“双碳”目标下再生资源利用的碳减排效应及作用机制研究

肖俊夫1a,陈德敏1b,高艳红2 (1.重庆大学a.经济与工商管理学院,b.可持续发展研究院,重庆400044;2.重庆师范大学经济与管理学院,重庆401331) 摘要:再生资源利用的碳减排效应对推动形成适合中国国情的差异化减排路径和实现“双碳”目标具有重大意义。在此背景下,深入探讨和评估再生资源利用的碳减排效应及作用机制,是学界亟待厘清的重要课题。文章作者首先将再生资源对原生资源的替代利用看作是一种环境反污染活动,并构造社会效用函数,基于最优控制理论模型,推导再生资源利用对碳减排效应的影响机制。理论推导结果表明:再生资源利用碳减排效应是否存在取决于再生资源利用过程消耗资源的系数,当再生资源替代减少的碳排放大于再生资源回收利用过程中新消耗资源的碳排放,即再生资源替代减碳的“收益”大于“成本” ,此时存在再生资源的碳减排效应。其次,运用2005—2019年中国省级面板数据,实证考察再生资源利用水平对碳排放的综合影响,并进一步开展了作用机制分析、门槛效应检验以及异质性讨论。实证检验结果表明:从总体上看,我国再生资源的利用水平与二氧化碳排放表现为负相关关系,再生资源利用能够有效抑制碳排放强度,再生资源减碳的“收益”是大于“成本”的。从作用机制上看,绿色技术创新效应和产业升级结构效应是再生资源利用影响碳排放的重要作用渠道,再生资源替代可以通过推动绿色技术创新和提升产业结构高级化水平抑制区域碳排放强度。门槛效应检验发现,选取再生资源利用水平和经济发展水平作为门槛变量时,再生资源利用水平在影响碳排放时存在一定门槛效应,超过特定门槛值时再生资源利用的碳减排效应越明显,结果表明再生资源替代与碳减排之间的关系并非线性的。进一步通过异质性分析发现地理区位特征和循环经济发展水平的差异使再生资源利用碳减排效应呈现异质性特征。东部地区(相较于西部地区) 、南方地区(相较于北方地区) 、循环经济发展水平越高的地区,再生资源利用的碳减排效应越明显。结合以上研究结果,文章提出提升再生资源利用水平和经 济发展质量、加强技术创新活动扶持、推动产业链升级、制定差异化再生资源利用策略等政策建议。 关键词:再生资源利用;再生资源替代;碳减排;门槛效应;“双碳”目标 中图分类号:X32;F713. 2文献标志码:A文章编号:1008-5831(2024)05-0088-15 引言 2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策部署,是我国因应全球气候变化关切和构建人类命运共同体所作出的庄严承诺,彰显了我国积极参与全球环境治理的决心和发展中大国的责任担当。党的二十大报告提出了“推动绿色发展,促进人与自然和谐共生”的中国式现代化道路,强调“积极稳妥推进碳达峰碳中和。立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动” ,为实现“双碳”目标这一时代使命的践履提供了根本遵循。推动碳达峰碳中和本质上是我国发展理念提升和发展方式转变的过程,尚无经验可循,所带来的挑战是空前的。党的二十届三中全会提出,要完善资源总量管理和全面节约制度,健全废弃物循环利用体系。再生资源作为原生资源的接续替代资源,能够延缓原生资源的开发进度,其显著的碳减排功能和巨大的环境效应逐步得到重视。近年来,我国再生资源利用水平和能力显著增加,资源节约、环境保护的贡献度持续增强。 “双碳”目标下必然要求形成绿色低碳的生产方式和生活方式,这就需要彻底改善传统的大量生产、大量消耗、大量排放的生产生活现状,提高资源利用率和再生资源使用率显得尤为紧迫。推进再生资源利用以接替生存发展所必需的原生资源,抢抓机遇加快挖掘再生资源利用潜在的市场空间和碳减排空间,是积极响应我国绿色低碳循环发展的现实要求,是持续推动碳达峰碳中和目标和促进生态文明建设的应然之举、必然之举、实然之举。 在资源短缺、环境污染问题日益严峻的背景下,再生资源产业发展产生的重要经济效益和环境效益逐渐受到学者广泛关注,对全球可持续性发展路径产生重大影响[1],围绕再生资源产业发展的研究成果不断丰富。再生资源的回收与再利用是未来可持续发展的关键问题,尽管在发展再生资源回收利用的初期,可能面临成本较高、经济效益较低的情况[2],但过程的持续优化可以极大地支持碳减排、环境保护和资源节约[3]。随着再生资源回收利用技术提升以及适用范围的持续推广,再生资源回收利用既可以减少污染物排放又可以带来节能的经济效益[4-6]已成为主流观点。此外,再生资源的回收利用还具有扩大劳动就业、在一定程度上带动地方经济发展的经济效应,助力可持续发展目标实现[7]。在再生资源回收利用的环境效应讨论中,Silva等认为可再生资源的使用具有同时增加产量和减少污染排放的潜力[8];顾一帆等在讨论是否可通过原生与再生资源的耦合配置实现中国资源的可持续利用过程中发现,再生资源回收利用具有强烈的资源环境正外部性,合理的政策组合情景有助于破解中国资源约束新常态[9];王磊等利用省域面板数据讨论再生资源产业集聚对区域环境污染的“非标准倒U型”影响[10]。此外,针对再生资源回收利用碳排放效应的研究成果丰富,Ayodele等定量评估了尼日利亚6个地理区域再生资源回收利用所能节约的电力、产生的工业岗位以及温室气体减排量[11];Li等研究发现包装塑料回收有助于实现巨大的碳汇,能有效降低温室气体排放,指出了进一步以回收为导向的废物管理路径[12];Kuo等评估了1995年至2019年10个国家再生资源使用对碳排放的影响,研究发现再生资源使用具有减少碳排放的作用[13]。 总体而言,尽管再生资源的碳减排效应逐渐成为学术界关注的热点问题,但鲜有研究从理论模型和作用机制进行深入剖析。鉴于此,本文中将再生资源作为原生资源的替代资源,视其为一种环 境的反污染活动,考虑其对环境质量的改善效应;并基于最优控制理论模型方法,重点考察再生资源利用的碳减排效应。本研究开展的主要工作如下:一是根据Forster效用函数构造思路[14],构造社会效用函数;通过最优控制理论模型的运动方程及最优路径的汉密尔顿方程,推导出最大化均衡路径上的均衡解。二是使用中国2005—2019年省域面板数据,实证检验再生资源利用水平与碳排放的关系,引入中介效应模型,对再生资源利用引起的碳排放强度变化进行机制检验;同时进行门槛效应检验和异质性检验,讨论非线性关系与异质性差异。 一、理论机制与研究假设 本文借鉴Forster关于能源使用与环境质量最优控制的理论模型思路来阐述再生资源利用对碳减排的影响。此处将再生资源对原生资源的回收利用看作是一种“反污染活动” (AntipollutionActivities) ,即 再 生 资 源 活 动 能 够 减 少 二 氧 化 碳 排 放。一 般 情 况 下,污 染 分 为 流 量 变 量(flowvariable)和存量变量(stockvariable) ,如气溶胶、汽车尾气等很容易消散,不会累积成存量,而辐射性废料、重金属等则会累积并持续产生影响。二氧化碳等温室气体主要通过累积形成温室效应影响生态环境,因此可以视为一种“存量污染” 。我们使用符号E表示满足人类需求的总资源量,包括再生回收利用资源A和原生资源E-A两种,为了简化模型,假设再生回收利用资源来自于当期消耗的原生资源,且在当期完成。符号P表示环境质量状态,属于碳排放存量指标;P·表示环境质量流量指标,属于碳排放流量指标。资源使用过程中产生了二氧化碳,导致环境质量状态发生改变。二氧化碳排放数量与资源使用直接成正比,两者关系表达为P·=α(E-A) (其中,α为消耗资源的碳排放系数,α>0) 。再生资源回收利用量A,由于受到经济、社会、技术发展水平等因素影响,导致存在一定上限水平,会保持在某一区间范围内(0≤A≤A) 。再生资源主要通过替代原生资源减少二氧化碳排放,进而改善环境质量状态。假设再生资源利用过程中同时需要使用资源,两者关系表达为Eα=βA。其中,Eα为再生资源利用过程中消耗的资源,β为再生资源利用过程消耗资源的系数(β>0) ,同样也受到经济、社会、技术发展水平等因素影响,则有P·=αβA。如果碳排放存量以速率δ>0进行指数衰减(如植物、碳酸盐等自然界的固碳),即δ表示环境自我恢复速度,则有P·= -δP。综合上述影响环境质量状态的因素得到下式: 再生资源利用过程中同时需要使用能源,意味着A导致资源存量S降低(βA) 。S·表示能源资源流量指标,由于其他经济活动的原生资源使用对资源存量S·也会产生影响(E-A) ,因此有: 式(1)和(2)可以作为最优控制理论模型的运动方程。根据Forster社会效用函数构造思路,假设社会效用函数取决于消费者追求物质资源消费带来的正效应以及环境污染带来的负效应,则社会效用函数表示为: 其中,U为总效用,C为总消费,能源使用使得商品和服务生产成为可能,原因在于商品消费能 够产生效用。 于是,动态最优化问题可以表达为: Max∫T0U[C(E) ,P]dts. t.P·=αE-α(1-β)A-δPS·=(1-β)A-EE >0,0≤A≤A(4)最优路径的汉密尔顿方程为:H=U[C(E) ,P]+λP[αE-α(1-β)A-δP]+λs[ (1-β)A-E](5)F. O. C∂H∂E=UCC′(E)+αλP-λs=0(6)∂H∂A=(1-β) (-αλP+λs)=0(7)其中,λP,λs分别代表P和S的影子价格。P和S属于状态变量,E和A属于控制变量。根据式 (6),得: 考虑共态变量的运动方程: 根据控制变量的最大化一阶条件,综合考虑状态变量的运动方程,本文中认为控制变量A只存在边界解,而不存在内部解。H关于变量A为线性的,且A被限定于控制集[0,A] ,因此,为了使H最大,当∂H /∂A为负,则取左侧边界解A∗=0;当∂H /∂A为正,则取右侧边界解A∗=A,即:{}{} 由于UCC′(E)>0,因此A的最优选择取决于(1-β) 。由于β代表再生资源利用过程消耗资源的系数:(1)当(1-β)<0时,即因再生资源替代减少的碳排放小于再生资源回收利用过程中新消耗资源的碳排放(再生资源替代减碳的“成本”大于“收益” ) ,此时再生资源的碳减排效应不存在,政策选择为“完全不使用再生资源” ;(2)当(1-β)>0时,因再生资源替代减少的碳排放大于再生资源回收利用过程中新消耗的碳排放(再生资源减碳的“收益”大于“成本” ) ,此时再生资源的碳减排效应是存在的,政策选择为“尽可能使用再生资源” 。无论是政策为A∗=0还是政策为A∗=A,根据式(8) ,二者的共同特征为资源通过消费产生的效用即UCC′(E) ,等于消耗资源影子价值λS 减去碳排放的影子价值αλP。 从定性角度 分 析 式(12) ,在 最 大 化 均 衡 路 径 上,如 图1所 示 可 能 存 在 以 下 情 形: (1)当(1-β)<0时,政策选择A∗=0时,完全不使用再生资源。在特定时间区间[0,T]内,资源使用的持续增长将导致资源耗尽,碳排放存量不断增长,最终资源存量S(T)=0,且碳排放存量P(T)保持较高水平。 (2)当(1-β)>0,政策选择A∗=A时,尽可能地使用再生资源。与前一种情形比较,在特定时间区间[0,T]内,再生资源的替代减缓原生资源的耗散,碳排放存量增长放缓直至实现净零排放(P·=0) ,最终资源存量S(T)>0,碳排放存量P(T)达到一个临界水平。由此可见,再生资源回收利用的碳减排效应可能存在门槛效应,只有当门槛变量达到一定的门槛值时,再生资源回收利用的碳减排效应才会更加显著,而门槛变量及门槛值则与β所代表再生资源利用资源消耗系数有关。进一步的,本文认为再生资源回收利用水平行业内部因素以及全社会经济发展水平、城镇化水平等外部因素叠加产生的技术效应、规模效应、结构效应是决定再生资源利用过程中资源消耗系数β大小的主要影响因素。因此再生资源回收利用水平、经济发展水平、城镇化水平可能是影响再生资源回收利用的碳减排效应的潜在门槛