技術(shù)進步與CO2排放:基于跨國面板數(shù)據(jù)的經(jīng)驗分析

張兵兵 徐康寧

（東南大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，江蘇南京 211189）

工業(yè)革命以來，伴隨著工業(yè)化和城市化的進程，CO2排放量也急劇增加。據(jù)IEA的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年全球CO2排放量同比增加3.2%，達到316億t，其中OECD等發(fā)達國家的CO2排放量減少了0.6%，而發(fā)展中國家的排放量卻增加了6.1%，占據(jù)了所有新增排放量。中國、俄羅斯、印度占全球CO2排放總量的40%，持續(xù)走高的經(jīng)濟增長率及增加的能源消耗量是發(fā)展中國家CO2排放量增長的主要原因［1］。技術(shù)進步是影響CO2排放的關(guān)鍵因素，一方面它可以通過提高能源要素利用效率而減少CO2排放，另一方面它促進經(jīng)濟的快速增長又對能源產(chǎn)生新的需求，從而又增加了CO2排放。技術(shù)進步有狹義和廣義之分。狹義的技術(shù)進步僅僅指科技創(chuàng)新，而廣義技術(shù)進步除了包括科技創(chuàng)新外，還包括管理創(chuàng)新、制度創(chuàng)新等“軟”技術(shù)進步［2］。本文應(yīng)用規(guī)范的計量方法來研究不同經(jīng)濟發(fā)展水平國家的技術(shù)進步對CO2排放強度的影響如何，有什么樣的方法或路徑可以有效解決經(jīng)濟增長和CO2排放減少的“兩難”問題?為研究方便，文中所指技術(shù)進步均為廣義。

1 文獻回顧

國內(nèi)外關(guān)于技術(shù)進步對CO2排放影響研究的文獻主要集中于兩個方面:一是，將污染物排放納入到經(jīng)濟增長模型的理論研究。相關(guān)研究又可劃分為兩類:一類是基于技術(shù)進步外生假定的新古典增長模型框架內(nèi)分析經(jīng)濟增長對環(huán)境的影響。Jaffe等［3］認為內(nèi)生技術(shù)進步對經(jīng)濟增長與環(huán)境關(guān)系問題的分析有重要啟示，技術(shù)進步可能增加CO2排放也可能減少 CO2排放。Manne和 Richels［4］則更一步指出，忽視內(nèi)生技術(shù)進步可能會夸大經(jīng)濟增長對環(huán)境的影響。Kemfert［5］的研究表明在沒有技術(shù)進步的情況下，減排初期會導(dǎo)致產(chǎn)出量的大幅度減少，從而降低整體的福利，在有技術(shù)進步的情況下，產(chǎn)出降低的幅度會減小。Gerlagh［6］認為技術(shù)進步的價值體現(xiàn)在兩個方面，一方面，它使得碳價格降低，從而降低了強制性減排的負擔(dān);另一方面，存在技術(shù)進步情境下的減排可能會產(chǎn)生學(xué)習(xí)收益，從而使得減排成本降低。Acemoglu等［7］將增長模型擴展為清潔與污染兩個部門，進而考察了經(jīng)濟增長對CO2排放的影響，他們認為技術(shù)進步存在路徑依賴。Angelopoulos等［8］在新古典框架下考察了具有不確定性的技術(shù)沖擊和經(jīng)濟行為對環(huán)境的影響。另一類基于技術(shù)進步內(nèi)生假定的內(nèi)生經(jīng)濟增長模型。二是，基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)檢驗的實證研究。朱勤等［9］利用擴展的IPAT模型發(fā)現(xiàn)技術(shù)進步對CO2排放作用不明顯，經(jīng)濟增長增加了CO2排放。申萌等［10］在內(nèi)生經(jīng)濟增長模型的基礎(chǔ)上引入了技術(shù)進步對CO2排放的彈性，構(gòu)建了技術(shù)進步、經(jīng)濟增長與CO2排放的理論模型，并利用中國1997－2009年的省級面板數(shù)據(jù)檢驗了中國整體及東、中、西部地區(qū)技術(shù)進步對CO2排放的影響及程度。姚西龍和于渤［11］的研究結(jié)果表明，技術(shù)進步對工業(yè)的CO2排放起到了抑制作用;行業(yè)結(jié)構(gòu)變動則促進了工業(yè)的CO2排放，且不同地區(qū)之間存在著差異。鄭麗琳和朱啟貴［12］認為在生產(chǎn)技術(shù)和環(huán)保技術(shù)沖擊的共同作用下，環(huán)保技術(shù)沖擊的減排效應(yīng)短期顯著，而生產(chǎn)技術(shù)沖擊的增長效應(yīng)則長期占優(yōu)，但兩類沖擊對全球污染存量變動的影響都十分微弱。

不難看出，不同的文獻對于技術(shù)進步指標的衡量不相同，得出的結(jié)論也不盡一致。這是因為技術(shù)進步是一個無形的變量，如何對其有效衡量一直是經(jīng)濟學(xué)界的難題。技術(shù)進步對CO2排放強度的影響是一種全過程的影響，不應(yīng)局限于生產(chǎn)過程中的某個（些）環(huán)節(jié)中?；诖耍梃b一般文獻的通用做法，本文運用 DEA方法來測算Malmquist全要素生產(chǎn)率，并依據(jù)經(jīng)濟發(fā)展水平不同將全球66個國家劃分為32個發(fā)達國家和34個發(fā)展中國家，并通過對其分解，分別計算出32個發(fā)達國家與34個發(fā)展中國家的技術(shù)進步指數(shù)，運用工具變量固定效應(yīng)模型的方法，實證分析不同經(jīng)濟發(fā)展水平國家的技術(shù)進步對CO2排放強度的影響程度，從而獲得有價值的結(jié)論。

2 模型建立和變量選取

2.1 技術(shù)進步指數(shù)的獲取

DEA方法的基本思路是以非參數(shù)方法構(gòu)造出最佳生產(chǎn)前沿面，所有觀測點都位于這個前沿面之上或之下，然后將決策單元（DMU）的生產(chǎn)組合與最佳前沿面進行比較，進而得出各決策單元效率改進和技術(shù)進步的相關(guān)情況。具體地，令（xt，yt）表示時刻t的投入和產(chǎn)出。時刻t的生產(chǎn)技術(shù)由生產(chǎn)可能性集合定義Ft={（xt，yt）:可用于生產(chǎn)yt的所有xt}，此時，時刻t的生產(chǎn)可能性集合的產(chǎn)出距離函數(shù)為Dt（xt，yt）=inf{φ ＞0:（xt，yt/φ∈Ft）}，其中 D表示距離，inf表示集合的最大下限，θ表示技術(shù)效率，F(xiàn)表示生產(chǎn)可能前沿。這個函數(shù)給出了在t時期技術(shù)的情況下，給定xt，產(chǎn)出yt所能被放大倍數(shù)的倒數(shù)。特別的，Dt（xt，yt）≤1（（xt，yt）∈Ft），當(dāng)且僅當(dāng)（xt，yt）位于生產(chǎn)技術(shù)的前沿時Dt（xt，yt）=1。借助于距離函數(shù)我們可以進一步構(gòu)造出Malmquist指數(shù)，以產(chǎn)出為基礎(chǔ)的Malmquist指數(shù)呈現(xiàn)出如下形式:

2.2 核心解釋變量:CO2排放強度

CO2排放強度，簡稱碳強度，是衡量一個地區(qū)經(jīng)濟活動的能源利用效率的指標，用一國或地區(qū)CO2排放量占GDP的比重來表示，記為CO2。CO2排放強度數(shù)據(jù)來源于世界銀行國家發(fā)展金融數(shù)據(jù)庫。它包含了樣本國家生產(chǎn)生活過程中在消費固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料以及天然氣燃燒時產(chǎn)生的CO2。

圖1－2分別是32個發(fā)達國家和34個發(fā)展中國家的技術(shù)進步與CO2排放強度（kg/美元，2000美元價格）關(guān)系散點圖。

從圖1可以看到技術(shù)進步與CO2排放強度之間似乎存在負相關(guān)關(guān)系，這是否意味著技術(shù)進步可以有效降低CO2排放強度?圖2顯示，技術(shù)進步與CO2排放強度之間是非線性相關(guān)關(guān)系，是否說明針對經(jīng)濟發(fā)展水平不同的國家，技術(shù)進步對CO2排放的影響具有異質(zhì)性?針對圖1－2的疑問，有必要運用相關(guān)數(shù)據(jù)進一步實證分析。

圖1 32個發(fā)達國家與地區(qū)的技術(shù)進步與CO2排放強度Fig.1 32 Technical progress and CO2emission intensity of 32 developed countries and region

圖2 34個發(fā)展中國家的技術(shù)進步與CO2排放強度Fig.2 34 Technical Progress and CO2Emission Intensity of Developing Countries

2.3 變量指標的選取

若只考察技術(shù)進步對CO2排放強度的影響，雖然便于識別技術(shù)進步對CO2排放的凈影響，但遺漏了其他重要解釋變量如進口、出口和外國直接投資等因素對CO2排放的影響，可能造成估計結(jié)果的不穩(wěn)和有偏。為了避免上述問題，本文將進口、經(jīng)濟開放度（出口和外國直接投資）等重要解釋變量納入到工具變量固定效應(yīng)模型中。其中，CO2為因變量，人力資本為工具變量，技術(shù)進步、進口、出口、對外直接投資凈額為自變量。各個指標選取及經(jīng)濟意義說明如下:

（1）進口。用一國或地區(qū)進口額占GDP的比重來表示，記為IM。Mukhopadhyay［14］曾指出印度出口的所有商品中的能源和碳含量小于相應(yīng)的進口商品，是一個能源和碳凈進口國。

（2）出口。用一國或地區(qū)出口總額占GDP的比重來表示，記為EX。Cole和Elliott［15］將規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)合稱為規(guī)模技術(shù)效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，貿(mào)易自由化減少了SO2和BOD排放，但增加了CO2和NOX（氮氧化物）排放。

（3）外國直接投資。用一國或地區(qū)吸引外資凈流入總額占GDP的比重來表示，記為 FDI。Jorgenson等［16］對FDI與東道國碳排放的關(guān)系進行考察，研究表明，F(xiàn)DI對不發(fā)達國家的碳排放具有顯著的負面作用。

（4）人力資本。人力資本是實現(xiàn)持續(xù)性創(chuàng)新及經(jīng)濟長期增長的重要保障。本文采用以下方法來計算各個國家的人力資本HC，其計算公式為:

φ（E）是單位勞動力接受E年教育而使生產(chǎn)效率提高的比率，稱之為教育回報率;L為一國總就業(yè)人數(shù)。

2.4 數(shù)據(jù)的來源與模型的構(gòu)建

本文通過以下模型考察技術(shù)進步對CO2排放強度的影響:

選取的樣本是全球66個國家，并依據(jù)聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）2010年11月發(fā)布的《2010年人文發(fā)展報告》將其劃分為32個發(fā)達國家和34個發(fā)展中國國家。i=1，……66和t=1990，……2011分別是截面和時間指標。數(shù)據(jù)來源為世界銀行國家發(fā)展金融數(shù)據(jù)庫、EIU國家數(shù)據(jù)庫、中國經(jīng)濟信息數(shù)據(jù)庫等。為了使數(shù)據(jù)具有可比性文中所有涉及到價格的變量指標均轉(zhuǎn)換為2000年美元價格的真實水平。缺失數(shù)據(jù)的處理，主要采用線性插值法進行填補。

3 實證結(jié)果與理論解析

3.1 實證結(jié)果

考察技術(shù)進步對CO2排放強度的影響，還必須考慮到內(nèi)生性問題。本文運用工具變量固定效應(yīng)模型的方法來解決。具體方法為:用人力資本作為技術(shù)進步的工具變量，運用工具變量固定效應(yīng)模型的方法對計量模型進行估計。其原理在于人力資本是實現(xiàn)持續(xù)性創(chuàng)新的重要保障，可以顯著提高一國的技術(shù)進步水平，但人力資本的提升是一個緩慢而長期的過程，短期內(nèi)不會給一國的技術(shù)進步帶來顯著的影響。

表1是工具變量固定效應(yīng)模型的估計結(jié)果。第1列在未引入控制變量的情況下，發(fā)達國家的技術(shù)進步系數(shù)顯著為負。不過，這種關(guān)系是否會因引入其它因素而發(fā)生變化?還需要引入相關(guān)變量后進行觀察。第2列是引入相關(guān)變量的估計結(jié)果。不難發(fā)現(xiàn)，在引入了IM、EX和FDI等變量之后，技術(shù)進步對CO2排放強度的影響依然顯著為負，這說明發(fā)達國家的技術(shù)進步可以有效降低CO2排放強度。第3列未引入控制變量時，發(fā)展中國家的技術(shù)進步變量的估計系數(shù)雖然為負但并不顯著。第4列引入相關(guān)變量后，發(fā)展中國家的技術(shù)進步變量的估計系數(shù)依然不顯著為負。這說明就發(fā)展中國家而言，技術(shù)進步對CO2排放的影響方向具有不確定性。

自從進入2000年以來，由于受到氣候變化、持續(xù)走高的石油價格及兩次世界性經(jīng)濟危機的影響，許多發(fā)達國家的CO2排放量已經(jīng)減少。Oliver等［1］的研究表明，2011年發(fā)達國家的CO2排放量已經(jīng)減少，如歐盟減少3%，美國減少2%，日本減少2%，僅占全球排放量的1/3，與增長率分別為9%和6%的中、印兩國持平。由此可見，發(fā)達國家與發(fā)展國家的CO2排放有著明顯的階段性特征。為此，我們以2000年為界，對第一階段（1991－2000年）和第二階段（2001－2011年）的跨國數(shù)據(jù)進行分段回歸估計。為了盡可能避免內(nèi)生性問題對估計結(jié)果的影響，分階段回歸依然是基于工具變量固定效應(yīng)模型。

分段估計的結(jié)果表明（見表2）:針對發(fā)達國家，兩階段時期內(nèi)，技術(shù)進步對CO2排放的影響方向具有不確定性:1991－2000年，技術(shù)進步對CO2排放強度的影響不顯著為正;2001－2011年，技術(shù)進步對CO2排放強度的影響顯著為負即技術(shù)進步可以有效降低CO2排放強度。針對發(fā)展中國家，兩階段時期內(nèi)，技術(shù)進步對CO2排放強度的影響方向也具有不確定性，其CO2排放強度系數(shù)為一正一負且均不顯著。

3.2 理論解析

實證結(jié)果表明，不同經(jīng)濟發(fā)展水平的國家，技術(shù)進步對CO2排放強度的影響具有異質(zhì)性特征。其可能的原因在于，發(fā)達國家與發(fā)展中國家技術(shù)進步的路徑選擇是不同的，而技術(shù)進步又存在一定的路徑依賴。如果企業(yè)初始的獲利技術(shù)是骯臟技術(shù)（“dirty”technology），那么企業(yè)新技術(shù)研發(fā)可能依舊是骯臟的新技術(shù)，就會增加CO2排放;反之，如果企業(yè)初始的獲利技術(shù)是清潔技術(shù)，則新技術(shù)也可能是清潔型的，就能夠減少CO2排放［17］。多數(shù)發(fā)達國家的工業(yè)化進程已經(jīng)完成，并早已開始推廣環(huán)保技術(shù)和倡導(dǎo)低碳生活理念，形成了對清潔技術(shù)的路徑依賴，因此其技術(shù)進步可以有效降低CO2排放強度。

表1 技術(shù)進步對CO2排放強度影響的估計結(jié)果Tab.1 Estimate results of technical progress on carbon dioxide emissions intensity

表2 技術(shù)進步對CO2排放影響的分階段估計結(jié)果Tab.2 Phases estimate results of technical progress on carbon dioxide emissions intensity

經(jīng)濟增長是發(fā)展中國家的首要任務(wù)，在初始生產(chǎn)技術(shù)的選擇過程中，發(fā)展中國家迫于經(jīng)濟增長的壓力，傾向選擇容易獲取利潤的骯臟技術(shù)，繼而極易形成對骯臟技術(shù)的路徑依賴，伴隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，能源消費的不斷增加，必然會增加CO2排放量。與理論預(yù)期不一致的是回歸結(jié)果卻顯示，發(fā)展中國家的CO2排放強度系數(shù)均不顯著。其可能的原因:一是發(fā)展中國家內(nèi)部對于初始技術(shù)進步的選擇也具有異質(zhì)性。經(jīng)濟發(fā)展水平相對較高的國家也傾向選擇清潔技術(shù)，而經(jīng)濟發(fā)展水平相對較低的國家則傾向選擇骯臟技術(shù);二是樣本區(qū)間。本文選取的樣本區(qū)間是1991－2011年，這期間不同的發(fā)展中國家處于工業(yè)化發(fā)展的不同階段，一些國家如中國、俄羅斯和南非等正處于工業(yè)化的后期，另一些國家如烏干達、突尼斯等可能還處于工業(yè)化進程中的初級階段，階段不同故而選擇的技術(shù)類型也不同，因此造成發(fā)展中國家在整體上并不顯著。

4 結(jié)論和啟示

本文基于DEA的分析方法測算了Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)，依據(jù)經(jīng)濟發(fā)展水平不同將全球66個國家劃分為32個發(fā)達國家和34個發(fā)展中國家，并通過對其分解，分別計算出了32個發(fā)達國家與34個發(fā)展中國家的技術(shù)進步指數(shù)，運用工具變量固定效應(yīng)模型的方法，實證檢驗了不同經(jīng)濟發(fā)展水平國家的技術(shù)進步對CO2排放強度的影響。結(jié)果表明:總體來看，技術(shù)進步對CO2排放強度的影響具有異質(zhì)性的特征。發(fā)達國家的技術(shù)進步可以有效降低CO2排放強度，而發(fā)展中國家的技術(shù)進步對CO2排放強度的影響方向具有不確定性。分階段考察顯示，2000年之前，發(fā)達國家和發(fā)展中國家的CO2排放強度系數(shù)均不顯著為正;2001年之后，技術(shù)進步對發(fā)達國家CO2排放強度的影響顯著為負，而發(fā)展中國家不顯著為負。產(chǎn)生異質(zhì)性的原因可能是不同經(jīng)濟發(fā)展水平的國家對技術(shù)進步的路徑選擇不同及對各自選擇技術(shù)的路徑依賴。

針對上述結(jié)論，發(fā)展中國家想要擺脫對骯臟技術(shù)的路徑依賴，需要做好以下幾點:第一，注重環(huán)保技術(shù)的創(chuàng)新和升級，依靠清潔技術(shù)進步減少CO2的排放。第二，積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)。工業(yè)尤其是重工業(yè)在GDP中占的比重較高是廣大發(fā)展中國家CO2排放量持續(xù)上升的重要原因。因此，廣大發(fā)展中國家應(yīng)積極進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，走低碳節(jié)能型的工業(yè)化道路。第三，積極扶持新能源、節(jié)能材料企業(yè)發(fā)展，努力降低碳基能源和材料的使用。第四，轉(zhuǎn)變消費觀念，推廣低碳消費。居民的低碳消費觀念還尚未形成，發(fā)展中國家的政府應(yīng)該加大低碳消費的宣傳，讓廣大居民都行動起來，為減少CO2排放做出貢獻。

（編輯:劉照勝）

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