数字经济对我国碳排放的影响研究

张争妍,李豫新

(石河子大学经济与管理学院，新疆 石河子 832003)*

一、引 言

推进碳减排是应对气候变化与环境问题的迫切需求。近年来，我国一直致力于推进落实碳减排工作，并于2020年9月提出“碳达峰碳中和”的战略目标，同年12月，习近平总书记进一步指出，二氧化碳排放强度2030年要比2005年下降65%以上。实现碳达峰碳中和，是破解资源环境约束、构建发展新格局、推动经济转型升级、实现高质量发展的内在要求。与此同时，数字经济快速兴起发展，广泛影响社会经济的各个领域，推动生产、生活方式的变革。《“十四五”数字经济发展规划》提出，数字经济将步入普惠共享、全面扩展阶段，至2035年迈向繁荣成熟期。2022年，习近平总书记指出要“不断做强做优做大我国数字经济”。《2021数字碳中和白皮书》指出，数字技术推动重点行业向数字化、绿色化转型，赋能碳减排，信息通信技术加速各部门数字化道路的演进，数字经济碳减排潜力巨大。当前，数字经济的技术手段、成本效率优势成为推动低碳转型的重要力量，在我国碳减排目标实施中发挥的作用不可或缺。

学术界对碳减排和数字经济给予了广泛关注，主要集中在以下三个方面：第一，对数字经济指数测算及其演变以及数字经济对全要素生产率、经济高质量发展、创新绩效、城乡收入差距等的影响；第二，从城镇化、技术进步、金融发展、经济增长、国际贸易、FDI、政府行为等不同角度探讨了对碳排放的影响以及碳减排的路径；第三，数字经济与碳排放或碳减排之间的关系。数字经济与碳排放或碳减排之间的关系的相关研究主要分为两类：一类是数字技术产业或数字经济对碳减排潜力进行实证测算，发现ICT产业对中国二氧化碳减排具有显著贡献，且中部地区二氧化碳减排的影响大于东部地区；信息通信技术的发展、互联网的使用及普及率的提高在长期而言会显著降低碳排放；增加信息通信技术基础设施投资对减少碳排放也有显著作用；部分研究认为信息通信技术及产业的快速发展，导致电力消耗的快速增长，从而推动碳排放增加。另一类是数字经济对碳减排的效应研究，数字经济显著推动了低碳产业的发展，数字经济产生的基础设施效应、结构优化效应、技术创新效应以及资源配置效应显著改善了城市碳排放；数字经济通过提升资源、能源的利用效率而产生的直接、间接效应推动产业数字化，减少碳排放。

在实现碳达峰与碳中和目标的长期路径上，数字经济赋能行业绿色低碳发展，引领我国经济实现结构转型，成为推动我国经济高质量、可持续发展的主要动力已是基本共识。焦点问题是，数字经济发展是否能够助力碳减排呢？数字经济是如何助力碳减排的，其中的作用机制如何？本文从碳排放强度和碳排放总量视角，构建面板数据模型研究省域层面数字经济对碳排放的影响，检验碳排放与数字经济之间存在线性抑或非线性关系，分析数字经济对区域碳排放强度影响的区域异质性，并检验数字经济对边际碳排放强度影响的空间效应以及数字经济对碳排放影响的中介效应，厘清数字经济发展与碳减排的内在关联，以期为实现双碳目标提供有益的政策启示。

二、理论分析与研究假设

(一)数字经济对碳排放的影响

数字经济的碳减排效应主要体现在以下三个方面：第一，数字经济发展促进碳减排的直接效应。数字经济通过信息通信技术围绕信息、知识等生产要素产生的一系列生产消费活动，其绿色化水平普遍高于传统制造业。数字产品制造、服务、技术应用等数字化产业对环境产生的负面效应少，具有环境友好、绿色低碳的特点。第二，数字经济发展促进碳减排的间接效应。数字经济领域的人工智能、云计算等核心技术通过对传统产业的生产运行方式进行改造，对经济转型和低碳发展起到了重要的促进作用。数字化产业可利用数字技术的渗透和衍生作用带动不同行业向智能化、绿色化发展，减少基础设备生产制造阶段与运营阶段的能源消耗和碳排放。以数字化为核心的技术革命通过数字化改造来助力企业和城市管理的能效提升，通过上下游体系的改造来减少物料和能源的消耗，大幅提升工业生产、城市管理等方面的运行效率，助力能源产业的数字化转型，对于减碳的推动作用是巨大的。第三，数字经济发展促进碳减排的外溢效应。在数字经济与城市发展方面，数字科技通过基础设施建设、数字化管理等方面推动智慧城市的建设，夯实碳市场建立的基础，进而助力碳减排试点工作开展。自碳排放权交易试点工作开展以来，其试点成效显著。数字经济发展有利于碳市场的建立，进而降低碳排放。假设二氧化碳排放量为，在碳达峰之前碳排放量的减少可以表现碳排放增量的减少，即2(2=2-2-1)的减少，也可表现为碳排放增速的降低，即(2-2-1)2-1的降低，亦可表现为人均碳排放量的降低。

基于上述分析，提出：

数字经济发展有利于碳排放增量的减少，碳排放增速和人均碳排放量的降低。

(二)数字经济对碳排放强度的影响

数字经济发展通过直接效应、间接效应和外溢效应促进碳排放增量的下降。数字经济发展促进碳减排的直接效应、间接效应、外溢效应可以总称为数字经济促进碳减排的替代效应。同时数字经济的发展促进了经济总量的增加，进而会促进碳排放总量的增加，这称为数字经济促进碳减排的收入效应。数字经济对碳排放强度的影响取决于数字经济促进碳减排的替代效应、收入效应产生的碳排放量的变化以及区域经济增速。在数字经济发展初期，数字产业发展的碳减排的直接效应不明显，同时数字产业发展推动产业数字化碳减排的间接效应以及数字产业化和产业数字化所产生的碳减排外溢效应没有显现，进而使碳排放总量增速大于区域经济增速，数字经济对边际碳排放强度的影响为正。当数字经济发展超过一定规模时数字产业发展的碳减排的直接效应显现，数字产业发展推动产业数字化碳减排的间接效应以及数字产业化和产业数字化所产生的碳减排外溢效应逐步凸显，进而使碳排放总量增速小于区域经济增速，数字经济对边际碳排放强度的影响为负。假设区域碳排放强度为，区域碳排放总量的增速为，经济增速为(>0)，=2=2-1(1+)-1(1+)。若>，则--1=2-1(-)-1(1+)>0，可得>-1。若<，则--1=2-1(-)-1(1+)<0，可得<-1。

基于上述分析，提出：

数字经济发展与碳排放强度之间存在倒“U”形关系。

三、模型设定、变量与数据

(一)模型设定

将二氧化碳(CO)排放分解如下：

(1)

其中，为人口总量，为经济总量，并对式(1)取时间的对数可得：

(2)

进一步简化为：

(3)

(4)

对式(4)取对数可得：

ln=ln+ln+ln+

ln+

(5)

用人口规模()和城镇化率()两个因素度量人口数量，用经济规模()、数字经济发展水平()、经济开放()度量富裕程度，用工业化()和产业结构()表示技术进步，即：

=(,)

(6)

=(,,)

(7)

=(,)

(8)

将式(6)、式(7)、式(8)代入式(5)，同时加入数字经济的平方项，可得模型1：

ln=+ln+(ln)+

ln+ln+ln+

ln+ln+ln+

(9)

为进一步检验数字经济对碳排放的影响，分析研究数字经济对人均碳排放量()、碳排放增量()、碳排放增速()、边际碳排放强度(=ΔΔ)的影响，构建模型2、3、4、5：

ln=+ln+ln+

ln+ln+ln+

ln+

(10)

=+ln+ln+

ln+ln+ln+

ln+ln+

(11)

2=+ln+ln+

ln+ln+ln+

ln+ln+

(12)

2=+ln+ln+

ln+ln+ln+

ln+ln+

(13)

(二)变量说明

1.被解释变量。碳排放强度()用二氧化碳排放量与区域生产总值的比值衡量，即=2；人均碳排放量()用二氧化碳排放量与人口规模比值表征，即=2；碳排放增量()用当年与上一年二氧化碳排放量之差表征，即=2-2-1；碳排放增速()用每年二氧化碳增速表征，即2=(2-2-1)2-1；边际碳排放强度用碳排放增量与国内生产总值增量的比值表征，即=(2-2-1)(--1)。本文利用煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气八种能源消费量计算二氧化碳排放量。

2.解释变量。结合我国省域数字经济发展的实际，立足于数字基础设施建设()、数字产业化()以及产业数字化()三个维度，坚持客观性、全面性、科学性以及有效性等原则选取相应的细分指标，并结合许宪春和张美慧、王军等关于互联网和数字经济的研究，构建数字经济发展水平指标体系，并在该指标体系的基础上测算我国省际层面的数字经济发展水平指数。我国省域数字经济发展水平测度指标体系如表1所示。

表1 我国省域数字经济评价指标体系

3.控制变量。参照相关研究，选取经济规模、经济开放、工业化、产业结构、人口规模、城镇化率等6个方面的控制变量。其中经济规模()用人均地区生产总值表示；经济开放()用进出口总额与地区生产总值的比值表示；工业化()用工业增加值与地区生产总值的比值表示；产业结构()用第三产业增加值与第二产业增加值的比值表示；人口规模()用年末常住人口表示；城镇化率()用城镇人口与年末常住人口的比值表示。

(三)数据来源

本文采用2013-2020年我国30个省(自治区、直辖市)的面板数据作为研究样本(由于数据的可得性，西藏、香港、澳门及台湾地区予以剔除)。样本数据主要来源于国家统计局官网以及历年《中国统计年鉴》《中国信息年鉴》《中国信息产业年鉴》《北京大学数字普惠金融指数》。各变量描述性统计如表2所示。

表2 变量描述性统计

四、实证结果与分析

(一)数字经济与碳排放的关系——线性抑或非线性

采用广义矩估计(GMM)方法对模型1～4进行回归分析，这样有助于克服数字经济内生性问题。由于差分GMM估计(差分广义矩估计)的弱工具变量与小样本偏误的问题，因此本文运用系统GMM对模型1～4进行估计。表3中列出了系统GMM的估计结果。由此可知，Sargan检验结果表明各模型不存在工具变量过度识别的问题，工具变量是有效的，而Arelleno-Bond检验表明各模型残差之间存在一阶自相关关系，不存在二阶自相关关系。因此，系统GMM估计量是一致且有效的。

由表3的实证结果可知，数字经济的平方项(ln)对碳排放强度(ln)的影响系数显著为负，这说明数字经济与碳排放强度之间存在倒“U”形关系，即数字经济发展初期会提高碳排放强度，但当数字经济达到一定规模时其发展可以有效地降低碳排放强度。由表3的实证结果亦可知，数字经济(ln)对人均碳排放量(ln)、碳排放增量()、碳排放增速()的影响系数均显著为负，这说明数字经济可以有效地降低人均碳排放量、碳排放增量与碳排放增速，即从碳排放增量视角看数字经济发展可以通过降低碳排放总量和碳排放增速来实现降低碳排放总量的目的，数字经济发展可以有效地促进碳减排。2021年中央经济工作会议指出，要“创造条件尽早实现能耗‘双控’向碳排放总量和强度‘双控’转变”。实证分析可知，无论从人均碳排放量(ln)视角，还是碳排放增量()视角，抑或碳排放增速()视角，数字经济的发展有利于2030年实现碳达峰的目标，亦有利于2060年实现碳中和的目标。数字经济对碳排放强度的影响具有一定的规模门槛，当数字经济超过规模门槛时，其发展会有利于碳排放强度的降低。这可能是因为数字经济发展初期，数字产业发展的碳减排的直接效应不明显，甚至可能会推动碳排放的增加，同时数字产业发展推动产业数字化碳减排的间接效应以及数字产业化和产业数字化所产生的碳减排外溢效应没有显现，进而使碳排放总量增速大于区域经济增速，也可以解释为数字经济未超过规模门槛时，其对边际碳排放强度的影响为正。

表3 数字经济与碳排放关系的系统GMM回归

(二)数字经济对碳排放强度影响的区域异质性

为检验数字经济对碳排放强度影响的异质性，分别分析数字经济对东部、中部、西部地区的碳排放强度的影响，以及对北方、南方地区碳排放强度的影响。由表4的实证结果可知，不论是按照东部、中部、西部划分，还是按照北方、南方划分，数字经济对区域碳排放强度的影响均呈现倒“U”形特征，其中东部地区、北方地区数字经济的平方项(ln)对区域碳排放强度影响的系数显著为负，说明东部地区、北方地区数字经济对区域碳排放强度影响的倒“U”形特征明显。这进一步表明不论是从东部、中部、西部地区视角，抑或从北方、南方地区视角来看，数字经济对碳排放强度的影响具有一定的规模门槛。当数字经济超过规模门槛时，其发展会有效地降低区域碳排放强度，这更加说明了“不断做强做优做大我国数字经济”的重要性与紧迫性，因为只有当数字经济达到一定规模才有助于区域碳排放强度的下降。

表4 数字经济对不同区域碳排放强度的影响

为进一步分析数字经济发展对碳排放强度的影响，本文分区域回归分析模型5。由表5的实证结果可知，数字经济对东部地区、北方地区和南方地区的边际碳排放强度的影响系数为负，数字经济对中部地区和西部地区的边际碳排放强度的影响系数为正，其中数字经济对东部地区、南方地区的边际碳排放强度的影响系数显著。这说明数字经济的发展有效地降低了东部地区和南方地区边际碳排放强度，这在一定程度上表明数字经济的发展可以有效降低东部地区和南方地区的碳排放强度。同时也表明相对于东部地区，中部地区、西部地区以及相对于南方地区的北方地区应努力做大数字经济规模，尽快显现数字经济对碳排放强度的抑制效应。

表5 数字经济对不同区域边际碳排放强度的影响

图1 碳排放强度(CARBE)、边际碳排放强度(MCARBE)与数字经济(DE)关系图

表6 不同省份碳排放强度与数字经济关系所处阶段

(三)数字经济对边际碳排放强度影响的空间效应检验

运用空间杜宾模型(SDM)检验数字经济不同维度[数字产业化(ln)、产业数字化(ln)和数字基础设施建设(ln)]对边际碳排放强度的影响是否存在空间效应。表7的实证结果表明，采用邻接权重矩阵、经济距离权重矩阵、地理距离权重矩阵等不同权重矩阵的情形下，都未发现数字产业化(ln)、产业数字化(ln)和数字基础设施建设(ln)对邻近区域边际碳排放强度有显著的影响，同时相对于产业数字化和数字基础设施建设，数字产业化可以有效地降低本区域边际碳排放强度。在省域层面数字经济对边际碳排放强度的影响不存在明显的空间效应，这可能是因为在城市层面上数字经济的发展对不同城市碳排放的影响在不同经济圈层内存在差异，数字经济对碳排放的空间外溢具有边界效应。

表7 数字经济不同维度对边际碳排放强度的SDM模型回归

(四)数字经济对碳排放影响的中介效应检验——中介抑或遮掩

为探究数字经济对碳排放影响的作用机理，对数字经济对碳排放增长率()的影响是否存在中介效应进行检验。表8的实证结果表明数字经济对碳排放增长率的影响存在基于产业结构优化(ln)、人口集聚(ln)、城镇化(ln)的遮掩效应。产业结构优化的遮掩效应是数字经济促进了产业结构的优化，产业结构的优化增大了碳排放增速，数字经济抑制了碳排放增速的上升。人口集聚的遮掩效应是数字经济促进了人口集聚，人口集聚增大了碳排放增速，数字经济抑制了碳排放增速的上升。城镇化的遮掩效应是数字经济抑制了城镇化，城镇化降低了碳排放增速，数字经济抑制了碳排放增速的上升。值得注意的问题是通过对数字经济对碳减排作用机理的检验发现，虽然数字经济推动了区域产业结构升级，但产业结构升级未有效降低反而提高了碳排放增速；数字经济促进了人口集聚，但人口的集聚会使增高区域碳排放增速；城镇化抑制了碳排放增速的增加，但数字经济的发展抑制了城镇化。因此，在推进数字经济健康发展的进程中要强化数字经济对低碳产业发展的驱动效应，协调推进城乡数字经济的发展，注意数字鸿沟问题导致的“逆城镇化”。

表8 数字经济对碳排放增长率的中介效应回归

五、结论与建议

通过以上研究得出如下结论：(1)数字经济的发展有效地降低了人均碳排放量、碳排放增量与碳排放增速，有利于2030年实现碳达峰的目标。(2)数字经济与碳排放强度之间存在倒“U”形关系，当数字经济超过区域数字经济规模门槛时，其发展会有利于碳排放强度的降低。数字经济对东部地区、北方地区区域碳排放强度的影响存在明显的倒“U”形特征。(3)通过数字经济对碳排放影响的区域异质性分析，发现各省份碳排放强度与数字经济的关系处于阶段Ⅰ、阶段Ⅱ抑或处于由阶段Ⅱ向阶段Ⅲ过渡的阶段，未有省份碳排放强度与数字经济的关系处于阶段Ⅲ。(4)在省域层面，数字经济对边际碳排放强度的影响不存在明显的空间效应，相对于产业数字化和数字基础设施建设，数字产业化有效地降低了本区域边际碳排放强度。(5)数字经济对碳排放增长率的影响存在基于产业结构优化、人口集聚、城镇化的遮掩效应。

基于此，提出以下建议：(1)不断做强、做大数字经济，因为不论从人均碳排放量，还是碳排放增量，抑或碳排放增速视角来看，数字经济有效地推进了碳减排；同时数字经济对碳排放强度的影响呈现倒“U”形特征，数字经济规模突破拐点有助于进一步强化数字经济的碳减排效应。(2)加快新型基础设施建设，推动实体经济和数字技术深度融合发展，赋能传统产业转型升级。在将数字技术融入传统生产、提高生产效率的同时，还应注重绿色低碳技术的研发与运用，要充分发挥低碳产业的带动作用，进而推动产业整体向智能化、低碳化转型，为实现双碳目标提供可行路径。同时将推动数字经济发展融入农村基础设施建设当中，形成智慧农村建设的升级换代，厚植乡村“数字土壤”。(3)立足区域发展差异，实施异质性治理策略，不能为数字化而数字化。基于不同区域的禀赋差异以及数字经济对碳排放的影响差异，调整各地区数字经济发展步伐，破除新模式、新业态的行业壁垒和地域限制，提升各区域数字经济治理的差异性及协同性。

① 煤炭的二氧化碳排放系数为1.9003 kgCO/kg，焦炭的二氧化碳排放系数为2.8604 kgCO/kg，原油的二氧化碳排放系数为3.0202 kgCO/kg，汽油的二氧化碳排放系数为2.9251 kgCO/kg，煤油的二氧化碳排放系数为3.0179 kgCO/kg，柴油的二氧化碳排放系数为3.0959 kgCO/kg，燃料油的二氧化碳排放系数为3.1705 kgCO/kg，天然气的二氧化碳排放系数为2.1622 kgCO/m。

② 假设区域碳排放总量的增速为，经济增速为(>0)，=2=2-1(1+)-1(1+)。若>-1，则--1=2-1(-)-1(1+)>0，可得>。

③ 东部地区包括北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东和海南等11个省(市)；中部地区包括山西、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南等8个省；西部地区包括四川、重庆、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、广西、内蒙古等12个省(市)。

④ 北方地区包括北京、天津、河北、山东、河南、山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆等15个省市；南方地区包括上海、江苏、浙江、安徽、江西、福建、湖北、湖南、广东、广西、海南、重庆、四川、贵州、云南、西藏等16个省市。