专利集聚与环境效率：非洲的影响与机制

《Energy Economics》：Patent agglomeration and environmental efficiency: effects and mechanisms in Africa

　　

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  专利集聚显著提高了非洲的环境效率。
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  知识密集型活动加强了集聚驱动的效率提升。
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  技术复杂性部分中介了集聚效应。
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  低碳技术扩散表现出短期抑制效应。
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  财政能力和监管条件是非线性效率结果的条件。

引言

气候变化对非洲的发展轨迹构成了重大制约，因为快速城市化和持续依赖化石燃料可能会导致碳密集型增长路径固化。气候相关损害已经带来了巨大的经济成本，每年的GDP损失超过5%，同时预计在高升温情景下，气温上升将使产出减少12%以上（WMO, 2020, WMO, 2025）。因此，实现与将全球升温限制在1.5°C一致的气候目标，将需要在经济产出相对于排放的产生方式上进行重大改进（Du et al., 2019; UNEP, 2025）。提高环境效率（即在现有技术条件下扩大经济产出，同时缩减生产投入和污染物排放）成为一个核心挑战，特别是在能源强度高且清洁能源技术获取受限的情况下。正因如此，大陆发展框架（《非洲科学、技术和创新战略》（STISA-2034）和《2063年议程第二十年实施计划》（2024–2033）强调技术创新是可持续转型的支柱（AU, 2014）。然而，进展仍然不均衡，创新——尤其是通过专利活动的空间集中度——如何转化为环境效率提升的机制尚不明确。这促使人们考察专利集聚如何塑造非洲经济体的技术扩散和绿色生产力动态。

专利集聚（PA）——即创新活动的空间集中度——已成为低碳发展战略的核心。通过聚集研发机构、专门技能、供应商网络和隐性知识，集聚降低了知识传播成本，强化了创新溢出效应，并加速了累积学习和技术适应扩散（Belussi and Hervas-Oliver, 2018; Marshall, 1890）。这些动态主要通过技术升级和低碳技术扩散来提高环境效率（Xu et al., 2022）。首先，PA通过促进先进过程自动化、智能制造系统和节能机械的采用，改变了生产系统的技术构成，从而降低了能源强度、材料浪费和生产泄漏。其次，创新集群通过劳动力流动、供应商与买方互动、贸易联系以及创新集群内的协作学习网络产生的溢出效应，加速了低碳技术扩散，从而减少了与低碳技术相关的信息不对称和采用成本。然而，这些渠道带来的环境效益在很大程度上取决于吸收能力。知识密集型活动加强了技术学习、熟练劳动力形成、研发合作和组织适应，使经济体能够内化、部署和维持环境高效的技术转型。

专利集聚的环境效率效应还取决于底层的政策诱导和资源分配机制条件，这些条件在各国的差异很大（De Haas and Popov, 2019; Porter and Van Der Linde, 1995）。在监管薄弱的环境中，创新可能主要支持生产扩张，而没有内化环境成本，从而强化了污染密集型工业化。相比之下，较强的环境法规通过增加碳密集型生产的相对成本，将创新努力引向更清洁的技术轨迹。财政能力构成了影响环境有益创新的商业化和大规模部署的另一资源分配条件。由于绿色技术往往是资本密集型的，薄弱的金融系统限制了技术的采用和规模化，而较强的金融系统则促进了绿色投资、基础设施现代化和环境高效的技术扩散。因此，各国在政策诱导和资源分配机制条件方面的差异可能会产生异质的环境效率结果。与此一致，非洲的专利活动表现出显著的空间集中度，南部非洲（位置商 [LQ] = 2.96）和UMA（LQ = 1.07）表现出强集聚，而西非国家经济共同体（LQ = 0.36）和东部和中部非洲共同体（LQ = 0.58）的集聚则明显较弱（见表4.3）。这些区域不对称性意味着，专利集聚的环境效率效应更有可能在互补的技术、财务和监管能力得到充分发展的地区显现出来。这些模式促使人们系统考察专利集聚是否能够以及在何种条件下转化为非洲经济体环境效率的可衡量提升。

尽管对环境可持续性日益关注，但关于创新活动的空间集中度如何影响非洲碳效率的研究仍然有限。少数集聚研究主要关注经济驱动因素和结构特征，使得专利集群在很大程度上未被探索（Abegaz and Nene, 2022; Han et al., 2025）。大多数研究通过其对环境退化的影响来考察技术创新，依赖的指标如CO?排放、生态足迹或碳强度（Gao et al., 2023; Khurshid et al., 2024; Kwakwa, 2023; Zhang et al., 2023），这些指标抽象了排放的生产率维度。此外，创新通常被视为外生的，这使得人们难以深入了解专利系统内的空间集群和知识扩散如何塑造环境效率（Dauda et al., 2021b; Iyke-ofoedu et al., 2024）。实证结果仍然是碎片化的，反映了各国在发展水平、技术能力和指标选择方面存在巨大的异质性（Bergougui, 2024; Bothongo and Kinyar, 2025）。因此，连接专利集聚、创新动态和碳效率的机制——特别是通过技术升级、低碳扩散和制度门槛——仍然理解不足。基于这些空白，本研究探讨了四个相关问题：专利集聚是提高还是限制了非洲的环境效率；这些效应通过哪些渠道发挥作用；门槛条件是否塑造了集聚-效率之间的联系；以及这些效应如何随资源密集度和区域经济集团而变。为考察这些问题，我们分析了2011年至2023年间32个非洲经济体的面板数据，结合元前沿非方向性距离函数与动态面板和门槛回归技术，以考察效应、机制和异质性。

本研究通过系统考察创新活动的空间集中度如何塑造非洲经济体的环境效率，并明确考虑资源禀赋和区域经济集团之间的异质性，从而对文献作出了贡献。在方法论上，本研究采用了一个两阶段框架，首先使用基于DEA的元前沿非方向性距离方法在生产经营环境中测量环境效率，该方法兼顾了各国的技术异质性，并同时考虑了期望产出和非期望排放。然后，所得到的效率估计值被用于计量经济学模型中，以评估专利集聚和创新动态如何影响环境表现。在实质内容上，分析区分了专利集聚的直接效应和通过技术复杂性和低碳技术扩散运作的间接传导渠道，同时考虑了知识密集型活动、财政能力和环境法规的调节和门槛作用。通过将集聚经济与异质技术下的效率分析相结合，本研究推进了将创新视为外生变量或主要依赖部分、比率型和绝对排放指标的现有工作，如总二氧化碳排放或人均二氧化碳排放。从政策角度看，研究结果为基于创新的气候政策设计提供了相关证据，对于通过更有效部署低碳技术来推进可持续发展目标9（产业、创新和基础设施）和可持续发展目标13（气候行动）具有意义。

本文其余部分结构如下：第2节综述了相关文献；第3节详细介绍了方法和数据；第4节提出并解释了实证结果；第5节得出了主要见解和政策含义。

章节片段

环境效率测量及非洲研究

许多关于非洲环境表现的实证研究依赖单因素指标，如CO?排放或比率型指标（例如，GDP/CO?或能源/CO?）（Gao et al., 2023; Khurshid et al., 2024; Kwakwa, 2023）。尽管这些信息有用，但这些指标忽视了评估全经济排放效率所必需的关键生产要素，如资本和劳动，从而对环境表现提供了狭窄的评估（Zhou et al., 2010）。为了解决这一局限性，

环境效率的估计

为了使用全经济数据测量非洲各经济体的环境效率，本研究采用了元前沿Malmquist框架下的非径向方向性距离函数（NDDF）。该方法考虑了组异质性，并评估了随时间变化的碳效率趋势。此外，当存在松弛时，传统方向性距离函数（DDF）可能会高估效率，使得NDDF成为一种更精确的替代方案（Wang et al., 2016; Zhang and Song, 2020）。

非洲经济区的专利集聚

我们使用公式（12）估计了非洲各经济区的专利集聚。表3显示，南部非洲发展共同体（SADC）的集中度最高（LQP = 2.956），其次是UMA（1.072），而东部和中部非洲共同体（EAC/ECCAS）（0.585）和西非国家经济共同体（ECOWAS）（0.356）仍然表现为弱集聚。SADC的主导地位反映了更深度的工业化、更强的研发系统以及南非作为区域创新中心的作用。UMA的适度集聚与基于资源的创新和选择性枢纽相一致，而EAC/ECCAS和ECOWAS的数值较低

结论

创新活动的空间集中度是现代增长过程的一个突出特征，但其对非洲经济体环境效率的影响尚不明确。本研究通过考察2011年至2023年期间32个非洲国家专利集聚（LQP）与环境效率（EFF）之间的关系，对文献作出了贡献。本研究使用动态面板和门槛回归方法，并结合非方向性元前沿DEA

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