| 数字经济背景下我国制造业低碳发展路径选择 |
| 陈晓东，刘冰冰 2022-11-02 |
| 摘 要： |
数字经济对我国制造业低碳发展产生了积极的重塑作用，从产业结构、能源使用效率、低碳生产过程和低碳消费四个方面助力制造业低碳发展。文章建立碳经济�数字经济�产业结构�能源消费结构�生态约束系统的耦合协调模型，研究发现我国制造业低碳发展经历了由中度失调到优质协调的转变，实现了由低水平相互制约到高水平相互促进发展态势的升级，并且数字经济系统推动了各子系统耦合协调度等级的攀升。为实现制造业低碳发展，提出从制造业产业结构转型、能源消费结构转变和利用数字技术推动制造业低碳转型等路径实现我国低碳经济系统的良性循环。 |
| 关键词： |
数字经济，制造业，低碳发展，耦合协调模型，路径选择 |
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一、引言
世界各国工业化进程、资源禀赋等方面的差异使得产业结构、能源消费结构呈现较大的差异，特别是发展中国家化石能源消费占比和产业结构中高碳产业比重仍处于高位，碳减排任重道远。为实现低碳经济发展，各国采取了众多措施，2003年英国政府发布了能源白皮书《我们能源的未来：创建低碳经济》，首次提出发展低碳经济，“低碳经济”一词逐步进入大众视野。与此同时，美国积极发挥国家在技术创新领域的优势，通过发展新能源技术和碳交易市场打造低碳技术的世界高地；日本倡导建立低碳社会，依靠社会整体创新参与减少碳排放；欧洲各国也将低碳产业视为新的经济增长点。
中国是最早签署《联合国气候变化框架公约》的国家之一，并出台一系列应对气候变化的政策措施，为应对全球气候变化作出了积极贡献。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出中国二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年10月24日，新华社发布《中共中央国务院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》（简称《意见》）明确了我国“双碳”工作的目标，指出“深度调整产业结构”“加快构建清洁低碳安全高效能源体系”等。2021年10月26日，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案的通知》（简称《方案》），提出“工业领域碳达峰行动”，推动钢铁、有色金属、建材和石化行业碳达峰，为促进制造业低碳发展作出重要指示。
当前世界正处于低碳经济与数字经济发展的重要战略期。我国数字经济发展已位于世界前列，由中国信息通信研究院发布的《中国数字经济发展白皮书（2021年）》显示，2020年“我国数字经济规模达到39.2万亿元，占GDP的比重为38.6%，且数字经济增速是GDP增速的三倍多”。数字经济具有强大渗透性和辐射范围广泛性的特点，为人们生产和生活提供了共性的技术支持，为改变低碳经济发展的滞后局面带去更多可能。数字技术在低碳经济领域大有可为，数字技术对低碳技术的更新、对产业结构和能源消费结构的优化、对传统制造业生产流程的改造等，都显示出强大的技术优越性和生产的高效性。因此，数字经济有望成为我国实现低碳经济弯道超车的重要抓手，以数字经济带动低碳经济发展将是我国实现制造业低碳发展的重要途径。目前我国制造业碳排放仍处于上升趋势，碳达峰尚未到来，碳减排压力较大，如果数字技术能够开辟更多的制造业减排空间，将有利于加速我国制造业的低碳化改造和升级，从而加快实现“双碳”目标，推动我国低碳经济“超车”式发展。
二、文献综述
实现低碳经济发展是涉及能源消费结构转型、制造业低碳化转型以及数字技术重塑生产制造等方面的耦合式协调发展过程。在中国发展的现实条件下，低碳经济发展的重要理论基础是可持续发展理论和生态文明建设理论，发展低碳经济的关键是充分实施以自然为导向的发展模式，采取区域差异化发展模式和多区域联动发展模式。比如：DOU指出我国西部地区是重要的生态保护区，拥有发展清洁能源的良好禀赋条件和比较优势，因此西部地区应积极推进产业升级和结构优化，既要全面实施自然生态保护工程，又要合理开发利用资源、发展生态旅游等实现西部地区低碳经济发展。并且随着我国西部地区数字基础设施的完善和区域之间数字技术发展差距的缩小，将会不断降低我国制造业利用数字技术实现低碳转型的技术门槛。另外，有学者对影响碳经济的排放强度因素进行分析，得出技术创新、可再生能源消耗率、城市化水平以及行业附加值均会影响碳经济排放强度。还有学者从低碳经济发展的战略和政策行动、发展机制和路径构建、投融资机制等方面展开研究，对我国实现低碳经济发展提供丰富的理论借鉴。
实现低碳经济发展的重要内容是要推动能源消费结构向清洁化方向发展。当前全球正经历第三次能源转型，大部分国家正努力实现向以清洁能源为主的能源消费结构转变。我国在能源利用效率、能源结构低碳化转型和能源产业发展等方面取得了较大的成就。在能源转型背景下，新能源产业和低碳技术发展将是拉动经济增长的重要引擎，是提升国家产业竞争力的重要途径。我国出台的《意见》和《方案》指出到2025年实现“非化石能源消费比重达到20%左右，2030年达到25%左右，到2060年达到80%以上”。在能源转型的过程中，科技创新对清洁能源的促进作用逐渐增强，清洁能源发展前景十分广阔；在新工业革命的技术支持下，技术推动将进一步加快能源转型速度。制造业是碳排放的主要阵地，实现制造业低碳发展是向“双碳”目标实现迈出的一大步。技术创新、经济活动和能源活动效应，以及碳税税率、碳补贴力度和碳排放交易价格等因素均会对碳排放量产生明显影响，并且低碳技术创新可以与制造业产业结构升级形成相互促进的关系。另外还有学者从制造业低碳创新系统的机理形成、绿色创新系统的演化过程、低碳制造的概念界定、特征和系统分析、制造业碳排放与经济增长动态关系等方面进行了研究。
制造业低碳发展离不开数字技术对制造业生产流程的低碳化重塑。陈晓红（2021）等人分析大数据、数字孪生、人工智能、区块链等数字技术实现能源行业碳中和的路径，指出数字技术在信息获取、精准减排等方面发挥重要作用；邬彩霞（2020）等人从数字技术提高能源流和资源流效率角度实证检验了数字技术驱动低碳产业的机制与效应，充分显示数字技术在低碳经济领域的重要作用。
文献分析发现，关于数字经济推动制造业低碳发展的机理与路径方面的相关研究较少，不利于充分发挥数字经济对制造业低碳发展的推动作用。鉴于制造业是我国碳排放的主要行业和关键领域，同时也是与数字经济融合度较高的行业，所以分析数字经济背景下制造业低碳发展路径具有重要的理论和现实意义。
文章安排如下：首先，分析中国制造业低碳发展的现状；其次，梳理数字经济影响我国制造业低碳发展的机理，并建立碳经济�数字经济�产业结构�能源消费结构�生态约束五系统耦合协调模型，分析数字经济系统对其他子系统的作用原理，以及计算耦合协调度以判断中国制造业低碳发展的协调程度和数字经济对制造业低碳协调发展的影响；最后，基于构建的耦合协调模型，从系统发展的角度提出推动制造业低碳发展的路径，为我国制造业走向低碳发展道路提供理论参考。
三、中国制造业低碳发展现状分析
本部分主要对制造业碳排放的相关指标进行了计算，并从制造业碳排放量和碳排放强度两个角度，就2000�2019年我国制造业碳排放变动情况进行分析。
1.数据来源和碳排放相关指标计算
如无特别说明，本文数据均来自相关年份《中国能源统计年鉴》《中国工业统计年鉴》《中国环境统计年鉴》，以及国家统计局和国研网统计数据库发布的数据，部分缺少值通过线性拟合的方式填补。
碳排放量和碳排放强度计算。我国尚未公布统一的碳排放核算体系和具体数据，国内学者主要是基于能源消耗测算得到碳排放量的数据。学者所用的碳排放量主要有两种计算类型：一是根据制造业所使用的各项能源分别乘以各自的碳排放系数和标准煤系数得到各能源的碳排放量，之后累加得到制造业的总碳排放量。二是依据化学方程式和Kaya碳排放恒等式得到每吨标准煤的碳排放系数分别为2.720和2.277，使用制造业总的能源消费标准量乘以一个测度的碳平均排放系数得到制造业总的碳排放量。文章结合上述两种方法，利用第二种方法，借鉴杨晓华等人的做法，取2.720和2.277的算术平均数作为每吨标准煤的碳排放系数，用来计算制造业和制造业子行业的碳排放量，计算公式如式（1）所示，制造业分能源的碳排放量，计算公式见式（2）。
TC=C×2.499 （1）
Ei=ei×ki （2）
DS=TC/GDP （3）
式（1）中TC表示制造业的总碳排放量（万吨），C表示制造业的能源消耗总量（万吨标准煤），2.499为碳排放系数。式（2）中Ei表示第i种能源的碳排放量（万吨），ei表示第i种能源的消耗量（万吨标准煤），ki表示第i种能源的碳排放系数（1）。DS表示碳排放强度（万吨/亿元），GDP表示实际GDP，文章以1978年为基期进行了平减。
2.制造业二氧化碳排放分析
2019年，我国的制造业碳排放量达到67亿吨，是2000年的3.72倍，其间，虽然碳排放量一直增加但是增长幅度呈现下降的趋势，这与我国制造业转型升级等因素具有密切关系。具体来讲，“十一五”期间的碳排放量增长较快，尤其是2009年至2010年的碳排放量实现较大的攀升，2010年之后呈现缓慢增长趋势。对比我国工业的碳排放量，发现制造业碳排放量约占工业碳排放量的70%，且两者的碳排放量的变动趋势基本上一致。我国碳排放量在2016年略有下降，但是之后仍保持上升趋势，说明我国仍处于环境库兹涅茨曲线的左端，即仍处于环境污染的上升阶段，尚未达到拐点，同时意味着我国制造业离实现碳达峰还有一定的距离，仍需要更切实的措施推动实现碳达峰。
四、数字经济推动制造业低碳发展的机理
数字经济从推动产业结构的高级化、提高制造业能源利用效率、重塑制造业生产过程以及助力制造业消费端低碳发展四个方面实现数字经济低碳发展。
1.数字经济推动制造业产业结构的高级化
制造业产业结构的高级化表现为制造业朝着高附加值、高技术化、高集约化方向发展，其中产业数字化对推动制造业结构高级化作用更为突出。一般而言，以劳动、资源密集型产业占主导的较低级产业结构中高碳产业占比较高，以技术、知识密集型产业占主导的高级产业结构中低碳产业占主导。因此，伴随制造业的高级化进程，高碳产业逐渐被低碳产业取代，制造业实现低碳发展。数字经济可以加速低碳产业对高碳产业的替代进程，主要表现在数字经济可以推动制造业的高附加值化、高技术化和高集约化。
首先，数字经济可以推动制造业产品实现高附加值。制造业产品的高附加值主要体现在制造业产品中含有较高的剩余价值率和超额利润。一方面，大数据和云计算等数字技术可以精确捕获并分析消费者需求，并为个性化的消费者需求提供服务，更加精准的数据支持和制造业厂商按需提供的商品和服务使得消费者获得感和消费者剩余上升，进而让企业拥有更大的利润空间。另一方面，共性数字技术支持降低了企业的生产成本。比如：人、机、物、系统全面连接的工业互联网突破传统工业生产流程的物理空间束缚，真正实现物理空间和虚拟空间的交融式互动。生产流程的数字化模拟还可以为实际生产过程提供参考的同时节约试验成本，生产要素的精确数据计算投入可避免数据要素重复使用和减少资源浪费，以及数字技术支持下的全生产流程监控可及时排除突发故障，保障生产流程的稳定性和流畅性。
其次，数字经济可以推动制造业产业的高技术化发展，主要表现在数字技术可以提高制造业生产要素中技术要素的比重，在生产方式中表现为技术对劳动、资本要素的替代，提高产品的科技含量。一方面，数字技术要素投入比例的上升有利于推动制造业生产流程的智能化，进而借助数字平台实现制造业全产业链上下游的有效对接，让原先分散孤立的设备、产品、生产者、企业等以产业链联通起来，形成协同联动式发展，减轻对劳动和资本的依赖性。另一方面，新型数字技术突破原有制造业生产条件的局限，为更多智能化产品的创新研发提供了可能。借助数字技术平台，更多智能产品得到研发，比如：智能家居、智能穿戴、智能家电等产品。
最后，数字技术可以推动制造业向高集约化方向发展。高集约化主要是指制造业产业组织合理化、有较高的规模经济和范围经济。一方面，数字经济重塑传统产业组织模式，推动原先纵向一体化的生产组织模式向网络化和生态化方向转变。数字经济条件下，消费者、生产者、供应商、生产要素、生产的产品等在网络支持下得以联通，网状的信息传递模式在一定程度上可以避免信息不对称造成的资源错配问题，资源在各主体之间高效流转和配置，保证生产效益最大化的实现。另一方面，数字经济满足“梅特卡夫法则”，即网络价值以用户数量的平方增长，平台接入用户数量越多，规模经济效应越明显。比如：更多制造业企业接入物联网，企业可掌握和面临的选择越多，一定程度上推动了信息的透明化和市场公平竞争，从而使充分利用物联网信息的制造业企业得到规模效益递增的回馈。数据来源之间的互补性还可以推动范围经济发生作用，例如：搜索引擎同时拥有关键字信息和用户特征时就会有更好的预测作用。
2.数字经济提高制造业能源使用效率
数字技术充当能源使用的“指挥官”，准确匹配能源投入与实时监测碳排放量，形成能源高效使用的数字运行机制。数字技术能够推动矿产资源绿色智能化开采和清洁能源的高效低碳利用。第一，数字技术有利于实现能源生产与需求的高效对接。工业互联网在能源方面的应用推动形成能源生产、利用、传输、消费一体化式和分布式信息高效对接和资源有效调配的能源互联网。借助能源互联网万物互联的特质，信息不对称问题有望得到有效缓解，需求侧和供给侧的信息互动和精准对接避免能源的浪费，有利于提高能源使用效率。第二，智能化数字技术提高能源生产流程中能源利用效率。数字技术在能源使用流程中还可起到动态监测与记录的重要作用。例如，在汉诺威工业博览会上，装有数字技术控制系统的造纸实验室通过监控需水量、原料使用量和成分以及能源消耗量等数据准确配置资源的使用量以密切配合整个生产流程，生产的新型纤维产品可以替代石油、木材等原料。数字技术支持下的智能化生产模式还可以弥补传统半自动化生产不足，在改进生产流程的过程中实现能源高效利用。
另外，数字技术还在衡量碳汇存量、动态监测碳负排放等方面具有较大的施展空间。已排放的二氧化碳可以通过海洋碳汇、农林碳汇、碳捕集、利用和封存等技术实现碳负排放。通过大数据、物联网智能决策等技术建立的碳汇动态监测体系能够实现碳负排放数据高效收集。比如：利用遥感技术可以针对草原、海洋的碳汇数据进行收集，利用云计算和大数据分析系统能够推动上述生态系统保护与治理，推动以碳汇数据为基础的碳汇核算、生态修复等。
3.数字技术重塑制造业低碳生产过程
数字经济与制造业的融合重塑了制造业的生产流程，变革制造业的绿色要素投入、绿色研发和低碳生产过程，实现绿色技术先行的低碳发展。首先，数字技术对传统生产要素的改造和数据要素替代传统生产要素均推动了生产要素的绿色低碳化。传统生产要素主要是指劳动、土地、资本、技术以及各种能源投入等。数据要素投入不仅能够提升传统生产要素的投入使用效率，而且在既定产出条件下，数据要素会替代部分传统生产要素，从要素投入端减少碳排放。一方面，在数字经济的渗透之下，劳动者的数字素养不断提升，劳动技能在无形之中得到提升，数字金融等新型金融工具为制造业企业融资提供多种渠道，数字技术与工业技术融合推动了更高级技术的研发与应用等，都充分显示数字技术对劳动、资本和技术等方面的强大塑造力和渗透力。另一方面，数据要素对传统要素的替代作用也会降低生产要素的碳排放量。数据本身不会产生碳排放，但是数据的产生和使用过程需要消耗一定的能源，会间接产生碳排放量。尽管如此，数据相比传统生产要素的碳排放量仍具有绝对低碳优势。数据对传统生产要素的替代作用主要体现在数据可以作为“第四生产要素”投入到制造业生产当中，数据分析能够精准计算消费需求和生产所需资源数量，减少其他传统生产要素的过度投入。
其次，共性数字技术支持为制造业绿色研发创新活动提供了平台。一方面，数字技术培育了新型创造主体。数字技术支持下的众多数字平台既是消费者与生产者沟通的重要平台，同时又是众多消费者参与产品创新的重要舞台。随着绿色消费观念的盛行，绿色低碳需求对制造业产品产生倒逼作用，数字平台将消费需求传递到生产端，推动企业在绿色低碳研发方面进行不断创新；消费者的绿色低碳需求同时也是进行绿色研发设计的重要组成部分，汇聚的绿色低碳思想将推动更有创意的低碳产品问世。另一方面，数字技术支持下万物互联提供了绿色低碳创新的丰富素材。比如：在新型数字技术和传统ICT技术支持下的智慧城市建设就涵盖基础设施建设、信息化应用等，创造性破坏在城市各个方面上演，智能化建设对传统城市建设的颠覆过程也是各种绿色创新活动不断迸发的过程。
4.数字经济助力制造业消费端低碳发展
我国拥有庞大的消费市场，并且随着低碳消费理念的逐渐流行，众多消费者对低碳产品和低碳生活方式逐渐产生依赖，数字经济则加速了这一需求的膨胀，使低碳市场不断壮大。第一，数字技术与绿色低碳文化的深度融合推动消费群体低碳理念的建立和社会低碳文化氛围的培育。数字技术可以从赋能消费者、创意者、生产者、赋能社交行为和赋能文化传播五个方面提升文化产业效率，并推动数字传播成为文化传播的主要渠道。低碳文化可以通过众多数字媒介得以传播，比如：短视频平台、数字报刊、“云观光”以及“数字化+云化+AI化”展示等数字文化传播方式在提供消费者沉浸式文化享受的同时，也在为低碳文化的传播作出重要贡献。第二，数字技术使得原先不被重视的“长尾用户”得到重视，个性化定制成为可能，更多消费潜力得到挖掘。在传统制造业生产当中，“长尾用户”由于统一需求量较少且所需种类较多等特点，生产成本较高，不被厂商重视。而在数字平台和其他数字技术支持下，“长尾”需求得到重视，平台使得个性化的产品需求在低成本的情况下得以汇聚和展示，比如：“粉丝经济”“网红产品”等“长尾”商品可实现收益的边际递增，流量热度加持能吸引更多用户消费，小市场也会因用户集聚而转变为大市场。
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