3排放来自15个类别中的8个。其余7个类别被认为与OC运营无关或贡献了微不足道的量。

范围3排放的84%和OC总排放的68%来自三个类别：第9类：下游运输和分销（4,672 MTCO₂e；52%），该类别仅包含患者往返OC的交通排放；第1类：采购的商品和服务（1,823 MTCO₂e；20%）；以及第7类：员工通勤（1,027 MTCO₂e；12%）。

在第9类中，2023财年约有200,000人次患者访问OC。患者往返OC的中位距离为63英里（四分位距32-115英里）。98%的患者从少于200英里外的地方前来。仅考虑第9类排放，79%来自居住在OC 100英里车程内的患者，40%来自居住在50英里车程内的患者。

在第1类中，71%的排放来自医疗和外科用品的采购（1,294 MTCO₂e），11%来自药品采购（192 MTCO₂e），5%来自食品采购（86 MTCO₂e），其余14%来自杂项商品和服务（252 MTCO₂e），包括电子产品和办公用品。

第7类的数据来自向OC员工发放的一项调查，回复率为44%。平均往返通勤距离为42英里，约98%的通勤使用内燃机个人车辆。其他已识别的交通方式包括电动个人车辆、拼车和骑自行车。

4 讨论

OC的总排放量为11,049 MTCO₂e。这相当于美国2,500辆汽车的年均排放量，需要超过11,000英亩的成熟森林才能从大气中清除。OC的排放分配如下：2%属于范围1，17%属于范围2，81%属于范围3。

OC各范围排放的分布与一家1,233张床位的荷兰医院、一家1,250张床位的新加坡医院以及一家2,500张床位的德国学术医院相似。这些相似性表明排放比率在不同临床中心之间可能具有普遍性。

值得注意的是，一项应用于一家302张床位的德国学术医院的基于财务数据的新颖“易用方法”显示，范围1的分配比例明显更高，为37%–40%。该机构直接使用化石燃料取暖而非电力，这会增加范围1排放并减少范围2排放。

4.1 范围1

OC的范围1排放绝对值（183 MTCO₂e）与住院医院相比较低，后者的范围1排放从4,223 MTCO₂e到9,989 MTCO₂e不等。该建筑仅有一个用于生产蒸汽的天然气锅炉，这构成了范围1排放的大部分（173 MTCO₂e）。这些蒸汽主要用于手术器械的无菌处理。

其余的范围1排放来自一辆车辆（1 MTCO₂e）和两间手术室的麻醉气体（9 MTCO₂e）。麻醉气体排放低于两间手术室的预期值，原因包括：（1）七氟醚是OC唯一使用的挥发性麻醉剂，其二氧化碳当量显著低于其他替代挥发性麻醉剂；（2）许多手术以区域麻醉作为主要麻醉方式；（3）氧化亚氮很少使用，且仅来自e型钢瓶而非已知会泄漏的中心储罐。

制冷剂的逸散排放被认为是微不足道的。OC的电器是近期安装的，没有记录显示对含有超过50磅制冷剂的设备进行过重新加注、维护或处置。

4.2 范围2

1,929 MTCO₂e的范围2排放来自电力、热水和冷水。为OC服务的中央公用设施厂目前不为其他建筑服务，但有能力支持周边未来的开发。蒸汽由现场锅炉生产，而非从区域公用事业购买，因此蒸汽生产产生的排放属于范围1。OC的电力来自本地电网，并受益于其附属大学的可再生能源组合。虽然OC所在地区（SRVC）的eGRID排放因子为0.2705 kgCO₂e/kWh，但OC的范围2排放使用了大学特定的电力排放因子（0.2435 kgCO₂e/kWh），以计入大学采购的可再生能源。

减少电力排放的机会在于通过强调能源效率和技术的保守应用来减少消耗，或者通过增加低碳或无化石燃料发电的比例。过去几十年，电力行业的减排是通过从煤炭转向天然气等碳强度较低的化石燃料，并增加风能和太阳能等无化石燃料选项来实现的。OC的建筑设计考虑了屋顶太阳能。如果安装太阳能电池板，每年可发电180至240千瓦时，并将电力的范围2排放减少约11%。

OC的热水和冷水主要在一个大部分电气化的公用设施厂中生产，该厂结合使用热回收冷水机组、传统冷水机组和燃气锅炉来提供供暖和制冷服务。电热回收冷水机组能有效捕获和利用制冷过程中产生的余热，从而以比传统冷水机组和锅炉组合更少的排放生产热水和冷水。虽然公用设施厂的电气化和热回收冷水机组的使用通常不是建筑层面的决策，但设施可以通过照明和温度设定回调来最大限度地减少冷水消耗，从而减少排放。这些回调在建筑无人时减少照明和温控设备的运行，降低这些区域的制冷需求，从而降低能耗和能源成本。

4.3 范围3

8,937 MTCO₂e的范围3排放占OC总排放的81%。范围3排放的84%来自三个类别：第9类（4,672 MTCO₂e；下游运输和分销）、第1类（1,823 MTCO₂e；采购的商品和服务）和第7类（1,027 MTCO₂e；员工通勤）。第6类（1 MTCO₂e；商务旅行）贡献了不到1%的范围3排放，但这很可能是因为COVID-19大流行期间旅行限制导致虚拟会议持续存在。

范围3排放的大部分（52%）和OC总排放的相当一部分（42%）来自第9类：下游运输和分销，这涉及患者往返诊所接受护理的交通。考虑到患者交通对OC总排放的总体贡献（42%），并且患者交通并非总是被纳入医院评估，文章强调远程医疗是减少医疗保健排放的一个机会。

4.3.1 患者交通

两项国际医院的排放分析包含了患者交通。荷兰医院报告患者交通占总排放的3.2%，而德国医院报告患者交通占9%。这些医院与OC的一个重要区别在于，这些是住院医院，而OC是门诊中心。一个门诊中心每天每个诊室可以接待许多不同的患者，而一个住院医院每个病房多天只接待一名患者。前往门诊中心的患者数量远多于住院医院。此外，住院医院进行的治疗资源密集度更高（例如输液、透析、手术），而骨科门诊中心则进行门诊就诊、物理治疗、手术随访等，这会使其他范围3类别（如第1类：采购的商品和服务，在荷兰医院总排放中占59.7%）在住院医院的比例高于OC。

患者前往骨科咨询的距离可能比其他专科更远。为确保第9类排放评估不会因将邮件地址设在远离其在弗吉尼亚州中部实际住所的大学学生和兼职居民而虚高，研究将单程驾驶里程上限设为200英里，并假设所有超过200英里外的地址均为夏洛茨维尔居民，距离诊所0英里。即使采用这种保守的患者交通计算方法，第9类仍然是范围3排放的主要部分，并且超过了范围1和范围2排放的总和。

OC可以通过优化远程医疗的使用来减少患者交通排放。骨科患者对远程医疗持开放态度，并认为其等同于面对面就诊。在能够优化临床工作流程和患者护理的情况下应用远程医疗，是在改善医疗保健多个方面的同时消除大量温室气体排放和空气污染的机会。

在远程医疗并非最优选择的情况下，减少患者交通排放可以通过减少患者车辆的排放来实现。在患者停车场安装3级电动汽车充电器，可以通过解决里程焦虑问题，鼓励患者驾驶电动汽车就诊。

4.3.2 采购的商品和服务

第1类：采购的商品和服务，包括促进临床、运营和行政功能所需的所有物资，占OC范围3排放的20.4%。该类别的主要贡献者是医疗用品（1,294 MTCO₂e）。一项采用不同方法（统计抽样和推断）的加拿大研究也确定医疗产品是商品和服务中的最高贡献者。

OC的第1类排放占总排放的17%。相比之下，采购的商品和服务在德国一家医院占总排放的约41%，在新加坡一家医院占总排放的40%以上。虽然计算采购商品和服务的方法与这两项研究相似，但很可能与国家供应链和能源生产相关的不同排放因子导致了这种差异。所评估的机构也存在差异（即住院与门诊），并且存在更大的方法学差异，例如新加坡的研究未包含患者交通。

采购的商品和服务，特别是医疗用品和潜在的药品，是温室气体排放的重要贡献者。减少这些排放需要更有选择性地应用这些物品，重点是减少不必要的浪费。或者，医院和健康系统可以通过合同和倡导与供应商合作，鼓励减少其产品创建、使用和处置过程中的上游和下游能源需求。

4.3.3 员工通勤

第7类：员工通勤占OC总温室气体排放的9%。员工交通调查的回复率为44%。员工平均往返通勤距离为42英里，约98%的人使用内燃机单人车辆通勤。

员工通勤在荷兰医院和德国医院均约占其总排放的3%。这种巨大差异部分与荷兰（25%的日常通勤）和德国（9%的日常通勤）相比美国（1%的日常通勤）无化石燃料自行车通勤的频率有关。与医院附属的大学鼓励使用替代交通方式而非单人车辆，但这对于居住在OC附近的员工效果最好。

在一个平均往返通勤距离为42英里的半农村社区，减少员工交通排放需要侧重于减少汽车排放。在员工车库安装1级或2级电动汽车充电器可以鼓励员工购买插电式混合动力或全电动汽车，同时提供降低通勤成本的激励。对于现场停车位有限的地区，实施从位置优越的卫星停车场出发的战略性巴士路线可以减少个人车辆的排放，同时也可能缓解员工面临的通勤挑战，例如缺乏公共交通基础设施或交通拥堵。

4.4 每全职等效员工排放

每FTE的排放量为33.2 MTCO₂e，远高于瑞士医院报告的平均3.2（最高7.1）MTCO₂e/FTE或加拿大一家医院报告的16–23 MTCO₂e/FTE。然而，一个重要区别是本研究包含了患者（4,672 MTCO₂e）和临床医生（1,027 MTCO₂e）的交通，而瑞士和加拿大的研究均未包含。从总排放中剔除患者交通和员工通勤后，结果为19.2 MTCO₂e/FTE，处于加拿大医院的范围内。

从宏观经济角度看，美国医疗行业的温室气体排放占国家排放的比例（8.5%）高于瑞士医疗行业（6.7%）。两国人均温室气体排放量的差异更为显著，美国为17.2 MTCO₂e，瑞士为4.5 MTCO₂e。这种碳强度的差异可能解释了为何OC的每FTE温室气体排放是瑞士医院的六倍之多。

4.5 每平方米排放

OC的每平方米排放量为每年0.6 MTCO₂e，而巴基斯坦旁遮普省公立医院的每平方米排放量为每年0.01–0.07 MTCO₂e。在剔除了巴基斯坦研究未包含的患者和临床医生交通后，OC的排放为每年0.4 MTCO₂e/平方米，仍是巴基斯坦医院的5到24倍。与瑞士医院的比较以及瑞士经济的碳强度类似，美国经济产生的温室气体排放几乎是巴基斯坦经济的8倍。

4.6 局限性

数据收集在OC启用并获得LEED银级认证后的18个月内完成。由于该建筑是为电气化和效率而设计和建造的，总排放可能低于普通骨科诊所。此外，在数据监测期间没有更换主要的临床或设施基础设施。

本分析具有所有依赖行业平均排放因子的碳足迹分析的局限性。其结果不能代表供应商的个体选择（例如，如果某个供应商已消除范围1和范围2排放，这不会反映在计算中）。为获得供应商特定的排放数据，建议机构在供应商合同中增加条款，要求提供与产品和服务流程相关的标准化排放和污染详细信息。

4.7 未来方向

可持续性原则与医疗系统的高价值医疗、以患者为中心的护理和循证医学的传统战略产生共鸣。需要全面了解医疗保健污染对患者结局的影响，包括护理服务和健康状况的恶化。医疗保健与污染的研究必须侧重于：（1）识别大的排放源；（2）根据健康系统影响污染产生的潜力对这些排放源进行分类；（3）制定消除医疗保健相关污染的通用战略。具体到本研究，研究者有兴趣观察远程医疗如何在骨科临床中更广泛地应用。

作为美国首批经过同行评审、包含范围3排放的独立门诊医疗设施温室气体清单研究之一，本研究填补了一个关键的数据空白。它也为寻求识别高排放强度领域以减少总排放、努力实现净零目标并维持卓越患者护理的健康系统提供了一个可复制的模型。