技术进步经济增长与二氧化碳排放.docx

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技术进步经济增长与二氧化碳排放

技术进步、经济增长与二氧化碳排放：

理论和经验研究

申萌李凯杰曲如晓

【内容提要】本文在Aghion和Howitt（1992）内生增长模型的基础上引入了技术进步对二氧化碳排放的弹性，构建了技术进步、经济增长与二氧化碳排放的理论模型，综合考察了技术进步对二氧化碳排放的直接效应和间接效应，分析了技术进步既可以实现经济增长又可以实现二氧化碳减排的条件，并且识别了不可测量的技术进步。

此外，本文还利用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二氧化碳排放的影响及程度。

研究结果表明：

虽然中国技术进步对二氧化碳排放的弹性为负，技术进步的直接效应为负，但其程度不足以抵消技术进步对二氧化碳排放的正向间接效应，最终导致二氧化碳排放增加；中国目前的技术进步还不能同时实现经济增长和二氧化碳减排；东、中、西部地区技术进步对二氧化碳排放影响存在较大差异。

【关键词】技术进步经济增长二氧化碳排放

一引言

改革开放以来，中国经济得到了快速发展，但同时也带来了二氧化碳排放的急剧增加。

根据世界银行2011年发布的《世界发展指标》，1978～2008年，中国的二氧化碳排放量从14.6亿吨增加到了70.3亿吨，增幅达381.5%，成为世界第一大二氧化碳排放国。

2011年通过的“十二五”规划纲要明确指出，到2015年中国的单位GDP碳排放将比2010年下降17%，减少二氧化碳排放成为中国的一个重要任务。

中国作为一个发展中国家，主要任务仍是保持长期的经济增长，而随着经济的增长，二氧化碳排放量可能会持续增加。

如何既保持经济增长又减少二氧化碳排放成为摆在中国面前的一个现实问题。

技术进步是影响经济增长和二氧化碳排放关系的关键因素。

首先，技术进步是经济持续增长的主要动力；其次，技术进步可能增加二氧化碳排放也可能减少二氧化碳排放（Jaffe等，2002）。

它可以通过两条途径影响二氧化碳排放：

一是技术进步带动经济增长间接影响二氧化碳排放，即“技术进步-经济增长-二氧化碳排放”，这是技术进步对二氧化碳排放的间接效应；另一是技术进步本身可以直接影响二氧化碳排放，即“技术进步-二氧化碳排放”，这是技术进步对二氧化碳排放的直接效应。

但是这种直接效应的影响方向不确定，因为技术进步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，那么企业新技术研发可能依旧是肮脏的新技术，就会增加二氧化碳排放；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，就能够减少二氧化碳排放（Acemoglu等，2009）。

技术进步对二氧化碳排放的综合效应是什么?

在什么条件下既可以保证经济增长又能减少二氧化碳排放?

本文将构建技术进步、经济增长和二氧化碳排放的理论模型来分析解决以上两个问题。

中国的技术进步对二氧化碳排放的影响如何，是否实现了经济增长和减少排放的目标?

本文将在理论模型基础上，利用省际面板数据进行经验检验并回答上述问题。

本文其余章节安排如下：

第二部分为文献综述；第三部分为理论模型的构建，我们在Aghion和Howitt（1992）内生增长模型的基础上推导出二氧化碳排放增长率与GDP增长率之间的关系，从中得到技术进步、经济增长对二氧化碳排放的影响；第四部分为经验研究方法及数据介绍；第五部分为结果分析；最后是本文结论。

二文献综述

关于技术进步、经济增长和二氧化碳排放的研究主要分为两类：

一类是将污染排放纳入增长模型的理论研究。

早期的研究多是在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。

Nordhaus（1974、1977）分析了经济增长对环境的影响之后，又扩展了新古典Ramsey模型（Nordhaus，1993），构建了气候变化和经济的动态综合模型（dynamicintegratedmodelofclimatechangeandtheeconomy，DICEmodel），用于分析经济增长和环境的相互关系。

Forster（1980）、Selden和Song（1995）、Dinda（2005）以及陆呖和郭路（2008）都是在新古典增长模型内分析了经济增长对污染排放的影响。

很多经验研究证实了内生技术进步的存在（Newell等，1999；Popp，2002），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（Jaffe等，2002），忽视内生技术进步可能会夸大经济增长对环境的影响（SueWing，2003；Manne和Richels，2004）。

大量研究开始在内生增长模型框架下考察经济增长和环境关系，代表性文献有Nordhaus（2002）、DiMafia和Valente（2006）以及Gfimaud和Rouge（2008）。

Acemoglu等（2009）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二氧化碳排放的影响，他们认为技术进步存在路径依赖，如果企业已经在污染部门大量创新，则企业未来依然会选择污染部门进行技术创新，导致二氧化碳排放增加。

但是上述研究均是遵循“技术进步-经济增长-二氧化碳排放”的路径，并没有考虑技术进步对二氧化碳排放的直接效应，更没有综合考虑“技术进步-经济增长-二氧化碳排放”和“技术进步-二氧化碳排放”两条路径的效应。

另一类是经验研究，主要包括基于人口、富裕程度和技术的环境影响模型（IPAT）的分析和对环境库兹涅茨曲线假说的验证。

Ehrlich和Holden（1971）首先提出了IPAT模型，认为影响环境的因素包括人口（P）、富裕程度（A）和技术（T）。

Dietz和Rosa（1994）在IPAT模型基础上引入随机因素，扩展了该模型。

一些研究利用扩展模型考察了技术进步、经济增长对二氧化碳碳排放的影响。

朱勤等（2010）利用该模型发现技术进步对二氧化碳排放作用不明显，经济增长增加了二氧化碳排放；李国志和李宗植（2010）则认为技术进步减少了二氧化碳排放。

而环境库兹涅茨曲线（Environ-mentalKuzIletsCurve，EKC）假说始于Grossman和Krueger（1991）对经济增长与污染排放之间关系的经验分析，他们认为经济增长和污染排放之间呈倒U型关系，称为“EKC假说”，其中污染排放的下降主要源于技术效应的增强。

Holtz-Eakin和Selden（1995）、Richmond和Kaufmann（2006）以及He和Richard（2010）用该假说验证了技术进步、经济增长和二氧化碳排放的关系。

韩玉军和陆旸（2009）、林伯强和蒋竺均（2009）以及许广月和宋德勇（2010）则利用中国的数据对二氧化碳排放的环境库兹涅茨曲线做了有益研究，但因采用的数据和方法有所不同，得出的结果也存在较大差异。

这些研究均从数据出发，缺乏理论基础，而且由于技术进步的不可观测，多数研究是使用代理变量来表示技术进步，不能准确反映它对二氧化碳排放的影响。

上述研究有利于我们理解技术进步、经济增长和二氧化碳排放的关系，但在统一框架下考察三者关系的文献相对缺乏，尚没有综合考察技术进步对二氧化碳排放的直接效应和间接效应的研究。

基于此，本文在Aghion和Howitt（1992）的内生增长模型基础上，构建了技术进步、经济增长与二氧化碳排放关系的理论模型，综合考察“技术进步-经济增长-二氧化碳排放”和“技术进步-二氧化碳排放”两条路径，分析技术进步既可以实现经济增长又可以实现二氧化碳减排的条件，并利用省级面板数据检验中国整体及东、中、西部地区1997～2009年技术进步对二氧化碳排放的影响及程度。

三技术进步、经济增长与二氧化碳排放的理论模型构建

（一）二氧化碳排放技术弹性的经济内涵

本节在Aghion和Howitt（1992）模型的基础上建立了一个包含最终产品、中间产品和研发三部门的模型来讨论技术进步、经济增长和二氧化碳排放之间的关系。

为方便分析，假设一个代表性消费者经济体，居民消费最终产品。

消费者终身效用函数为：

其中，r代表时间贴现率，同时也是市场利率；ct代表居民在t时刻的消费量。

最终品的生产函数服从科布-道格拉斯（C-D）形式，区域i的生产函数可以表示为：

其中，Yit代表区域i在t时刻的最终产品；Ait代表在t时刻劳动节约型技术进步；Lit代表劳动力。

xijt代表区域i的第j种中间品。

qijt代表中间品j的生产技术先进程度。

最终产品可以用来消费、投资及中间品生产。

中间品种类繁多，所有中间品以最终产品为单位来衡量。

另外假设每生产1单位中间品，需要投入1单位最终产品。

我们假设二氧化碳排放仅来自于中间品的生产过程。

不同的中间产品部门的二氧化碳排放量不同，主要受部门排放强度以及中间产品数量的影响，具体表述为：

其中，Eijt代表区域i部门j在t时刻的二氧化碳排放量，βit代表t时刻区域i的单位能源排放系数，它与地区的能源价格和能源结构直接相关，因此没有下标j。

qλijt为部门排放强度，衡量了技术进步对二氧化碳排放的直接效应，与部门j的产品先进程度和区域技术进步弹性λ相关。

二氧化碳排放的技术弹性是指在其他因素不变的前提下，以单位最终产品价值衡量的技术进步变化1%时，二氧化碳排放变化的百分比。

出于模型可计量的考虑，我们假设区域内各部门的技术弹性相同，即我们考虑的是在某一区域的某一时间段内技术弹性的平均值。

（二）二氧化碳排放的技术效应

中间品需求弹性被生产函数给定，均为1/（1-α）；因此，所有中间品在任意时刻的价格为：

（4）式说明所有以单位最终产品衡量的中间品的价值均相同，与技术水平无直接联系。

其经济学意义在于生产函数确定了所有中间产品之间并不存在替代关系，因此种类之间的质量差并不影响不同种类中间品的价值。

根据生产函数可得到中间品的需求曲线以及式（4）可以得到所有中间品的生产量服从以下关系：

将（5）式带入

（2）式可以得到最终产品Yit以及国内生产总值（GDP）。

由于最终产品可以用于消费、投资和中间品生产，所以GDP等于最终产品Yit减去用于生产中间品的部分，即GDP函数为：

将（6）式带入（3）式可以得到t时刻区域i的二氧化碳排放函数：

其中，Ω同样为关于α的常数（Ω=a2/（1-a））。

可以看到，区域i的总排放是有效劳动和生产技术加权的函数。

将t时刻区域i的二氧化碳排放和GDP相比，可以得出t时刻区域i单位GDP的二氧化碳排放量：

进一步地，我们可以将二氧化碳排放分解为能源结构效应、规模效应和技术进步对二氧化碳排放的直接效应。

从（9）式可以看出，经济增长带来了二氧化碳排放的增加，技术进步对二氧化碳排放的直接效应则取决于λ值的大小。

若指数λ小于（或等于）0，则技术进步会带来二氧化碳排放的减少（或不变）。

由此，我们可以得出本文的命题1。

命题1当λ<0时，技术进步对二氧化碳排放的直接效应为负，即技术进步会减少二氧化碳排放；当λ>0时，技术进步对二氧化碳排放的直接效应为正，即技术进步会增加二氧化碳排放。

（三）技术进步、经济增长与二氧化碳排放的关系

假设各行业都有一定量活跃的企业家向该行业引进先进的技术，成功引进先进技术的企业家可以进行垄断定价以最大化利润，其他企业均被淘汰。

假设同一区域内技术引进的效率相同，即同一地区的所有行业每次成功的技术引进对质量增进相同，为τit。

新技术的引入需要花费一定的成本，在不同区域，社会环境差异也会影响行业新技术引入成功的概率。

同时，更高技术水平的行业也意味着更难引入新技术，新技术引入成功的概率也就越低。

假设引入成功的概率服从泊松分布，在单位时间dt区域i行业j成功的概率Pijt为：

其中，ηit代表区域i引入新技术的社会环境因素，比如政府的政策等。

zijt代表引入新技术的投入，来源于最终产品。

根据中间的生产量和价格，可以得到企业j的垄断利润为：

对于风险中性的企业而言，他们将最大化引入技术的现值以确定投入的大小。

企业的利润现值定义如下