绿色技术创新与碳排放效率:影响机制及回弹效应

随着全球经济高速发展,日益严重的温室效应对人类社会发展构成严重威胁,生态环境问题已成为全球性议题,如何有效控制二氧化碳和其它温室气体排放、减缓全球变暖进程,受到世界各国的高度关注。习近平主席在第75届联合国大会上指出,中国将采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。中国过去几十年的经济成就,得益于工业化进程带来的时代红利,然而粗放型、高耗能的工业发展模式给生态环境带来了巨大压力,对“双碳”目标实现提出了严峻挑战。为此,中共二十大提出,加快发展方式绿色转型,推动经济社会发展绿色化、低碳化。绿色技术创新作为绿色发展和创新驱动两大发展理念的结合点[1],对提高碳排放效率、推动产业绿色转型升级将发挥重要作用。国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确指出,要大力推进绿色技术创新,深化能源领域改革。因此,在当前实现“双碳”目标和推动经济高质量发展的背景下,研究绿色技术创新对碳排放效率的影响机理,不仅有利于从绿色技术创新角度探寻提高碳排放效率的有效途径,摆脱我国资源利用效率低、环境污染重的粗放型发展模式,而且对于加快产业结构绿色转型升级,构建绿色低碳循环发展的经济体系,进而实现“双碳”目标等具有重要的理论意义与实践价值。

推动绿色技术创新、实现绿色低碳转型,已成为我国构建新发展格局,适应新发展阶段的必然选择。技术创新的碳减排效应不仅受到国家的高度重视,也越来越受到学术界的普遍关注。从现有文献来看,目前关于技术创新对碳排放影响的研究主要存在两种代表性观点:一种观点认为技术创新对碳减排具有积极影响,传统的理论和实证研究均强调,技术进步是提升碳排放效率的重要驱动因素之一,尤其是企业研发活动被认为是影响碳排放效率的一个重要因素。蔺雪芹等[2]基于京津冀地区城市群数据,研究发现,提高工业研发投入强度对工业碳排放效率具有正向推动作用;Xu等[3]从数字投资视角探讨ICT资本如何影响碳排放效率,发现技术创新是提升碳排放效率的一条重要路径;李金凯等[4]通过研究我国八大经济区碳排放效率影响因素,亦肯定了科技创新对碳排放效率的提升作用。另一种观点则认为技术进步在提高能源效率、节约能源的同时,降低了单位产品成本与价格,促进经济增长,拉动产品市场需求,带来更多的能源消费[5],从而增加了碳排放量,即存在“回弹效应”,进而导致技术创新对碳排放效率的影响效应具有不确定性。如有学者基于中国35个工业行业数据,探讨技术进步通过影响经济增长与能源效率进而作用于碳减排的双刃效应,研究发现由技术效率提升带来的碳减排效应不能抵消其促进经济增长过程中带来的碳排放量增长效应,即存在回弹效应(金培振等,2014)。Gu等[6]利用中国内地30个省域的面板数据研究发现,能源技术进步对碳排放的影响有3种不同作用机制,即直接效应、回弹效应和技术效应。此外,Wu等[7]的研究也表明,由于回弹效应的存在,相对于经济增长规模,技术进步对提高碳排放效率的影响有限。

综上所述,已有研究围绕科技创新对碳排放的影响关系展开了系列理论与实践探索,并取得了丰富的研究成果,为正确理解二者关系提供了借鉴,但不容忽视的是,现有研究多集中于技术创新与碳排放关系,对绿色技术创新与碳排放效率关系的分析尚处于起步阶段。与已有研究相比,本文的边际贡献主要体现在3个方面:①从绿色专利类型视角切入,识别绿色技术创新提升碳排放效率的内在机理,同时,进一步探究发明型绿色技术创新与改进型绿色技术创新二者中何者更有利于提高碳排放效率;②引入环境规制、城镇化和产业结构高级化作为中介变量,对发明型和改进型绿色技术创新与碳排放效率关系间的传导机制进行分析,揭示发明型和改进型绿色技术创新推动碳排放效率提升的间接作用机制;③探讨不同类型绿色技术创新对碳排放效率的影响是否受到能源强度的调节作用,即探究不同类型绿色技术创新对碳排放效率的“回弹效应”,同时,进一步运用部分线性函数模型对“回弹效应”进行可视化分析。

1 理论分析与研究假设

1.1 绿色技术创新对碳排放效率的直接影响

绿色技术创新作为产业结构转型升级和实现高质量发展的重要推力,是实现“双碳”目标的关键引擎。借鉴徐建中等[8]的研究,本文将绿色技术创新细分为发明型绿色技术创新和改进型绿色技术创新。其中,发明型绿色技术创新是改进型绿色技术创新的基础,是一种一次创新,代表了企业在绿色技术方面的核心竞争力,其研发周期长,技术进步程度大;改进型绿色技术创新是在一次创新的基础上进行的改进型创新,更加突出技术的实用性,技术进步程度较小,研发周期较短。二者对碳排放效率的影响主要表现为:一方面,发明型绿色技术创新通过提出具有实质性特点和显著进步的技术方案,实现较大程度的技术进步,从而实现碳排放效率提升;另一方面,改进型绿色技术创新更多是通过学习效应和由发明型绿色技术创新带来的技术积累效应,对现有绿色技术进行消化、整合和利用[9],实现技术效率提升,从而达到提高碳排放效率目的。同时,由于我国东、中、西部地区的自然条件以及经济基础具有较大差异,因此不同绿色技术创新对碳排放效率的影响也存在显著的区域异质性。基于上述分析,本文提出以下研究假设:

H1:发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率均具有显著的提升作用;

H2:发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响存在显著的区域异质性。

1.2 绿色技术创新对碳排放效率的间接影响

在当前推进高质量发展的背景下,绿色生产已成为企业实现可持续发展的必要条件。伴随企业科技研发投入不断增加,当其绿色技术创新能力达到现有环境规制水平时,为鼓励企业进行技术探索,政府会根据行业现有绿色技术水平,调整环境规制内容和标准[10],因此绿色技术创新是影响环境规制的重要因素。同时,根据“波特假说”,合理的环境规制强度会激发“创新补偿”效应,推动企业技术进步,而生产技术进步可以在保持碳排放量不变的前提下提高经济产出或是在经济产出不变的情况下降低碳排放量,进而实现碳排放效率提升。因此,绿色技术创新会通过提高环境规制水平进而提升碳排放效率。

绿色技术创新不仅有助于提高企业内部生产效率,而且随着要素流动,人口和产业不断向城市集聚,形成城市对周边地区的“虹吸效应”,促进区域城镇化。随着城镇化水平不断提高,由其带来的规模效应和协同效应将推动各地区形成绿色、低碳的新型发展模式。一方面,相对于分散的生产模式,城镇化有利于形成更加专业化的产业集群,可以通过共享、匹配、学习等机制有效降低企业生产成本[11],促进能源集中利用,降低能源损失,有效提高碳排放效率;另一方面,在高密度城市中生产和生活区域的空间布局更紧凑,促使能源使用效率、公共基础设施利用效率通过规模效应以及城市产业的协同效应得到提升,进而降低能源消耗,提高碳排放效率。

绿色技术创新的溢出效应会促进产业结构优化,推动劳动密集型和资源密集型行业转变为技术密集型行业,促进产业结构跃迁,实现产业结构高级化。同时,产业结构高级化也会推动生产要素在部门间重新配置,使得生产要素从低生产效率部门流向高生产效率部门,形成产业结构高级化并带来“结构红利”(李翔等,2019),进而优化能源消费结构,提高要素和资源利用效率,最终实现碳排放效率提升。

基于上述分析,本文提出研究假设:

H3:环境规制在发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响中均具有中介效应;

H4:城镇化在发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响中均具有中介效应;

H5:产业结构高级化在发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响中均具有中介效应。

1.3 绿色技术创新对碳排放效率的“回弹效应”

绿色技术创新不仅有助于降低能源利用强度,提高碳排放效率,而且可能带来由绿色技术创新引起的“能源回弹效应”,从而导致碳排放“回弹效应”出现:一方面,由绿色技术创新引起的能源技术变革可以通过其产生的技术促进效应降低能源使用强度,从而减少能源消耗,同时,也会通过形成资源替代效应,优化能源结构,降低传统能源消耗,产生能源节约。另一方面,绿色技术创新由于提高了全要素生产率,降低了生产成本,会带来投资创造效应,促使企业扩大产出规模,从而进一步增加能源消耗。企业生产成本降低也会导致产品价格下降,由此带来经济增长效应,刺激市场对能源的需求,增加能源消费。当由绿色技术创新产生的能源节约量被能源需求的增加量冲抵或部分冲抵时,就会产生“能源回弹效应”,导致能源消耗增大,进而降低碳排放效率。此外,由于发明型绿色技术创新的技术进步程度大,因此其引致的“回弹效应”将大于改进型绿色技术创新。基于此,本文进一步提出研究假设:

H6:发明型绿色技术创新和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响也存在一定“回弹效应”,且发明型绿色技术创新引致的“回弹效应”更显著。

综上所述,绿色技术创新对碳排放效率的影响机理可用图1表示。

2 实证模型与变量说明

2.1 实证模型构建

为了实证分析不同绿色技术创新(发明型和改进型绿色技术创新)对碳排放效率的影响,本文构建如下计量模型:

lnCeeit=α0+βlnIngtiit+∑γlnXit+εit

lnCeeit=α0+βlnImgtiit+∑γlnXit+εit

其中,Cee为被解释变量,表示碳排放效率;Ingti和Imgti为解释变量,分别表示发明型绿色技术创新和改进型绿色技术创新;X为控制变量,表示影响碳排放效率的其它重要因素;α为常数项,ε为随机误差项;β为解释变量所对应系数,γ为控制变量所对应系数,下标i和t分别表示省份与年份。

2.2 变量说明与数据来源

(1)碳排放效率(Cee)。借鉴杨浩昌等(2021)的做法,本文采用Super-DEA模型进行测度。其中,资本投入指标采用永续盘存法计算,劳动投入指标采用各省域每年就业人数衡量,能源投入指标采用各省域能源消费量表示,期望产出指标采用各省域历年GDP衡量,非期望产出指标采用各省域二氧化碳排放总量衡量。由于碳排放总量指标为逆向指标,因此在计算时,借鉴孙静等(2019)的做法,对其取倒数。

(2)绿色技术创新。借鉴徐建中等[8]的做法,分别采用绿色发明专利申请数量、绿色实用新型专利申请数量表征发明型绿色技术创新(Ingti)和改进型绿色技术创新(Imgti)。

(3)控制变量。能源强度(Ei)采用单位GDP的能源消费量表示,经济发展水平(Pgdp)采用人均GDP表示。同时,为了进一步检验经济发展水平与碳排放效率之间是否存在“环境库兹涅茨假说”,引入经济发展水平的二次项。能源消费结构(Ecs),借鉴金培振等(2014)的做法,采用煤炭消费量占能源消费总量的比例表示,外商投资(FDI)采用外商直接投资额占GDP的比重表示,产业结构(Is)采用第二产业增加值占GDP的比重表示。

(4)中介变量。环境规制(Er),借鉴原毅军和陈喆(2019)的做法,采用污染治理投资额占GDP的比重表示环境规制。城镇化(Urb),采用年末城镇人口与常住人口的比值表示。产业结构高级化(Ais),采用产业结构高级化综合指数衡量,该指数测度参考付凌晖[12]的方法计算。

数据来源于《中国统计年鉴》(2006-2020)、《中国能源统计年鉴》(2006-2020)、《中国工业统计年鉴》(2006-2020)、《中国环境统计年鉴》(2006-2020)。其中,绿色技术创新数据来源于国家知识产权数据库,利用WIPO的国际专利分类绿色清单进行匹配。个别年份中缺失的数据,采用相邻年份的平均值予以补充。

3 实证结果及分析

3.1 总体分析

基于2006-2020年中国内地30个省域面板数据,首先对发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响进行总体回归分析,结果见表1。

经过F检验(Prob>F=0.000)和Hausman检验(Prob>chi2=0.000),本文最终在采用固定效应模型(FE)估计结果的基础上讨论总体回归分析。由表1中第2列和第5列可以发现:发明型绿色技术创新对碳排放效率的影响系数为0.070>0,且在1%的水平上显著,同时,改进型绿色技术创的影响系数为0.088>0且通过1%水平下的显著性检验。这表明从总体上看,发明型和改进型绿色技术创新均有利于促进碳排放效率提高,但改进型绿色技术创新对碳排放效率的提升作用更大,研究假设H1得到验证。其主要原因可能在于:相对于研发周期长、投入成本大、对技术突破性要求较高的一次创新来说,研发周期短、对创造性要求不高、实用性较强的二次创新更能显著提高企业碳排放效率[13]。

在控制变量中:①经济发展水平的一次项系数均在1%的水平下显著为负,二次项系数均在1%的水平下显著为正,表明经济发展水平与碳排放效率之间存在明显的“U型”曲线关系,在一定程度上支持了“环境库兹涅茨假说”;②能源强度系数在1%的水平下显著为负,表明当能源使用强度过大时,会降低碳排放效率;③能源消费结构系数在1%的水平下显著为负,表明过多的煤炭消费量会降低碳排放效率;④产业结构对碳排放效率的估计系数显著为正,表明从总体上看,产业结构优化会提高碳排放效率,其主要原因可能在于伴随我国工业化进程,产业内部通过技术创新实现由劳动密集型、资源密集型行业转向技术密集型行业,生产要素由低效率部门流向高效率部门[14],提高了碳排放效率;⑤外商投资对碳排放效率的估计系数显著为负,表明外商投资对碳排放效率起抑制作用,从而在一定程度上支持了“污染避难所假说”。

3.2 分区域分析

为了进一步探究发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响在不同区域是否存在异质性,本文将全国划分为东、中、西部地区,分别进行实证研究,结果见表2。

由表2中第1、3、5列可见,发明型绿色技术创新对碳排放效率的影响存在显著的区域异质性。其中,在东部和西部地区,发明型绿色技术创新对碳排放效率的影响系数在5%的水平下均显著为正,而在中部地区,虽然发明型绿色技术创新的影响系数为正,但并不显著。由表2中第2、4、6列可见,在东部地区,改进型绿色技术创新在1%的水平下显著为正;在西部地区,在10%的水平下也显著为正;而在中部地区不显著。这表明,在东部地区和西部地区,发明型和改进型绿色技术创新均有利于显著提升碳排放效率,而在中部地区不存在促进作用,出现了“中部塌陷”现象,即具有明显的区域异质性,因此研究假设H2得到验证。其原因可能在于:我国东部地区经济发展水平高,具有显著的区位、技术和人才优势,同时也是我国对外开放的“高地”,因此其绿色技术创新水平整体较高。西部地区则凭借其在绿色低碳发展方面独特的资源环境禀赋和国家科技创新政策的大力扶持,推动区域整体绿色技术创新水平不断提高。而中部地区本土企业多为重工业和高耗能企业,对能源的依赖性较大,因此在中部地区发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的促进作用均不明显。

3.3 不同类型绿色技术创新对碳排放效率的影响机理检验

通过前文的理论分析可知,发明型与改进型绿色技术创新将分别通过环境规制、城镇化以及产业结构高级化3条路径间接影响碳排放效率,本文通过构建中介效应模型对上述3种影响机制进行实证检验。本文的中介效应检验方程设定如下:

(1)当自变量为发明型绿色技术创新(Ingti)时:

lnMediationit=ρ0+β′lnIngtiit+∑γ′lnXit+εit′

(2)当自变量为改进型绿色技术创新(Imgti)时:

lnMediationit=ρ0+β′lnImgtiit+∑γ′lnXit+εit′

其中,主效应检验回归方程与总体回归方程一致,中介变量Mediation包括环境规制(Er)、城镇化(Urb)和产业结构高级化(Ais)3个变量;X为控制变量;其余符号意义同式(1)。中介效应检验结果见表3、表4。

由表3可见,一方面,发明型绿色技术创新对碳排放效率的回归系数为0.070,且在1%的水平下显著为正,主效应得到验证。分别以环境规制、城镇化和产业结构高级化作为中介变量,与发明型绿色技术创新进行回归,由表中第2、5、8列可知,发明型绿色技术创新对3个中介变量均有显著促进作用,其回归系数分别为0.220、0.016、0.004。由第3、6、9列可知,将解释变量与中介变量同时纳入回归模型,发明型绿色技术创新的回归系数分别为0.067、0.078、0.065,与主效应回归中的系数相比,当中介变量为环境规制和产业结构高级化时,回归系数有所下降,当中介变量为城镇化时,回归系数有所上升但仍保持1%水平下的显著性,且中介变量的回归系数分别为0.013、-0.509、1.580。这表明环境规制和产业结构高级化在发明型绿色技术创新对碳排放效率的影响中存在部分中介效应,中介效应占比分别为4.03%、7.99%,而城镇化则存在遮掩效应,遮掩效应占比为10.38%。同理,由表4可发现,环境规制和产业结构高级化在改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响中也存在部分中介效应,中介效应占比分别为3.27%、12.23%,而城镇化亦存在遮掩效应,遮掩效应占比为19.93%。

综上所述,环境规制和产业结构高级化在发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响中均存在部分中介效应,而城镇化则存在遮掩效应,研究假设H3和H5得到验证,H4没有得到验证。这可能是由于我国现阶段城镇化水平较低,随着产业和人口不断向城市集聚,引起企业经济规模扩大和人口消费需求增加,导致能源需求也增大,从而降低碳排放效率,因此存在遮掩效应。

3.4 不同类型绿色技术创新对碳排放效率的“回弹效应”检验

3.4.1 加入交互项的回归模型

为了检验发明型和改进型绿色技术进步对碳排放效率是否存在“回弹效应”,借鉴Gu等[15]的做法,分别引入发明型绿色技术创新、改进型绿色技术创新与能源强度的交互项,建立如下模型:

lnCeeit=α0+β1lnIngtiit+β2lnIngtiit×lnEiit+β3lnEiit+∑λlnXit+εit

lnCeeit=α0+β1lnImgtiit+β2lnImgtiit×lnEiit+β3lnEiit+∑λlnXit+εit

其中,式(7)和式(8)分别为检验发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率是否存在“回弹效应”的计量模型。回归结果见表5。

由表5可见:首先,在没有加入其它控制变量时,发明型和改进型绿色技术创新与能源强度的交互项均在1%的水平下显著为负,加入其它控制变量后,仍在1%的水平下显著为负,表明研究结果具有较强稳健性。其次,根据回归结果,可以发现,能源强度负向调节发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的促进作用。此外,发明型绿色技术创新与能源强度交互项估计系数的绝对值大于改进型绿色技术创新与能源强度交互项估计系数的绝对值。这表明发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响均存在“回弹效应”,且发明型绿色技术创新对碳排放效率的回弹作用大于改进型绿色技术创新,因此研究假设H6成立。

3.4.2 部分线性函数模型

为了进一步可视化分析能源强度对发明型和改进型绿色技术创新的调节作用,并估计发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的非线性影响,采用部分线性函数型系数模型(PLFCM)对其进行回归分析。模型设定如下:

lnCeeit=γ0+lnIngtiit×g(lnEiit)+∑λklnXit+εit

lnCeeit=γ0+lnImgtiit×g(lnEiit)+∑λklnXit+εit

式(9)和(10)中的g(·)是lnEiit的未知方程,分别表示发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的非参数影响,其余变量解释与上文一致。

实证结果如图2所示,图中实线和虚线分别为发明型与改进型绿色技术创新的边际效果曲线及其95%置信区间边界。由图2可知,发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的边际影响随着能源强度提高呈现出由促进转为抑制的发展趋势,且其对碳排放效率的抑制程度整体大于改进型绿色技术创新。这支持了交互项的结论,即能源强度负向调节发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的促进作用,存在“回弹效应”,且发明型绿色技术创新对碳排放效率的回弹作用大于改进型绿色技术创新。

4 结论与政策启示

基于发明型与改进型绿色技术创新视角,采用2006-2020年我国内地30个省级地区的面板数据,研究发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响,得出以下结论:

(1)发明型和改进型绿色技术创新在整体上均有利于促进碳排放效率提高,且改进型绿色技术创新对碳排放效率的提升作用更大。从区域层面来看,发明型和改进型绿色技术创新显著促进东部、西部地区碳排放效率提升,且改进型绿色技术创新的促进作用更大,但是对中部地区的作用不显著。

(2)环境规制和产业结构高级化在发明型与改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响中均存在部分中介效应,而城镇化在其中存在遮掩效应。

(3)发明型和改进型绿色技术创新对碳排放效率的影响受到能源强度的调节作用,其边际影响随着能源强度提高呈现出由促进转为抑制的发展趋势,同时,发明型绿色技术创新对碳排放效率的“回弹效应”大于改进型绿色技术创新。

上述研究结论为推动我国经济绿色低碳转型,进而实现“双碳”目标提供了以下政策启示:

第一,实施国家主导和区域协同的空间战略布局,不断激发绿色技术创新的碳减排效应。一方面,东部地区应该充分发挥自身发展优势,在绿色技术领域培育和建设技术创新中心,形成对中西部地区的辐射效应;另一方面,中西部地区作为我国重要的工业产业集聚地,应该依托自身优势,持续构建产学研深度融合的绿色技术创新体系,加强现代绿色技术与区域特色资源的创新融合。此外,应坚持“全国一盘棋”,强化顶层制度设计,加快形成绿色技术创新链与产业链高效协同的绿色技术创新生态系统。

第二,进一步挖掘产业结构高级化和环境规制的碳减排效应。一是完善环境规制方式,形成从政府干预到市场激励再到公众参与的全社会监督流程,发挥政府、企业和公民等的正向激励效应;二是持续优化产业结构,加快大数据、人工智能等数字技术建设,促进数字经济和数字技术向传统高耗能产业渗透。此外,在推进城镇化过程中,各地区也要注重提高资源配置效率,推动产业集约化发展,加快新型城镇化建设。

第三,各地区应以可再生能源为抓手,加快推动能源消费结构绿色低碳转型,解决回弹效应产生的根源问题,同时,构建市场机制与行政机制相互协调的碳减排政策体系,合理规划企业碳配额,改善企业能源使用状况,实现绿色技术创新效用最大化。

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