技术进步与CO2排放:基于跨国面板数据的经验分析

张兵兵 徐康宁

（东南大学经济管理学院，江苏南京 211189）

工业革命以来，伴随着工业化和城市化的进程，CO2排放量也急剧增加。据IEA的统计数据，2011年全球CO2排放量同比增加3.2%，达到316亿t，其中OECD等发达国家的CO2排放量减少了0.6%，而发展中国家的排放量却增加了6.1%，占据了所有新增排放量。中国、俄罗斯、印度占全球CO2排放总量的40%，持续走高的经济增长率及增加的能源消耗量是发展中国家CO2排放量增长的主要原因［1］。技术进步是影响CO2排放的关键因素，一方面它可以通过提高能源要素利用效率而减少CO2排放，另一方面它促进经济的快速增长又对能源产生新的需求，从而又增加了CO2排放。技术进步有狭义和广义之分。狭义的技术进步仅仅指科技创新，而广义技术进步除了包括科技创新外，还包括管理创新、制度创新等“软”技术进步［2］。本文应用规范的计量方法来研究不同经济发展水平国家的技术进步对CO2排放强度的影响如何，有什么样的方法或路径可以有效解决经济增长和CO2排放减少的“两难”问题?为研究方便，文中所指技术进步均为广义。

1 文献回顾

国内外关于技术进步对CO2排放影响研究的文献主要集中于两个方面:一是，将污染物排放纳入到经济增长模型的理论研究。相关研究又可划分为两类:一类是基于技术进步外生假定的新古典增长模型框架内分析经济增长对环境的影响。Jaffe等［3］认为内生技术进步对经济增长与环境关系问题的分析有重要启示，技术进步可能增加CO2排放也可能减少 CO2排放。Manne和 Richels［4］则更一步指出，忽视内生技术进步可能会夸大经济增长对环境的影响。Kemfert［5］的研究表明在没有技术进步的情况下，减排初期会导致产出量的大幅度减少，从而降低整体的福利，在有技术进步的情况下，产出降低的幅度会减小。Gerlagh［6］认为技术进步的价值体现在两个方面，一方面，它使得碳价格降低，从而降低了强制性减排的负担;另一方面，存在技术进步情境下的减排可能会产生学习收益，从而使得减排成本降低。Acemoglu等［7］将增长模型扩展为清洁与污染两个部门，进而考察了经济增长对CO2排放的影响，他们认为技术进步存在路径依赖。Angelopoulos等［8］在新古典框架下考察了具有不确定性的技术冲击和经济行为对环境的影响。另一类基于技术进步内生假定的内生经济增长模型。二是，基于经验数据检验的实证研究。朱勤等［9］利用扩展的IPAT模型发现技术进步对CO2排放作用不明显，经济增长增加了CO2排放。申萌等［10］在内生经济增长模型的基础上引入了技术进步对CO2排放的弹性，构建了技术进步、经济增长与CO2排放的理论模型，并利用中国1997－2009年的省级面板数据检验了中国整体及东、中、西部地区技术进步对CO2排放的影响及程度。姚西龙和于渤［11］的研究结果表明，技术进步对工业的CO2排放起到了抑制作用;行业结构变动则促进了工业的CO2排放，且不同地区之间存在着差异。郑丽琳和朱启贵［12］认为在生产技术和环保技术冲击的共同作用下，环保技术冲击的减排效应短期显著，而生产技术冲击的增长效应则长期占优，但两类冲击对全球污染存量变动的影响都十分微弱。

不难看出，不同的文献对于技术进步指标的衡量不相同，得出的结论也不尽一致。这是因为技术进步是一个无形的变量，如何对其有效衡量一直是经济学界的难题。技术进步对CO2排放强度的影响是一种全过程的影响，不应局限于生产过程中的某个（些）环节中。基于此，借鉴一般文献的通用做法，本文运用 DEA方法来测算Malmquist全要素生产率，并依据经济发展水平不同将全球66个国家划分为32个发达国家和34个发展中国家，并通过对其分解，分别计算出32个发达国家与34个发展中国家的技术进步指数，运用工具变量固定效应模型的方法，实证分析不同经济发展水平国家的技术进步对CO2排放强度的影响程度，从而获得有价值的结论。

2 模型建立和变量选取

2.1 技术进步指数的获取

DEA方法的基本思路是以非参数方法构造出最佳生产前沿面，所有观测点都位于这个前沿面之上或之下，然后将决策单元（DMU）的生产组合与最佳前沿面进行比较，进而得出各决策单元效率改进和技术进步的相关情况。具体地，令（xt，yt）表示时刻t的投入和产出。时刻t的生产技术由生产可能性集合定义Ft={（xt，yt）:可用于生产yt的所有xt}，此时，时刻t的生产可能性集合的产出距离函数为Dt（xt，yt）=inf{φ ＞0:（xt，yt/φ∈Ft）}，其中 D表示距离，inf表示集合的最大下限，θ表示技术效率，F表示生产可能前沿。这个函数给出了在t时期技术的情况下，给定xt，产出yt所能被放大倍数的倒数。特别的，Dt（xt，yt）≤1（（xt，yt）∈Ft），当且仅当（xt，yt）位于生产技术的前沿时Dt（xt，yt）=1。借助于距离函数我们可以进一步构造出Malmquist指数，以产出为基础的Malmquist指数呈现出如下形式:

2.2 核心解释变量:CO2排放强度

CO2排放强度，简称碳强度，是衡量一个地区经济活动的能源利用效率的指标，用一国或地区CO2排放量占GDP的比重来表示，记为CO2。CO2排放强度数据来源于世界银行国家发展金融数据库。它包含了样本国家生产生活过程中在消费固态、液态和气态燃料以及天然气燃烧时产生的CO2。

图1－2分别是32个发达国家和34个发展中国家的技术进步与CO2排放强度（kg/美元，2000美元价格）关系散点图。

从图1可以看到技术进步与CO2排放强度之间似乎存在负相关关系，这是否意味着技术进步可以有效降低CO2排放强度?图2显示，技术进步与CO2排放强度之间是非线性相关关系，是否说明针对经济发展水平不同的国家，技术进步对CO2排放的影响具有异质性?针对图1－2的疑问，有必要运用相关数据进一步实证分析。

图1 32个发达国家与地区的技术进步与CO2排放强度Fig.1 32 Technical progress and CO2emission intensity of 32 developed countries and region

图2 34个发展中国家的技术进步与CO2排放强度Fig.2 34 Technical Progress and CO2Emission Intensity of Developing Countries

2.3 变量指标的选取

若只考察技术进步对CO2排放强度的影响，虽然便于识别技术进步对CO2排放的净影响，但遗漏了其他重要解释变量如进口、出口和外国直接投资等因素对CO2排放的影响，可能造成估计结果的不稳和有偏。为了避免上述问题，本文将进口、经济开放度（出口和外国直接投资）等重要解释变量纳入到工具变量固定效应模型中。其中，CO2为因变量，人力资本为工具变量，技术进步、进口、出口、对外直接投资净额为自变量。各个指标选取及经济意义说明如下:

（1）进口。用一国或地区进口额占GDP的比重来表示，记为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应的进口商品，是一个能源和碳净进口国。

（2）出口。用一国或地区出口总额占GDP的比重来表示，记为EX。Cole和Elliott［15］将规模效应和技术效应合称为规模技术效应，研究发现，贸易自由化减少了SO2和BOD排放，但增加了CO2和NOX（氮氧化物）排放。

（3）外国直接投资。用一国或地区吸引外资净流入总额占GDP的比重来表示，记为 FDI。Jorgenson等［16］对FDI与东道国碳排放的关系进行考察，研究表明，FDI对不发达国家的碳排放具有显著的负面作用。

（4）人力资本。人力资本是实现持续性创新及经济长期增长的重要保障。本文采用以下方法来计算各个国家的人力资本HC，其计算公式为:

φ（E）是单位劳动力接受E年教育而使生产效率提高的比率，称之为教育回报率;L为一国总就业人数。

2.4 数据的来源与模型的构建

本文通过以下模型考察技术进步对CO2排放强度的影响:

选取的样本是全球66个国家，并依据联合国开发计划署（UNDP）2010年11月发布的《2010年人文发展报告》将其划分为32个发达国家和34个发展中国国家。i=1，……66和t=1990，……2011分别是截面和时间指标。数据来源为世界银行国家发展金融数据库、EIU国家数据库、中国经济信息数据库等。为了使数据具有可比性文中所有涉及到价格的变量指标均转换为2000年美元价格的真实水平。缺失数据的处理，主要采用线性插值法进行填补。

3 实证结果与理论解析

3.1 实证结果

考察技术进步对CO2排放强度的影响，还必须考虑到内生性问题。本文运用工具变量固定效应模型的方法来解决。具体方法为:用人力资本作为技术进步的工具变量，运用工具变量固定效应模型的方法对计量模型进行估计。其原理在于人力资本是实现持续性创新的重要保障，可以显著提高一国的技术进步水平，但人力资本的提升是一个缓慢而长期的过程，短期内不会给一国的技术进步带来显著的影响。

表1是工具变量固定效应模型的估计结果。第1列在未引入控制变量的情况下，发达国家的技术进步系数显著为负。不过，这种关系是否会因引入其它因素而发生变化?还需要引入相关变量后进行观察。第2列是引入相关变量的估计结果。不难发现，在引入了IM、EX和FDI等变量之后，技术进步对CO2排放强度的影响依然显著为负，这说明发达国家的技术进步可以有效降低CO2排放强度。第3列未引入控制变量时，发展中国家的技术进步变量的估计系数虽然为负但并不显著。第4列引入相关变量后，发展中国家的技术进步变量的估计系数依然不显著为负。这说明就发展中国家而言，技术进步对CO2排放的影响方向具有不确定性。

自从进入2000年以来，由于受到气候变化、持续走高的石油价格及两次世界性经济危机的影响，许多发达国家的CO2排放量已经减少。Oliver等［1］的研究表明，2011年发达国家的CO2排放量已经减少，如欧盟减少3%，美国减少2%，日本减少2%，仅占全球排放量的1/3，与增长率分别为9%和6%的中、印两国持平。由此可见，发达国家与发展国家的CO2排放有着明显的阶段性特征。为此，我们以2000年为界，对第一阶段（1991－2000年）和第二阶段（2001－2011年）的跨国数据进行分段回归估计。为了尽可能避免内生性问题对估计结果的影响，分阶段回归依然是基于工具变量固定效应模型。

分段估计的结果表明（见表2）:针对发达国家，两阶段时期内，技术进步对CO2排放的影响方向具有不确定性:1991－2000年，技术进步对CO2排放强度的影响不显著为正;2001－2011年，技术进步对CO2排放强度的影响显著为负即技术进步可以有效降低CO2排放强度。针对发展中国家，两阶段时期内，技术进步对CO2排放强度的影响方向也具有不确定性，其CO2排放强度系数为一正一负且均不显著。

3.2 理论解析

实证结果表明，不同经济发展水平的国家，技术进步对CO2排放强度的影响具有异质性特征。其可能的原因在于，发达国家与发展中国家技术进步的路径选择是不同的，而技术进步又存在一定的路径依赖。如果企业初始的获利技术是肮脏技术（“dirty”technology），那么企业新技术研发可能依旧是肮脏的新技术，就会增加CO2排放;反之，如果企业初始的获利技术是清洁技术，则新技术也可能是清洁型的，就能够减少CO2排放［17］。多数发达国家的工业化进程已经完成，并早已开始推广环保技术和倡导低碳生活理念，形成了对清洁技术的路径依赖，因此其技术进步可以有效降低CO2排放强度。

表1 技术进步对CO2排放强度影响的估计结果Tab.1 Estimate results of technical progress on carbon dioxide emissions intensity

表2 技术进步对CO2排放影响的分阶段估计结果Tab.2 Phases estimate results of technical progress on carbon dioxide emissions intensity

经济增长是发展中国家的首要任务，在初始生产技术的选择过程中，发展中国家迫于经济增长的压力，倾向选择容易获取利润的肮脏技术，继而极易形成对肮脏技术的路径依赖，伴随着经济发展水平的提高，能源消费的不断增加，必然会增加CO2排放量。与理论预期不一致的是回归结果却显示，发展中国家的CO2排放强度系数均不显著。其可能的原因:一是发展中国家内部对于初始技术进步的选择也具有异质性。经济发展水平相对较高的国家也倾向选择清洁技术，而经济发展水平相对较低的国家则倾向选择肮脏技术;二是样本区间。本文选取的样本区间是1991－2011年，这期间不同的发展中国家处于工业化发展的不同阶段，一些国家如中国、俄罗斯和南非等正处于工业化的后期，另一些国家如乌干达、突尼斯等可能还处于工业化进程中的初级阶段，阶段不同故而选择的技术类型也不同，因此造成发展中国家在整体上并不显著。

4 结论和启示

本文基于DEA的分析方法测算了Malmquist生产率指数，依据经济发展水平不同将全球66个国家划分为32个发达国家和34个发展中国家，并通过对其分解，分别计算出了32个发达国家与34个发展中国家的技术进步指数，运用工具变量固定效应模型的方法，实证检验了不同经济发展水平国家的技术进步对CO2排放强度的影响。结果表明:总体来看，技术进步对CO2排放强度的影响具有异质性的特征。发达国家的技术进步可以有效降低CO2排放强度，而发展中国家的技术进步对CO2排放强度的影响方向具有不确定性。分阶段考察显示，2000年之前，发达国家和发展中国家的CO2排放强度系数均不显著为正;2001年之后，技术进步对发达国家CO2排放强度的影响显著为负，而发展中国家不显著为负。产生异质性的原因可能是不同经济发展水平的国家对技术进步的路径选择不同及对各自选择技术的路径依赖。

针对上述结论，发展中国家想要摆脱对肮脏技术的路径依赖，需要做好以下几点:第一，注重环保技术的创新和升级，依靠清洁技术进步减少CO2的排放。第二，积极调整产业结构，大力发展低碳产业。工业尤其是重工业在GDP中占的比重较高是广大发展中国家CO2排放量持续上升的重要原因。因此，广大发展中国家应积极进行产业结构调整和优化升级，大力发展第三产业，走低碳节能型的工业化道路。第三，积极扶持新能源、节能材料企业发展，努力降低碳基能源和材料的使用。第四，转变消费观念，推广低碳消费。居民的低碳消费观念还尚未形成，发展中国家的政府应该加大低碳消费的宣传，让广大居民都行动起来，为减少CO2排放做出贡献。

（编辑:刘照胜）

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