绿色技术创新（GTI）对中国城市碳排放（CEI）的减排效应：基于环境规制与能源消费结构的链式中介机制分析

本综述深入探讨了绿色技术创新（GTI）对中国城市碳排放（CEI）的影响及其内在机制。研究基于272个城市的面板数据，采用固定效应和链式中介模型，证实GTI能显著降低CEI，尤其在东部地区、非资源型及大规模城市效果更显著。中心发现是，环境规制（ER）与能源消费结构（ECS）不仅发挥独立中介作用，更形成“GTI→ER→ECS→CEI”的链式路径（P<0.01），揭示了政策激励与市场机制协同驱动碳减排的理论框架，为“双碳”目标下的精准治理提供了关键实证依据。

　　

1 引言

随着全球气候变化加剧，各国在追求绿色可持续发展时面临环境退化与碳排放（CEI）上升的双重挑战。国际能源署数据显示，2023年全球能源相关CO₂排放达374亿吨纪录，其中75%以上来自化石燃料燃烧。中国作为全球最大碳排放国，自2005年超越美国后一直保持最高排放水平。在经济持续扩张背景下，高污染增长成本急剧上升，中国政府因此提出“双碳”目标：2030年前碳达峰、2060年碳中和。

城市作为经济和社会活动的主要驱动力，战略重要性日益凸显。尽管城市仅占全球土地的0.4%–0.9%，却消耗全球60%资源、贡献70%碳排放，导致资源需求与消费呈刚性增长趋势。加之中国“富劳动、缺资本技术少自然资源”的资源禀赋短期内难以改变，城市碳减排挑战更为严峻。因此，如何在保持经济增长的同时实现有效碳控成为城市可持续发展的关键问题。

绿色技术创新（GTI）被视为实现经济发展与环境保护目标的关键路径。波特假说提出，适当的环境规制可激发企业创新，通过技术进步实现环境生态改善与经济利益的双赢。GTI涵盖清洁能源、减排技术及循环经济等创新活动，具有协同性、环境友好性和可持续性特征。一方面，GTI通过技术改进与应用节约能源、减少污染、提升环境绩效，同时增强市场主体绿色竞争力，实现经济与环境共赢；另一方面，GTI改善居民生活质量与健康，提升城市宜居性与吸引力，最终驱动相关产业链发展，形成集聚与规模效应。国际能源署确认，绿色技术在气候减缓方案中贡献超过60%的碳减排。对中国而言，积极推动GTI不仅有助于缓解环境压力、实现双碳目标，还能在新科技革命中获得竞争优势，建立绿色发展新优势。

然而，学术界对GTI与城市CEI关系的认识仍存在显著分歧。尽管理论上GTI能够促进碳减排，但回弹效应表明GTI可能导致能源消耗增加，抵消甚至超过其节能减排效果。此外，不同地区GTI发展水平不均导致其减排效果存在显著空间异质性，难以得出全面结论。GTI作为典型公共品，具有高投入成本、技术风险及长回报周期特点，其碳减排效应常需通过特定中介路径实现。现有研究虽已认可环境规制与能源消费结构的关键作用，但对其如何发挥链式中介作用的分析不足。

基于此，本研究主要考察以下问题：GTI能否在城市层面减少碳排放？GTI影响城市碳排放的内在机制是什么？环境规制与能源消费结构是否发挥链式中介作用？减排效果是否存在显著地区差异？澄清这些问题对推动双碳目标下中国高质量发展与碳减排至关重要。为此，本文使用2006–2022年中国272个城市面板数据，构建GTI、环境规制、能源消费结构与CEI的链式中介机制，不仅有助于澄清GTI碳减排效果的理论争议，更揭示其底层作用机制，为制定精准有效城市碳减排政策提供理论与实证证据。

2 文献综述

2.1 GTI与CEI

随着GTI概念深化，许多学者认识到其对降低城市CEI的显著正向影响。理论上，基于自然资源的观点认为GTI帮助企业获得竞争优势，使其环境战略成为有价值、稀缺、难以模仿且不可替代的战略资源。近期实证研究证实，GTI促进各国各地区高质量经济发展并增强环境可持续性。例如，在APEC国家，研发支出增加CO₂排放而专利数量减少碳排放，表明GTI有效增强区域碳减排能力，且对邻近地区减排水平产生显著空间溢出效应。国际层面，采用CS-ARDL方法的研究结论显示GTI对泰国CEI及整体环境改善产生积极影响。对G7等发达国家的研究也强调绿色技术进步帮助这些国家实现碳减排目标，凸显技术创新与环境保护的相互依存。

然而，部分研究对GTI减排效果持相反观点，声称GTI并不明确保证CO₂减排。从市场视角，市场无法有效促进GTI，企业可能需要充分激励或惩罚来驱动GTI。研究观察到GTI对中国各省碳强度呈倒U型影响。此外，提出GTI的间接回弹效应：若该效应足够显著，能源需求增长可能超过供应侧效率增益，削弱GTI减排作用。国际层面，强调GTI虽改善意大利城市环境绩效，但未明显减少CEI。

马来西亚采用Bootstrapped ARDL方法的研究发现GTI短期和长期均显著增加CEI。其他学者主张GTI碳减排发生在不同阶段：短期虽积极影响碳减排，但其有效性随时间减弱甚至失效。相关研究表明GTI可有效降低CEI，但该结论确立于发达国家。此外，指出GTI与CEI存在非线性关系，仅当GTI与人力资本水平达到特定阈值时才出现显著减排。使用门槛回归模型评估收入对GTI有效性的单门槛效应，结果显示仅当收入水平超过特定阈值时GTI才导致显著CEI降低。而且，发现GTI碳减排效果存在部门差异：建筑业可能增加CEI，而工业部门排放相对较少。

2.2 GTI、环境规制（ER）与CEI

波特主张严格且设计良好的环境规制能刺激GTI，抵消合规成本、提高企业生产率，创造盈利与减排目标双赢的局麵。公共卫生政策提供新视角，强调环境规制如何影响企业创新行为并促进减排。大量研究实证检验该假设。创新补偿观点认为，在良好环境规制体系下，资源效率改进的环境效益可超过与环境影响内部化相关的成本。基于17个欧洲国家制造业数据的研究确认环境规制强度与创新产出正相关。其他研究显示，严格环境政策如碳税对过度排放产生正面影响，增强环境可持续性，同时增加绿色技术投资，进一步促进G-7经济体可持续性。强调实施环境法律（如碳定价或征税）对严重依赖进口不可再生能源满足消费需求的国家至关重要。发现中国环境政策协同对人均碳排放的边际影响在不同层级呈现清晰结构特征，这些协同有效降低人均排放，助力碳中和目标。

然而，由于创新活动固有不确定性与高资本需求，有人认为环境规制对减少CEI必要。基于新古典经济学的研究认为生态规制增加合规成本（如污染费），迫使企业将有限资源从创新转向基本减排项目，可能降低整体创新效率。一些研究考察环境规制机制，得出结论：规制作为驱动因素可中介GTI促进低碳转型的作用。而且，认为基于市场的环境规制工具（如IERs）最能促进中国企业绿色创新与减排。

2.3 GTI、能源消费结构（ECS）与CEI

通过GTI实现碳中和已成为多数国家共识。现有文献主要关注GTI、能源消费结构与CEI关系的两方面。一方面考察GTI对能源消费结构的影响。强调GTI与能源效率存在非线性动态关系，当创新水平超过临界阈值时CEI显著降低。从政策视角，创新水平较低时需要更强政策支持，一旦创新水平改善则应降低政策强度以促进绿色能源转型。强调GTI促进新能源发展，有助于减少化石燃料消耗。其他学者认为GTI作为关键节能机制，可引导资源从高污染、高能耗产业流向低能耗环保产业，强力推动能源转型。

另一方面，研究也关注能源消费结构对CEI的影响。构建能源安全指标体系，发现提高能源安全有助于黄河流域碳排放脱钩。陈述不合理能源消费结构抑制区域及邻近地区低碳经济转型。一些学者认为降低清洁能源成本、推动能源结构改革可消除对传统能源依赖，为太阳能等清洁能源开发使用铺平道路，鼓励高碳能源逐步被低碳替代，从而减少CEI。

此外，部分学者分析相关政策影响，认为能源配额交易具有双重绿色效应，降低城市内与城市间碳不平等，该效应在国家级低碳试点城市比非试点城市更显著。一些学者从约束与激励角度考察新能源城市示范政策，发现NECDP碳减排效应仅在第二年以后变得显著，存在时滞。而且，一些研究强调GTI潜在复杂性。认为GTI提高能源效率，但其边际效应逐渐减弱，而且经济增长刺激更高能源需求，增加生产过程中污染物排放，带来更大气候变化风险。一些学者发现GTI可能通过降低能源消费成本鼓励居民更频繁使用节能产品，反而导致CEI增加。

3 理论分析与研究假设

3.1 GTI对城市CEI的直接影响

GTI是寻求缓解经济扩张与生态退化冲突的创新，对推动绿色低碳经济发展、实现双碳目标至关重要。技术溢出理论支持该观点，表明绿色技术作为特殊公共品产生显著正向溢出效应。一方面，应用可再生能源、能源存储等关键技术可将城市能源供应从集中式化石能源系统转向分布式清洁能源，打破传统高碳路径依赖。结合电动交通技术，形成源减排末端控制的链式系统，从而降低企业生产成本，刺激生产动机，吸引更广泛参与GTI活动，产生规模经济。另一方面，GTI减排潜力也受外部性理论支持，该理论认为企业碳排放环境成本与绿色创新社会效益未充分反映在市场定价机制中。同样，使用研发补贴、税收激励等措施鼓励企业采用更清洁高效绿色技术，从而增加GTI资本与人力投入，增强个体企业减排能力，此外产生显著溢出效应，最终促进行业减排进程。

GTI对碳排放影响在理论层面仍存争议。回弹效应理论认为通过降低绿色产品成本，GTI可能刺激更大规模消费，导致整体碳排放增加而非减少。时滞效应理论指出GTI从研发到产业应用漫长过程，短期难以实现显著减排。此外，资源约束下大规模GTI投资可能挤占传统减排技术改进（包括能效提升等已验证减排路径），导致整体效率下降。在中国快速城镇化背景下，GTI实际减排效果如何？由于理论争议与情境复杂性，GTI对城市碳减排确切影响需实证检验。因此本文提出：

假设1. GTI对城市碳排放有显著影响

3.2 环境规制的中介效应分析

环境规制指政府用于引导企业遵循特定政策的行政与法律措施。根据波特假说，技术进步降低环境监测与污染控制成本，使先前承担不起或技术不可行的环境标准变得可实现。GTI应用促使政府设定碳排放上限，对高排放行业施加强制性约束，迫使其采取减排措施。此外，GTI扩大环境标准范围，使用碳税制度、绿色金融补贴等工具将规制方式转向多激励机制，加速价格机制内部化，引导资源流向低碳部门，降低城市单位碳排放。通过制度约束与激励，环境规制激励市场参与者减排，增强碳减排有效性。从资源配置视角，严格环境规制增加高碳行业成本与风险，使其边际回报下降，同时绿色技术部门因政策支持获益高回报，驱动资本、人才、土地等要素向低碳产业集中，加速创新市场化。

然而，环境规制中介机制并非总是有效。信息不对称理论表明政府常缺乏充分技术与成本信息，难以准确评估企业减排潜力与合规成本，导致规制 indiscriminate 实施。此外，环境规制政策实施遇到实际约束，包括高成本与利益集团阻力，显著削弱中介效应。技术创新早期，绿色技术不成熟与市场接受度有限可能导致政策过于先进脱离实际，因此企业合规成本增加，产生合规负担效应，抑制短期减排激励。更关键的是，行为扭曲理论认为严格环境规制可能导致企业形成规制规避心态，通过产业转移、数据造假、利用政策漏洞规避规制而非投资GTI。鉴于学术界对环境规制中介作用分歧，需验证GTI能否通过该路径减少城市CEI。因此提出：

假设2. 环境规制在GTI与减少城市CEI间起中介作用，但其方向不确定

3.3 能源消费结构的中介效应分析

资源配置理论认为市场是资源分配基本机制，通过价格信号引导资源流向更高效低成本领域。基于该理论，GTI可通过优化能源消费结构减少碳排放。供应侧，GTI调整能源相对价格，降低可再生能源生产成本。随着新兴能源供应模式兴起，市场选择更多元化，企业竞争加剧，市场价格机制下清洁能源成本优势将传导至各行业，加速能源系统低碳化发展。从需求管理视角，该优势将随清洁成本下降传递至消费者，激励其减少高碳能源使用。碳定价等工具放大价格信号，进一步引导消费者低碳选择。从能效提升视角，能源替代理论认为企业可调整能源结构，能源消费结构优化促进能源使用向高效源集中，减少能源损失，提高能源使用效率，增强减排有效性。

然而，该理论期望在实际应用中遇到显著挑战。能源消费结构中介作用有效性仍是现有研究激烈争论主题。路径依赖理论强调既定能源系统高沉没成本、技术锁定与利益集团阻力，因此能源消费结构高度刚性，即使GTI驱动也难以短期摆脱既定路径，传统高碳能源在能源消费结构中保持主导地位。市场失灵理论进一步表明能源市场信息不对称、垄断权力与外部性意味市场机制 alone 可能无法实现有效能源结构转型，此外技术创新优化结构能力可能被市场失灵削弱。更重要的是，一些学者主张调整能源消费结构常滞后于GTI，某些情况下该延迟可能使中介作用不显著甚至阻碍碳减排。鉴于现有研究对能源消费结构中介机制分歧，GTI能否通过该路径减少城市碳排放仍需检验。因此提出：

假设3. 能源消费结构在GTI与减少城市CEI间起中介作用，但其方向不确定

3.4 环境规制与能源消费结构的链式中介分析

学术界对GTI影响城市碳减排机制看法不同。支持观点认为GTI可通过政策引导与示范效应双重调节优化能源消费结构实现碳减排目标。政策引导方面，政府通过制定绿色创新发展计划及相关政策向市场参与者提供信号，降低技术应用成本，加速低碳技术市场渗透。示范效应层面，产业生态学理论认为技术创新网络与产业生态系统激励上游企业提供更清洁原材料，鼓励下游企业提供更环保产品与服务，促进能源高效利用，此外促进上下游企业协同发展，形成产业链内碳协同与减排效应。根据波特假说，随着技术支撑下环境标准逐步提高，清洁能源获得政策优势，而高碳能源面临淘汰压力，结果关键市场参与者被迫投资高效低碳清洁能源技术。随着清洁能源比例增加，传统高污染行业政策阻力减弱，为实施更严格环境标准创造条件，技术支撑下形成规制强化与结构优化正反馈循环，最终实现碳减排。

但怀疑观点挑战此类链式中介机制有效性。资源诅咒理论表明资源丰富地区地方政府可能更依赖传统税收与就业，导致环境规制执法不足，因此即使先进绿色技术可用也可能无法转化为严格环境约束。新古典经济学进一步认为过度环境规制可能产生挤占效应，使资源远离技术创新削弱企业结构调整能力。此外，一些学者使用跨国面板数据发现许多发展中国家环境规制常沦为政策工具，其强度更多由政治周期与经济利益驱动而非GTI。更关键的是，制度经济学理论强调链式中介机制有效性高度依赖制度质量，制度质量较低地区可能存在GTI、环境规制与能源结构调整间断裂链。多数现有研究关注单路径分析，缺乏对多重中介效应深入检验，因此关于GTI能否通过加强环境规制从而促进能源结构升级实现碳减排未达成共识，该争议需更全面实证研究澄清。据此提出：

假设4. GTI能否通过加强环境规制从而促进能源结构升级减少CEI有待验证

4 研究设计与数据描述

4.1 模型构建

4.1.1 基准回归模型

为检验GTI是否减少城市CEI（即直接影响），构建以下基准模型进行实证研究：

CEI_it = α₀ + α₁GTI_it + α₂X_it + μ_i + y_t + ε_it (1)

其中i和t分别表示城市序号与年份，α₀为常数项，α₁和α₂为待估参数，CEI_it为城市i第t年碳排放程度，GTI_it为城市i第t年绿色技术创新水平，X_it为影响碳效应控制变量，μ_i为个体固定效应，y_t为年份固定效应，ε_it为随机扰动项。

4.1.2 中介效应模型

基于方程1基准回归，借鉴相关研究建立中介模型识别GTI对CEI影响。具体模型如方程2、3所示：

Mediator_it = β + β₀GTI_it + β₁X_it + μ_i + y_t + ε_it (2)

CEI_it = ρ + ρ₁GTI_it + ρ₂Mediator_it + ρ₃X_it + μ_i + y_t + ε_it (3)

其中mediator为中介变量，本文中指能源消费结构（CES）与环境规制水平（ER）；其他变量含义同方程1。

4.1.3 链式中介效应模型

方程2、3展示GTI通过两个独立中介变量影响CEI，但这些变量不仅能独立作用还可能产生链式效应。借鉴相关研究发现，本文旨在澄清中介效应并构建链式中介模型，分析GTI通过中介变量影响CEI的复杂路径，如方程4–6所示：

ER_it = λ + λ₁GTI_it + λ₂X_it + μ_i + y_t + ε_it (4)

CES_it = γ + γ₁GTI_it + γ₂ER_it + γ₃X_it + μ_i + y_t + ε_it (5)

CEI_it = θ + θ₁GTI_it + θ₂ER_it + θ₃CES_it + θ₄X_it + μ_i + y_t + ε_it (6)

其中ER_it表示环境规制，CES_it表示能源消费结构，若模型(1)α₁、模型(4)λ₁、模型(5)γ₁和γ₂、模型(6)θ₁、θ₂和θ₃均显著，则研究假设H4成立，即GTI可通过提高环境规制水平进而优化能源消费结构影响城市碳减排。

4.2 变量测度与描述

4.2.1 被解释变量

城市碳排放（CEI）。为准确反映城市经济发展所致环境污染，借鉴相关研究引入CO₂排放量化总碳排放。遵循IPCC-政府间气候变化专门委员会，碳排放速率测量来自直接源（如煤、天然气、液化石油）与间接源（如电、热）的CO₂排放。最终各城市碳排放求和得总碳排放。计算公式如方程7所示：

CO₂ = ∑E_ij × n_j (7)

其中CO₂表示城市i总CO₂排放，E_ij表示城市i能源j消耗量或城市i电力消耗，n_j表示能源j碳排放因子或电网基准排放因子。

4.2.2 核心解释变量

绿色技术创新水平（GTI）通过IPC绿色清单-WIPO绿色专利申请数量测量。基于研究，该测量更直接及时反映GTI动态同时降低风险与不确定性。

4.2.3 中介变量

1. 1.

   环境规制（ER），波特假说表明它能迫使企业淘汰低效高碳产能，同时刺激可再生能源节约环保等新兴产业，进而促进技术扩散，贡献全产业链减排。借鉴研究，使用政府工作报告环境保护重视程度作为测量。

2. 2.

   能源消费结构（CES），以煤炭消费占总能源消费比例（%）测量，借鉴研究。具体地，基于省级夜间照明数据及其与能源统计定量关联调整地级市煤炭消费；能源消费借鉴相关研究，基于工业产值份额调整地级市，然后使用逆省级能源消费进行正向归一化。

4.2.4 控制变量

为避免遗漏重要变量对回归结果负面影响，本文遵循相关研究选择以下控制变量：

1. 1.

   人口密度（DOP）以常住人口与城市面积比率测量。根据城市集聚理论，城镇化可通过规模效应提高能效，但也可能因基础设施快速扩张加剧碳锁定。

2. 2.

   金融发展程度（FD）以金融机构人民币贷款余额与GDP比率测量。发达金融市场缓解企业创新融资约束，促进清洁技术研发应用，但技术锁定效应可能减缓传统高碳产业转型。

3. 3.

   外资水平（OP）以进出口总额与GDP比率测量。国际贸易理论认为外资产生技术溢出效应，但碳泄漏理论表明外资可能促进高碳产业转移。

4. 4.

   政府干预水平（GL）以政府财政支出与GDP比率测量。根据庇古税理论，较高GL表明政府有更强财政能力与意愿干预市场，可能包括碳税或环境税以纠正市场外部性。

5. 5.

   人力资本水平（HE）以普通本科高等教育在校生数对数测量。教育投资增强环境管理能力，但消费升级理论表明高人力资本个体倾向青睐更高碳足迹生活方式（如频繁旅行高端消费），可能抵消技术减排效果。

6. 6.

   经济集聚水平（LEA）以GDP与区域土地面积测量。高LEA促进知识溢出、规模经济与专业化，但环境压力理论表明LEA剧增常伴随经济活动绝对规模扩张，可能产生远超效率增益的碳排放，增量碳排放可能超过效率改进减排效果。

4.3 数据处理与描述

研究聚焦中国地级以上城市，但由于青海新疆许多城市缺失值多，仅纳入省会数据分析。最终研究样本包含中国272个地级市，排除盟州。GTI数据主要来自中国国家知识产权局（CNIPA），其余变量源自中国城市统计年鉴、中国能源统计年鉴、中国区域经济统计年鉴、中国工业统计年鉴、中国劳动统计年鉴、中国环境统计年鉴、国家统计局与EPS数据库。

分析前，对某些变量（GTI、DOP、HE）数据进行对数转换，同时选定变量在1%与99%分位数进行缩尾（CEI与GTI）。由于原始数据缺失值比例低（<1%），系统偏差风险最小化。缺失值主要孤立发生于单一年份，为确保数据完整性，使用插补补充缺失值。此外为评估变量间潜在相关问题，进行VIF检验。变量描述统计呈现于表1。

表1显示最大VIF值3.61，平均2.24，这些值相对稳定，表明数据无多重共线性。此外本文使用样本数据为短面板数据，对面板数据进行单位根检验以防止数据单位根导致伪回归问题。结果如表2所示。结果显示各变量在1%显著性水平拒绝单位根假设，因此数据平稳无需进一步处理。同时，城市层面聚类稳健标准误处理潜在异方差问题。

5 实证结果与分析

5.1 基准回归结果

进行基准回归前，进行模型选择。Hausman检验结果如表3所示，显示P值小于0.01，拒绝原假设，因此选择面板固定效应模型回归。列(2)和(3)显示当逐步添加控制变量无固定效应时，碳排放水平回归系数在1%显著负，表明GTI显著减少城市CEI。列(4)和(5)包括个体与年份固定效应，GTI对CEI影响保持显著负并通过1%显著性水平。该发现为假设H1提供初步支持。该发现与多项研究一致，确认GTI显著减排效应通过循环再利用废物减少降低生产过程中资源消耗与碳排放实现。此外该发现证实波特理论期望，表明技术创新可创造环境与经济双赢局面。但不同于研究，该结果源于短时期与指标选择限制，本研究使用更长时间窗口，有效避免不同时间方法所致差异，有效缓解测量方法变异所致结果 discrepancies，为GTI碳减排效应提供更稳健实证证据。

5.2 独立中介效应检验

表4列(1)和(2)验证环境规制在城市碳排放中作用。结果显示环境规制回归系数2.213，在1%水平显著正，同时碳排放回归系数保持1%显著负。此外执行Bootstrap中介效应检验后，估计系数-0.663，95%置信区间排除0，表明GTI通过增强环境规制减少碳排放，从而验证假设H2。该结果与研究一致，表明GTI可改善地方政府环境规制执法并显著减少碳排放，同时确认环境规制如何通过降低技术成本激励企业减排。但不同于研究，主要关注环境规制对GTI直接影响，本文逆转趋势，探索GTI如何加强环境规制执法，揭示技术进步在制度改进中的动态作用。

能源消费结构中介作用检验结果呈现于表4列(3)和(4)。表4显示GTI影响能源消费结构系数0.023，在1%水平显著正，其负向影响碳排放绝对值小于基准系数0.159，表明能源消费结构起部分中介作用。Bootstrap 1000次检验中估计系数-0.187，95%置信区间排除0，表明GTI可通过优化能源消费结构减少碳排放，从而验证假设H3。这些发现与研究一致，表明新技术降低清洁能源开发成本提高其经济可行性竞争力。但不同于研究，从企业投资视角考察绿色创新对能源结构影响，本文系统验证城市层面中介机制，通过Bootstrap检验量化中介效应大小，为GTI间接减排路径提供更严谨实证证据。

5.3 链式中介效应检验

本文使用SPSS插件PROCESS的模型6检验GTI对