工业化视角下的能源效率、技术进步与空气质量
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摘要：利用1990～2009年全球6个工业国和7个准工业国的经济与环境数据，通过因素分解方法将各国空气质量的改善分解为能源效应和技术效应两个部分，比较并评价工业国和准工业国改善空气质量的路径选择。研究发现，工业国多依靠提高能源效率改善空气质量，准工业国则更多地依靠治污技术的应用。
中图分类号：F205；F424文献标识码：A文章编号：1001-8409（2013）12-0109-05
1问题的提出
2011年10月以来我国多地灰霾天气造成严重大气污染，使得细颗粒物（PM2.5）迅速成为社会热词。其实，这样的空气问题不仅发生在中国，在全球工业化进程中也普遍存在着。不论是已完成工业化的工业国，还是正处于工业化进程中的准工业国，都已经或正在为工业化付出惨痛代价。为有效改善工业化带来的空气质量恶化，各国政府纷纷采取多种措施改善空气质量。这些措施可以分为两类：第一类措施是提高能源效率，指的是从源头使用清洁能源和原料，以及在生产过程中提高生产工艺和技术，减少污染物的产生。第二类措施是改进治污技术，指的是利用污染处理设备对已经产生的污染物进行处理，使之达到排放标准，减少对环境的损害。那么，由于所处工业化阶段存在差异，工业国与准工业国在治污减排的路径选择上有何不同？本文利用1990～2009年中国、日本、德国、法国、英国、美国、澳大利亚、泰国、越南、印度、俄罗斯、阿根廷和巴西等13个国家①的数据，用可吸入颗粒物（PM10.0）代表空气质量，通过因素分解方法将各国空气质量分解为能源效应和技术效应两个部分，比较并评价在6个工业国和7个准工业国中技术进步和能源效率对空气质量的影响差异性。本文所用数据均来自世界银行（World Bank）。
2文献综述
现有关于工业化、能源效率与技术进步的文献主要分为如下两个方面：一部分文献研究了工业化下的污染排放问题，一部分文献研究了能源效率与技术进步在改善环境质量中的作用与贡献。
第一类文献对工业化与环境的讨论起源于环境库兹涅茨曲线（EKC），其含义是，在工业化发展的初期与中期，环境污染随收入增加而日趋严重，当工业化发展到一定阶段后，环境污染随收入增加而逐渐得到改善。近年来，许多文献用各种污染物验证环境库兹涅茨曲线是否存在[1～3]。一些学者用工业化发展水平代替EKC中的收入，专门研究了污染排放与工业化之间的关系[4]，发现工业化水平和环境质量之间存在倒U型曲线关系，污染排放随工业化水平的提高而增加，在到达某点后又随工业化水平的提高而下降。不过，这些研究对污染排放随工业化进程的推进而降低的原因避而不谈，认为环境能够在工业化进程中实现自我调节，忽略了发达国家工业化进程中在提高能源效率和改进治污技术方面做出的努力。随着我国工业化水平的不断提高，我国学者也开始探讨工业化中的环境问题。涂正革[5]通过方向性距离函数研究了工业化进程与资源环境的协调性，认为现阶段中国工业快速增长的同时，环境全要素生产率已成为中国工业高速增长、污染减少的核心动力。唐德才[6]认为在工业化进程中，不同区域应该充分利用比较优势，这不仅对产业结构调整，而且对环境也是有利的。
第二类文献比较能源效率和技术进步在降低污染排放中发挥的作用，这类研究多采用因素分解法，将污染排放总量或排放强度分解为包含能源效率和技术进步在内的诸多因素，比较这些因素对改善环境质量的贡献大小。Thomas等[7]分解了1970～1990年美国五种主要空气污染物的排放，发现污染物排放总量的减少在很大程度上取决于能源使用效率的提高。Zhang[8]分解了1980～1997年中国CO2排放量，发现能源消耗强度提高是CO2排放量增加的主要原因。Hamilton和Turton[9]分解了1982～1997年OECD国家的CO2排放量，发现能源消耗强度降低有利于减少污染排放。李荔等[10]分解了1997～2007年中国各地区的SO2排放强度，发现能源强度变化对SO2排放强度变化起到了最为显著的作用。成艾华[11]分解了1998～2008年中国工业SO2排放强度，发现技术效应对工业SO2减排的贡献最大。
3空气质量的因素分解模型
根据Sun[12]的完全分解模型，用可吸入颗粒物代表空气质量，将可吸入颗粒物排放强度分解为能源效应和技术效应。具体地，在时间段[0，t]内，可吸入颗粒物排放强度可以写成如下形式：
越南的排放强度是最高的，这与越南成为世界工厂的情况相符。而作为制造业大国，我国平均排放强度为0.0109微克每立方米，低于泰国、越南和阿根廷等其他准工业国，却高于俄罗斯和巴西等其他金砖国家。这表明，中国的经济增长是以空气质量的降低为代价的，尽管环境保护力度的不断加强减缓了空气质量的恶化，但相对除印度外的其他金砖国家来说，这种代价是较大的。
从可吸入颗粒物排放强度的分解结果看，各国可吸入颗粒物排放强度的降低不仅源于能源效率的提高，还源于治污技术的改进。比较能源效应和技术效应的贡献率，4个准工业国和2个工业国可吸入颗粒物排放强度的降低主要源于技术效应，如印度、巴西、泰国、阿根廷、日本、澳大利亚；4个工业国和1个准工业国排放强度的降低主要源于能源效应，如德国、法国、英国、美国、俄罗斯；2个准工业国的能源效应与技术效应的贡献率相当，如中国、越南。
图1为工业国与准工业国在不同工业化阶段下能源效率和技术进步的散点图，横轴为人均GDP，纵轴分别为能源效应贡献率和技术效应贡献率。为了得到更加一般化的结论，对能源效应贡献率和技术效应贡献率上下1%进行了缩尾处理（Winsorize）。由图1可知，左图的纵轴代表能源效应贡献率，右图的纵轴代表技术效应贡献率。在准工业国的样本群中（即两个图左边的样本群），能源效应贡献率与技术效应贡献率的分布均较为分散，随着人均GDP的增加，逐步收敛。在工业国的样本群中（即两个图右边的样本群），随人均GDP的增加，能源效应贡献率逐渐增加，而技术效应贡献率逐渐降低。由此推测，在工业国，能源效应与技术效应之间存在一定的替代关系，各国权衡能源效应与技术效应两种手段的成本收益，在两种治污减排手段中做出选择。随着工业化水平的进一步提高，能源效应逐步替代技术效应，成为改善空气质量的主要手段。
4.2处于不同工业化阶段的准工业国技术进步与能源效率的差异比较
不同准工业国所处的发展阶段也是有差异的，按照钱纳里的工业化划分标准，将7个准工业国划分为初级产品生产阶段、工业化初级阶段、工业化中级阶段和工业化高级阶段4个组，分别统计不同组的排放强度、能源效应贡献率、技术效应贡献率的均值，结果见表2。
由表2可知，随着准工业国工业化程度的不断提高，可吸入颗粒物排放强度逐渐下降。在初级产品生产阶段，能源效率十分低下，平均每产出1亿元GDP需要消耗113.1078千吨石油当量的能源，其中，俄罗斯在1999年的能源消耗强度高达310.8574千吨石油/亿元。伴随着工业化进程，能源效率逐渐提高，处于工业化高级阶段的能源效率是初级产品生产阶段的近5倍。从初级产品生产阶段到工业化高级阶段，治污技术改善导致的排放强度降低时高时低，不过，技术进步的贡献率在逐渐下降。
第二，资源禀赋。资源禀赋越丰裕，资源稀缺意识越淡薄，能源效率贡献率越低，技术效率贡献率越高。发展在某种意义上就是燃烧，而可吸入颗粒物正是通过燃烧产生的。因此，污染排放与能源消耗是密不可分的。当准工业国步入工业化阶段后，与相对丰富的自然资源相比，资本和技术等资源是相对稀缺的。因此，为了实现经济增长，一些处于工业化初期的准工业国输出资源、引进资本，成为工业国的加工厂和污染避难所，例如越南。另外一些国家拼资源、搞建设，最终陷入资源诅咒，例如俄罗斯。与准工业国相反，工业国能源进口比例远远超过准工业国的能源进口比例，表明自然资源相对其工业发展是稀缺的。在资源稀缺的前提下，工业国的自然资源租金占GDP比例是较低的，除澳大利亚外，其他工业国的这一比例均不超过2。尤其是日本，其自然资源租金占GDP的比例为0.03，能源净进口占能源消耗比例为80.79%，是13个国家中最高的。
第三，技术水平。研发支出比例越大，金额越多，技术水平越高，能源效率贡献率越高，技术效率贡献率越低。1990～2009年，日本、德国、法国、英国、美国和澳大利亚研发支出占GDP的年均比例分别为3.15%、2.47%、2.17%、1.78%、2.63%和1.84%，而中国、印度、俄罗斯、巴西、泰国、越南和阿根廷的比例分别为1.04%、0.74%、1.10%、0.97%、0.22%、0.19%和0.45%。工业国不仅在研发支出比例上远远超过准工业国，如果考虑上经济总量的差异，两类国家在研发支出规模上的差异将更大。
6结论与启示
工业化为发达国家带来了繁荣，为发展中国家带来了成长，同时也为人类带来了资源耗竭和环境污染，如何在实现工业化的同时保证空气质量已成为全球问题。现有研究主要讨论了工业化背景下的污染排放，较少研究工业化背景下的治污减排。能源效应与技术效应同是提高空气质量的两种手段，工业国和准工业国会根据自身的资源禀赋和研发投入，比较两种手段的成本与收益，在两种手段中作出权衡。
本文利用1990～2009年6个工业国和7个准工业国的数据，通过因素分解方法将各国空气质量分解为能源效应和技术效应两个部分，比较并评价工业国与准工业国中技术进步和能源效率对空气质量的影响差异性。研究发现，由于工业国与准工业国在发展阶段、资源禀赋和技术水平等方面存在差异，使得工业国与准工业国选择了不同的治污减排路径。工业比例较高、资源相对丰裕、技术水平较低的准工业国尚不具备全面提高能源效率的市场条件，改进治污技术是解决空气污染问题的最优选择。工业比例较低、资源相对枯竭、技术水平较高的工业国，其治污技术的改进空间较小，越来越依靠提高能源使用效率、优化能源消费结构来改善因工业化带来的空气质量恶化。
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