德國產業結構變化對低碳轉型的促進意義論文
低碳經濟不僅是減少溫室氣體排放，更是經濟發展模式、能源消費方式和人類生活方式的一次新變革[1].產業結構變遷是經濟發展方式轉變的必然，轉變產業結構也常常作為發展低碳經濟的重要政策。在發達國家中，德國較早開始發展低碳經濟，也取得了顯著成效[2].和大多數發達國家不同，盡管第二產業是相對高碳的產業，但德國在低碳經濟發展的同時保持了較高比重的第二產業，維持著制造業大國的地位，實現了發展實體經濟與低碳轉型的雙成功，也 使 得 德 國 較 好 地 抵 御 了2008年 國 際 金 融 危機[3 - 4].因此以德國為例，通過從產業變遷的角度探究德國低碳經濟發展，不僅是產業結構變遷與低碳經濟發展理論關系的實證研究，也對我國在低碳轉型過程中保持國家競爭力、防止產業空心化有較強的借鑒意義。
1 產業結構變遷與低碳經濟發展的理論關系
在2003年《能源白皮書： 我們的能源未來---創造低碳經濟》中，英國以官方文件形式首次提出要創造低碳經濟[5].大體上可以認為低碳經濟是在可持續發展理念指導下，盡可能減少煤炭、石油等高碳能源的消耗，降低二氧化碳為主的溫室氣體排放，以實現經濟社會發展與生態環境保護雙贏的經濟發展模式[6 - 8].在理論上，低碳經濟作為一種經濟發展模式，與產業結構變遷有著密切的聯系。
不同產業所需要的生產要素投入產出不同，在生產過程中所產生的廢棄物規模也相去甚遠。國民經濟中產業構成、三次產業內部的行業構成對一個經濟體的資源配置效率和污染物排放規模起著決定性作用[9].產業結構的變化對低碳經濟發展產生影響，主要體現在產業結構變化的過程中，經濟發展出現碳排放與經濟增長脫鉤的現象，反映 為“環 境 庫 茲 尼 茨 曲 線”（Environmental KuznetsCurve,簡稱EKC） 規律[10].
在發達國家中，德國在二戰后產業結構發生了顯著變遷，碳排放趨勢也吻合EKC規律，較為成功地實現了低碳轉型[11].國內外學者從多個角度探討德國低碳轉型的原因，認為對低碳發展的戰略性重視、社會性共識、較為完善的政策法律體系、高新技術發展和能源結構轉變等多個因素共同推進了德國的低碳轉型，其中產業結構變遷在德國低碳轉型的進程中起到了重要作用[12 - 14].
2 德國低碳經濟發展： 與主要發達國家的比較
近年來，發達國家普遍經歷了經濟增長而碳排放下降的“脫鉤”型發展過程[15],這一趨勢符合EKC的規律，其中德國的“倒U型”曲線最為典型。總體上，主要發達國家二氧化碳排放總量從工業革命時期開始快速增加，而自20世紀80年代以來，開始減緩并有所下降。單位GDP碳排放是表征一個國家經濟效率的重要指標。二戰后，隨著經濟發展方式的轉變以及核能、太陽能、風能、水能等零碳能源的使用，主要發達國家單位GDP二氧化碳排放持續下降且逐漸趨同。
分析結果顯示，為展示長期趨勢，本文選取了著名經濟史學家Angus Maddison數據庫作為基礎經濟和人口數據庫，美國橡樹嶺國家實驗室ORNL數據庫作為基礎二氧化碳排放數據庫； 近期的社會發展數據采用世界銀行、歐盟統計局數據庫，全口徑溫室氣體排放數據采用《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC） 數據庫。德國低碳經濟的發展與其他主要發達國家相比，既有以上共性，也有所不同。德國于19世紀50、60年代實現由農業國至工業國的轉變，在1870 - 1944年之間經濟總量增長5. 9倍，碳排放增長了7. 8倍。其后德國經歷了第二次世界大戰戰敗，1944年到1947年，GDP大幅下降了62%,二氧化碳排放量也顯著下降。1949年，德國分裂為前聯邦德國（ 西德）和前民主德國（ 東德） ,1950 - 20世紀70年代，西德和東德經濟恢復的同時，碳排放也分別以4%和3%的年均增長率不斷增加，高于同期其他發達國家碳排放的增長。20世紀70年代后期，西德開始進入“后工業化”時期，技術進步取代投資成為經濟發展的主要驅動力，在GDP不斷增長的同時碳排放總量基本維持不變，而東德的經濟發展方式仍以投資驅動為主，二氧化碳排放量維持不變甚至略有上升。1990年兩德合并以來直到2007年，德國GDP持續增長的同時二氧化碳排放量緩慢下降，其第二產業比重與其他主要發達國家相比一直保持較高水平，且在21世紀初其他主要發達國家繼續去工業化的時期，德國的第二產業比重大致保持不變甚至略有上升，德國單位GDP的二氧化碳排放在主要發達國家中處于較高水平。
總之，20世紀70年代以前，隨著工業化進程的不斷加深，德國及主要發達國家的CO2排放量不斷增加，之后隨著經濟發展的驅動力由投資轉為技術進步，第二產業比重的不斷下降，CO2排放量上升趨勢變緩，從20世紀90年代以來開始下降。而與主要發達國家相比，德國在發展低碳經濟過程中保持了相對較高的第二產業比重。
3 德國三次產業結構變化對低碳轉型的貢獻
20世紀90年代以來，德國的三次產業結構已經呈現明顯“后工業化”特征，自1995 - 2013年，德國的GDP總量增加了28%,而其三次產業結構總體變化不明顯。盡管在2008年受到金融危機的影響，第二產業占比明顯下降，但之后隨著“歐洲再工業化”,德國“工業4. 0”戰略的提出，德國的第二產業占比已經恢復到危機前的水平。
德國第二產業直接排放的溫室氣體在1991 - 2012年期間占全國排放量的比例維持在約60%,如圖1a所示。然而第二產業中電力與熱力行業的溫室氣體排放存在特殊性，與其他能源不同，盡管電力與熱力在消費時不產生溫室氣體排放，但在用化石能源發電和供熱的生產過程中會排放大量溫室氣體。在《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC） 以及德國能源平衡表的統計體系中，電、熱生產過程中排放的溫室氣體量全部計入電力和熱力生產部門，使得該部門的溫室氣體排放占到全國總排放的30%到40%,而消費電、熱的各經濟部門對環境的影響隨之被低估。為更好地分析各部門對環境產生的實際影響效果，應該將電、熱生產部門的溫室氣體排放，根據各部門電力和熱力使用量占總電力和熱力消費量的比例，分解到各電、熱使用部門。由于國家排放清單數據中未將熱力部門數據單列，故此處只根據各部門對電力使用情況將溫室氣體排放進行處理。輸電過程中的電力損耗以及向國外出口電力，均計為電力生產部門本身的消費。德國各部門的溫室氣體排放，以及考慮電熱消費間接排放后的總排放量如圖1a所示。分解后第二產業溫室氣體排放量明顯下降，但仍然是排放量最高的部門，而第三產業和居民部門的溫室氣體總排放較直接排放明顯增加。從1991 - 2012年，各部門的溫室氣體總排放量整體呈下降趨勢，但第三產業變化不明顯，第二產業總排放量年均降幅達2. 5%,排放下降量占全國總下降量的61. 3% .
從單位GDP的溫室氣體排放來看，如圖1b所示，1991 - 2012年，德國整體單位GDP的溫室氣體排放從0. 464kg /美元（2005年不變價，下同） 下降到0. 289kg /美元，年均降幅為4. 2%,第三產業單位增加值溫室氣體排放由0. 143kg/美元下降到0. 089kg/美元； 第二產業單位增加值排放則由0. 577kg/美元下降到2012年的0. 397kg/美元。雖然降幅略低于第三產業和總體水平，但第二產業單位增加值排放下降量是最大的。
總體來看，20世紀90年代以來德國實現了在維持第二產業比重幾乎不變的情況下，經濟增長與溫室氣體排放下降的低碳轉型。由于第一產業對德國經濟和溫室氣體排放的貢獻已經很小，而第三產業占GDP的比重和單位增加值溫室氣體排放變化很小，居民部門消費所排放的溫室氣體也幾乎未變，因此占溫室氣體排放量比重較大的第二產業的低碳轉型，對德國低碳經濟的發展起到了很大的推動作用。
4 德國工業行業結構變化對低碳轉型的貢獻
為了深入研究工業部門內部行業結構變化對德國低碳轉型的貢獻，本節比較分析了德國工業產值結構的變化和相應的碳排放變化趨勢。世界投入產出數據庫（WIOD,2015） 提供了1995 - 2009年德國投入產出表和環境數據庫，此處根據歐盟統計局（Eurostat） 中提供的各部門當年價歐元和2005年不變價歐元的數據，以及各年份歐元、美元匯率數據，將WIOD數據庫中的各行業增加值的單位轉換為2005年不變價美元。將經濟分為35產業，部門分類具有良好的對應性。其中工業分為17產業，分別為采礦業，食品生產、飲料和煙草業，紡織業，皮革業，木材加工業，造紙、印刷業，石油加工、煉焦及核燃料加工業，化學工業，橡膠、塑料制品業，其它非金屬礦物制造業，基礎金屬冶煉及壓延加工業，機械設備業，電氣機械及器材制造業，交通運輸設備制造業，其它制造業，電力、燃氣的生產供應業，建筑業。電熱生產部門的二氧化碳排放按照電力消費量分解到各行業。由于WIOD沒有單獨列出熱力的使用情況，故將電熱部門排放量按照電力使用分解到各使用部門。2008年金融危機對德國經濟發展產生了較大的外生沖擊，故本節以2007年為分界點，分別探究危機前后工業結構變遷對低碳轉型的貢獻。
整體來看，從1995 - 2007年，德國工業部門的二氧化碳排放量盡管在少數年份略有上升，但總體下降了0. 16億噸，降幅為3. 9%,單位增加值二氧化碳排放下降了0. 08kg /美元，降幅達到16. 1%,呈現低碳發展的趨勢。2008 - 2009年，由于受到全球金融危機的影響，工業部門在增加值規模迅速下降的情況下，二氧化碳排放量也呈現加速下降趨勢，而單位增加值二氧化碳排放卻上升了0. 02kg /美元。
從產業看，1995年碳排放強度最高的五個行業依次為石油加工、煉焦及核燃料加工業，其它非金屬礦物制造業，采礦業，化學工業，基礎金屬冶煉及壓延加工業，都屬于傳統的“兩高一資”產業，五個行業總排放量占到工業部門排放量的60%以上。從排放量變化情況來看，從1995 - 2007期間，16個工業行業中有8個行業實現了排放量下降，排放量下降最多的三個行業是非金屬礦物制造業、采礦業、化學工業，下降量占總下降量的61. 2% .由于金融危機的影響，2009年德國工業所有行業，除其他制造業外，其排放量均有不同程度下降。
對一個行業而言，影響二氧化碳排放量的因素可以分為規模因素和技術因素，前者以增加值來衡量，后者以碳排放強度來衡量，數學方式可以表達為CO2= GDP*CO2/GDP,即C = G* I,考慮時間因素，可以寫為Ct= Gt* It.等式兩邊取自然對數可以得到：
In Ct= In Gt+ In It （1）
其中，Ct、Gt、It分別表示為t期的二氧化碳排放量、增加值和二氧化碳排放強度，以C0、G0和I0分別表示基期的二氧化碳排放量、增加值和二氧化碳排放強度，c、g、i分別表示上述參數在參考年和目標年之間的年均增長倍數，可以得到
Ct= C0* ct、Gt= G0* gt、It= I0* it （2）
將（2） 式帶入（1） 式，得到
In（C0* ct）= In（G0* gt）+ In（I0* it） （3）
又因為In C0= In G0+ In I0,可得
Inc = Ing + Ini （4）
即二氧化碳排放總量的年均增長倍數自然對數值等于增加值和二氧化碳排放強度的年均增長倍數自然對數值之和。根據此恒等關系，可以對影響工業部門各行業二氧化碳排放的規模和技術因素進行分解。其中，年均倍數的自然對數的絕對值越大，表示變化倍數越大，大于0時，意味著t期較基期有所上升，小于0時，意味著t期較基期有所下降。
由于每個行業本身特性不同，生產過程對環境的影響也是不同的。稱單位增加值二氧化碳排放高于工業部門總體的產業為“高碳產業”,否則為“低碳產業”.工業部門中高碳和低碳產業的構成和排放強度大小的變化，將決定工業部門整體二氧化碳排放量的變化，而規模因素和技術因素又將推動高碳和低碳產業的構成和碳排放強度的變化。
規模因素和技術因素共同推動著德國的低碳轉型，但在1995 - 2007年、2007 - 2009年兩個階段，德國工業部門碳排放量下降的主要推動因素是不同的。1995 - 2007年，碳排放量下降由規模因素和技術因素共同推動，17個行業中有8個行業實現了二氧化碳排放量的下降，其中其它非金屬礦物制造業、采礦業等共計5個行業主要是由規模因素推動的，即從表2看，增加值年均倍數的自然對數為負，而二氧化碳排放強度年均倍數的自然對數為正； 化學工業和交通運輸設備業主要是由技術因素推動的； 紡織業和皮革業的排放量下降是兩個因素共同推動的結果。2007 - 2009年，碳排放的下降主要是由規模因素推動的，17個行業中有16個行業實現了二氧化碳排放量的下降，其中石油加工、采礦業等11個行業主要是由規模因素推動的，電氣機械及器材制造業、紡織業等5個行業是由規模因素和技術因素共同推動的，僅有電力、燃氣的生產供應業主要由技術因素推動。
表面上，總體碳排放強度的下降和產業結構中高碳、低碳產業增加值比重的變化是促進德國工業低碳轉型的直接原因，但實際上這是德國社會經濟中各種力量共同推動的結果。從發展階段來看，已經處于后工業化時期的德國，基礎設施建設需求降低，與之原材料生產相關的普通鋼鐵、水泥等行業規模收縮； 而后工業化時期的創新驅動特征，有利于發展低污染、高附加值的新興產業。從國家戰略來看，德國十分重視低碳經濟的發展，將發展低碳經濟納入“2020高技術戰略”[17]、“德國國家能源效率行動計劃（EEAP）”[18]等國家戰略中； 從社會基礎來看，德國發達的.科學技術基礎、較高的國民素養和環保共識，促使其不斷進行技術研發，大力發展新能源汽車、智能電網等戰略型新興產業，在致力于提倡清潔生產、生活的同時形成一個有競爭力的環保產業，保證了德國制造業產品的不斷更新升級，以此在國際高端市場中長期保持較高的競爭力。同時德國十分重視太陽能、風能等非化石能源技術的研發、生產與應用，能源結構的轉變，既是導致工業部門各行業碳排放下降的技術因素的一部分，也進一步保障了德國在低碳轉型過程中工業的競爭力。
5 德國產業結構變遷對中國發展低碳經濟的啟示
不同發展階段，產業結構對低碳經濟發展的貢獻不同。從長期來看，在工業化向后工業化轉變的過程中產業結構變化對低碳經濟的貢獻主要通過碳排放強度較小的第三產業比重提高來推動。在此期間，盡管經濟規模不斷擴大的過程中，碳排放總量仍然在不斷上升，但碳排放強度已在不斷下降。當經濟進入后工業化時期，第三產業成為經濟中占比最大的產業，三次產業的結構趨于穩定，此時三次產業內部，尤其是第二產業內部高碳、低碳產業的規模和技術的調整成為低碳經濟發展的主要推動力。在這一時期，碳排放強度下降的同時碳排放總量也逐漸下降。
我國的工業化總體上處于中期階段，但已出現向后期階段過渡的明顯階段性變化，這意味著經濟發展的驅動因素將發生改變[16].在過渡時期，第三產業比重還沒有達到穩定峰值，相對低碳的第三產業比重的增加仍將是這一時期推動經濟總體碳排放量和碳排放強度下降的主要動力。而從長遠國家戰略角度來看，隨著工業化進程的推進，三次產業結構的比例趨于穩定，二產、三產內部產業結構的調整和升級更應受到重視，技術進步和效率提升將會成為碳排放下降的核心動力。產業技術革命，生產效率提升，節能技術、工藝的投入，積極發展低碳能源，是我國經濟低碳、高效增長的必要途徑。
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