鋼鐵領域CO2 減排協同發展的實現策略
——以京津冀為例

李健，付春旺，李柏桐

（1.天津理工大學管理學院，天津 300384；2.天津大學管理與經濟學部，天津 300372）

引言

2022 年10 月16 日，黨的二十大報告提出堅持健全生態文明制度體系更加健全，推進新型工業化。鋼鐵領域作為我國國民經濟的重要組成部分，探討鋼鐵領域協同減排策略有著重要意義。2022 年我國鋼材產量為13.4 億t，其中粗鋼產量為10.18 億t，鋼鐵行業產值占國內生產總值（GDP）的5%，產量超過世界鋼鐵總產量的一半，碳排放占全國碳排放總量的15%[1]。為應對這一現象，2020 年第75 屆聯合國大會一般性辯論中，國家主席習近平向國際社會正式宣布中國“2030年實現碳達峰，2060 年實現碳中和”的目標[2]。城市群對我國參與全球競爭發揮著不可替代的作用，推動著經濟增長與區域的協調發展[3]。京津冀作為我國三大主要城市群之一，工業化強、經濟增長快，同時也是輻射我國北方沿海的碳排放中心，京津冀作為北方鋼鐵領域發展重地，有必要率先實現“雙碳”目標。

目前，在碳排放的研究領域中，國內外學者對因素分解和脫鉤彈性的研究較多且已較為成熟。在鋼鐵領域碳排放脫鉤研究中，Wang 等[4]和王俊嶺[5]均使用Tapio 脫鉤模型對我國鋼鐵領域碳排放脫鉤狀態進行了分析并指出我國鋼鐵工業與碳排放的脫鉤狀態多為弱脫鉤。在碳排放驅動因素分解研究中，國內外學者多采用Ang[6]改進的傳統單層對數平均迪式（Logarithmic Mean Divisia Index, LMDI）指數分解法即對數平均迪式指數分解法，此方法解決了無殘值的缺點并使分解結果更加完全。劉小麗等[7]運用LMDI指數分解法將中國制造業碳排放驅動因素分解為經濟增長、產業結構、能源強度、能源結構和碳排放系數五個因素。Wang 等[8]結合LMDI 方法和脫鉤努力值，將我國鋼鐵行業大氣污染物排放的影響因素分解為環境調節效應、污染物產生強度效應、能源結構效應、技術進步效應和規模效應五個因素。Shen 等[9]基于國家自主貢獻（NDC）和氣候目標，構建了基準情景（Business As Usual, BAU）、NDC、2 度和1.5 度四個場景進行預測，發現鋼鐵的生產、技術和生產結構是徹底脫碳的關鍵影響因素。

綜合來看，現有研究對驅動因素及脫鉤狀態的研究較多，但仍存在較多待研究的碳減排領域：①現有文獻的研究視角多為工業、制造業層面，缺少對鋼鐵領域的研究，研究視角過于宏觀；②對驅動因素及脫鉤狀態的分析變量較為傳統，忽略了勞動和資本兩個關鍵要素對碳排放的貢獻；③研究范圍多集中于國家和個別省份，缺少對城市群間協同關系的研究；④鮮有以“五年計劃”為時間序列的研究，時間也多集中在2019 年以前。鑒于此，本文以京津冀鋼鐵領域為研究視角，以核算2006—2025 年鋼鐵領域碳排放現狀為數據基礎，將時變參數C-D 生產函數創新性地引入傳統的LMDI 分解法，在能源消費碳強度和能源強度等這些傳統因素基礎上引入技術進步、資本投入和勞動投入要素，并構建Tapio 脫鉤和脫鉤協同模型，通過實證分析驅動因素、脫鉤指數和脫鉤協同關系，最終對京津冀鋼鐵領域提出協同減排策略，這對新時期京津冀協同發展和實現“雙碳”目標具有重要的現實意義。

1 研究方法及數據處理

1.1 研究方法

1.1.1 碳排放核算

本文基于聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）《國家溫室氣體清單指南2006 修訂版》中的參考方法，并借鑒李明煜等[10]對工業碳排放的估算方法，對鋼鐵領域碳排放量進行核算，公式如下：

式中，C為CO2排放總量；Ei表示對第i種能源的消耗量；ei和pi分別表示第i類能源的標準煤折算系數和碳排放系數，具體見表1；44/12 表示CO2與碳的分子量比值。

表1 各種能源的標準煤折算系數和碳排放系數

式中，St、Ct、GDPt分別代表t時期的碳排放強度、鋼鐵領域碳排放量和總產值。

1.1.2 基于時變參數C-D 生產函數的LMDI 分解

利用時變參數C-D 生產函數對LMDI 模型進行改進，參考Liu 等[11]、袁偉彥等[12]和沈葉等[13]的研究，將京津冀鋼鐵領域碳排放的驅動因素分解為能源消費碳強度、能源強度、技術水平、資本存量和勞動力投入，公式如下：

式中，Y表示產出；A為技術水平；K為資本存量；L為勞動力投入；α、β分別為隨時間變化的資本及勞動投入彈性，且α+β=1。

式中，C代表鋼鐵領域CO2排放量；E代表鋼鐵領域總能耗；Y代表鋼鐵工業總產值；ES 代表能源消費碳強度；EI 代表能源強度。

將式（5）利用LMDI 模型進行分解，定義ΔCt表示某一時期年末的CO2排放量，ΔC0表示某一時期第一年的CO2排放量，單位為萬t CO2，則鋼鐵領域碳排放的綜合效應為：

式（6）中，鋼鐵領域碳排放的具體分解結果如下：

式中，ΔCES表示能源消費碳強度；ΔCEI表示能源強度；ΔCA表示技術進步；ΔCK表示資本投入；ΔCL表示勞動投入。

1.1.3 TAPIO 脫鉤模型

2005 年TAPIO 首次提出“脫鉤彈性”的概念，即經濟增長與碳排放之間的脫鉤，并分為連接、脫鉤、負脫鉤三大狀態[14]。后被進一步細分為弱脫鉤、強脫鉤、弱負脫鉤、增長負脫鉤、增長連接、衰退脫鉤與衰退連接8 種等級，見表2。

表2 脫鉤標準表

（1）碳排放與工業增加值的脫鉤指數。

式中，ΔCO2為樣本期間末期CO2排放量與基期的差值；ΔGDP 代表末期鋼鐵工業總產值與基期之間的差值；ΔGDP/GDP 是指鋼鐵工業增加值。從而依據ΔCO2和ΔGDP 值的大小及正負，以及ε值的大小可以得出脫鉤的類型。

（2）交叉脫鉤指數測算方法。參考苑清敏等[15]對脫鉤協同關系的研究，構建如式（13）的交叉脫鉤指數，來評價京津冀地區間鋼鐵領域與碳排放的脫鉤協同關系：

式中，εRS表示地區R與地區S的交叉脫鉤指數；ηir和ηis分別表示第i時間段地區R與地區S間的脫鉤彈性系數，從而進一步分析京津冀鋼鐵領域碳排放的脫鉤協同關系。

為了使協同程度更加直觀地表示出來，根據交叉脫鉤指數，將脫鉤協同狀態分為10 個對稱區間，當εRS越趨近于1 時，脫鉤協同狀態越佳，詳見表3。

表3 交叉脫鉤協同狀態表

1.1.4 灰色預測模型

參考於冉等[16]的研究，設時間序列c(0)有n個值， 即，代表歷年碳排放量，通過累加生成新的時間序列，則相應的微分方程為：其中，γ為發展灰數；δ為內生控制灰數。再對微分方程求解，得到GM（1，1）模型：

通過模型可預測2023—2025 年碳排放量，且通過檢驗發現預測結果可信度高。

1.2 數據來源

本文取自《中國統計年鑒》中的“黑色金屬冶煉及壓延加工業”代表鋼鐵領域。核算碳排放相關的煤炭、洗精煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油、天然氣和焦爐煤氣等11 種能源相關數據來源于中國碳核算數據庫（CEADs）以及IPCC《國家溫室氣體排放清單指南》，見表1，其中鋼鐵工業增加值代表鋼鐵領域經濟增長狀況；勞動投入即鋼鐵領域平均就業人數；資本投入運用單豪杰等[17]的研究，采用永續盤存法估算，即固定資產凈值。

2 結果及分析

2.1 京津冀鋼鐵領域碳排放分析

如圖1、表4[10]和表5 所示，2006—2025 年京津冀鋼鐵領域的CO2排放量整體呈增長趨勢，由2006年的21 018.40 萬t 增長至2025 年的55 642.12 萬t，年均增長率為4.99%，其中北京市鋼鐵領域的CO2排放量從2006 年（937.44 萬t）呈逐年下降的趨勢，到2010 年下降至93.30 萬t，這說明北京市對鋼鐵領域的碳減排治理效果非常好，主要是由于首鋼經國家發展改革委正式批復于2010 年底搬離北京，北京市實現早期達峰狀態。天津市、河北省的碳排放強度均在“十二五”期間下降，說明“十二五”期間京津冀持續推動以鋼鐵領域為主的重點行業淘汰落后產能，達到了一定的碳減排效果。但是“十三五”及“十四五”期間又呈上升趨勢，說明在此期間京津冀城市群在鋼鐵領域發展中以“經濟增長”為導向，天津市表現為晚期達峰，河北省則仍表現為快速增長狀態[10]。2006—2025 年北京市和天津市碳排放強度均低于地區平均水平，而河北省則高于地區平均水平，河北省作為鋼鐵生產大省，在京津冀鋼鐵領域碳排放量中占比最高，為88.93%。

圖1 京津冀鋼鐵領域碳排放總量

表4 京津冀鋼鐵領域碳排放達峰狀態

表5 京津冀鋼鐵領域碳排放強度

2.2 京津冀鋼鐵領域碳排放的驅動因素分析

以“五年計劃”為時間視角，利用基于時變參數C-D 生產函數的LMDI 模型分析了鋼鐵領域碳排放的驅動因素，得到能源消費碳強度、能源強度、技術水平、資本存量和勞動力投入對碳排放影響的貢獻值。結果見圖2 至圖6。

圖2 京津冀鋼鐵領域能源消費碳強度效應

圖3 京津冀鋼鐵領域能源強度效應

圖4 京津冀鋼鐵領域資本投入效應

圖5 京津冀鋼鐵領域勞動投入效應

圖6 京津冀鋼鐵領域技術進步效應

（1）能源消費碳強度效應分析。在2006—2025年，京津冀整體的能源消費碳強度效應呈“W”狀，只在2006 年、2008 年、2009 年、2011 年、2012 年和2017 年表現為碳減排作用，“十一五”中期呈現負值，可能與2008 年北京奧運會實施的“綠色奧運”有關，對京津冀鋼鐵領域碳減排起到了一定的促進作用。但其余年份貢獻值基本為正值，表明單位能耗的碳排放量仍然較多，主要是因為鋼鐵領域能源消費構成中高排放能源比重較大。

（2）能源強度效應分析。除了2017 年和2018 年外，其他年度能源強度一直是京津冀鋼鐵領域碳減排的主導因素，說明在此期間京津冀鋼鐵領域碳排放由快速增長變為慢速增長，這得益于鋼鐵領域能源利用效率提高。尤其是“十一五”和“十二五”期間，由于京津冀整體能源強度持續的抑制作用，分別使鋼鐵領域碳排放減少15 953.77 萬tCO2和5205.57 萬tCO2。但是能源強度的碳減排作用從“十二五”期間逐漸減弱，主要是能源強度在“十三五”期間對天津市的碳減排變為碳增排，對京津冀增碳起到了一定的拉動作用，且在2017 年和2018 年京津冀整體由減碳變為增碳作用，分別貢獻了2369.76 萬tCO2和6120.78 萬tCO2，可能是“十三五”中期京津冀經濟迅速發展導致鋼鐵領域能源強度提高，單位產值能耗上升的結果。

（3）資本投入效應分析。資本投入作為鋼鐵領域主要的碳增排因素，對京津冀鋼鐵領域碳減排起到了持續的抑制作用，主要原因是經濟效益最大化一直是鋼鐵企業利益的最優選，從而使資本存量的產出彈性持續增強，其碳增排效應也持續增強。然而，以鋼鐵領域為主的資本密集型重點耗能工業發展迅速也帶來了固定資產投資過熱、產能過剩和環境污染等負面問題。但后期又整體呈波動下降的趨勢，其中北京市在“十一五”期間的資本投入起到了一定的碳減排作用，但減碳效果微弱。2018 年天津市和河北省資本投入產出大幅減少，分別貢獻了-3705.17 萬tCO2和-3734.63 萬tCO2，主要是由于“十三五”規劃強調要推動綠色低碳循環發展，全面完成節能減排約束型目標，同時互聯網迅速崛起有效分流了以鋼鐵領域為主的重工業投資，一定程度上抑制了高耗能行業的碳排放。

（4）勞動投入效應分析。“十一五”和“十二五”期間天津市和河北省的勞動投入碳增排效果顯著，是因為“十一五”和“十二五”期間資本還未涌入第三產業，新增就業人口多涌入高耗能的實體產業。從“十三五”開始到“十四五”期間，京津冀鋼鐵領域順應供給側結構性改革，產業結構不斷優化，高耗能行業資本密集型特征顯著，勞動力大量轉入以第三產業為主的低耗能行業，且隨著保護環境教育的普及，勞動力有了節能減排的意識，使得勞動投入從增碳效應變為減碳效應，分別在“十三五”和“十四五” 期間貢獻了-10 062.28 萬tCO2和-16 966.70 萬tCO2。

（5）技術進步效應分析。“十一五”“十二五”期間，北京市、天津市和河北省技術進步均表現為抑制作用，主要是2005 年后，國家大力支持科技創新，且在“十二五”時期，黨的十八大報告提出“建設資源節約型、環境友好型社會”的目標，加大了碳減排力度，且在“十三五”和“十四五”時期碳減排作用繼續增強，說明由于技術進步使得生產效率提高從而抑制了企業碳排放。

2.3 京津冀鋼鐵領域碳排放脫鉤及協同關系分析

將時間按“五年計劃/規劃”劃分，測得了2006—2010 年（2006 年為基準年）、2011—2015 年（2011 年為基準年）、2016—2020 年（2016 年為基準年）、2021—2025 年（2021 年為基準年）京津冀鋼鐵領域各種脫鉤指數和協同狀態，見表6、表7。

表6 京津冀鋼鐵領域碳排放脫鉤結果

表7 京津冀鋼鐵領域碳排放交叉脫鉤結果和協同狀態

2.3.1 京津冀鋼鐵領域碳排放脫鉤分析

結果顯示，首先，2006—2025 年京津冀地區鋼鐵領域碳排放與鋼鐵工業增加值之間的脫鉤狀態嚴峻。“十一五”期間京津冀鋼鐵領域碳排放與GDP 的脫鉤關系為弱脫鉤，表明京津冀地區鋼鐵領域碳排放量隨工業GDP 增加而增長，但是碳排放量的增長幅度小于工業GDP 增加的幅度；“十三五”和“十四五”期間京津冀鋼鐵領域碳排放與工業增加值的脫鉤關系均為強負脫鉤，表明碳排放與工業GDP 成反比，且碳排放量的增長幅度大于工業GDP 減少的幅度，主要原因是在此期間，我國房地產業的迅速發展，導致國內鋼鐵需求量增大，加速了鋼鐵領域的快速發展，從而使碳排放量快速增多，碳減排技術的發展仍然無法阻礙鋼鐵領域碳排放的增加。因此，京津冀整體脫鉤狀態并未改善，鋼鐵領域經濟增長與碳排放未實現脫鉤。

2.3.2 京津冀鋼鐵領域碳排放的脫鉤協同關系分析

“十一五”時期，北京市和天津市脫鉤協同狀態表現為一般協同的脫鉤狀態；天津市和河北省表現為協同的脫鉤狀態，表明天津市和河北省在此期間鋼鐵工業增長與碳排放的脫鉤程度相近，二者脫鉤協同狀態良好；北京市和河北省表現為不協同，但由于北京市鋼鐵領域逐漸在“十一五”后期搬離北京，對于區域脫鉤協同關系的研究主要集中于天津市和河北省的協同關系。但在“十二五”到“十四五”時期，天津市與河北省的鋼鐵工業增長與碳排放均為極不協同的脫鉤狀態，協同程度很差。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）2006—2010 年、2011—2015 年、2016—2020年和2021—2025 年京津冀鋼鐵領域碳排放量變化趨勢由快速增長變為緩慢增長。2006—2025 年北京市和天津市的碳排放強度均低于地區平均水平，河北省則高于平均水平，其中，北京市已經實現早期碳達峰，天津市表現為晚期達峰，而河北省還處于快速增長階段。

（2）通過分析京津冀鋼鐵領域碳排放的驅動因素可知，各驅動因素的貢獻值存在顯著差異且都不穩定，碳增排因素為能源消費碳強度和資本投入，碳減排因素為能源強度和技術進步，勞動投入逐漸從碳增排效應轉變為碳減排效應。

（3）京津冀地區CO2排放與鋼鐵工業增加值未實現完全脫鉤，脫鉤狀態由弱脫鉤變為強負脫鉤，脫鉤狀態不理想，河北省碳脫鉤是京津冀實現“雙碳”目標的關鍵。

（4）北京市與天津市和天津市與河北省鋼鐵工業增長與碳排放的脫鉤協同關系只在“十一五”時期分別表現為一般協同和協同脫鉤，而在“十二五”到“十四五”時期表現為極不協同。

3.2 鋼鐵領域協同減排策略

（1）改善能源消費碳強度和能源強度。能源消費碳強度作為碳增排因素，必須通過調整能源消費結構來減少單位能耗產生的碳排放量，提高煤炭在總能耗中的利用率。繼續提高能源強度的碳減排效果，提升單位經濟產出的能源消耗即能源效率，提高廢鋼利用率[18]，促進能源結構綠色化和協同化。

（2）鼓勵技術創新。產業技術創新協同發展仍然是鋼鐵領域碳減排的重要選擇[19]，應該保證控制總能耗同時提高粗鋼生產率。借鑒歐盟的ULCOS （Ultralow CO2steelmaking）、日本鋼鐵工業的COURSE50（CO2ultimate reduction in steelmaking process by innovative technology for cool Earth 50）、韓國的全氫煉鋼技術以及美國的AISI（American iron and steel institute）項目等[20]，進一步深度脫碳。

（3）改善投資結構和勞動投入。通過減少投資來減緩經濟增長與我國經濟可持續發展的矛盾，因此要關注投資質量，激勵綠色投資轉向高耗能產業，持續提高勞動投入的碳減排作用，提高綠色低碳相關技術人員在勞動投入中的比例[12]。

（4）因地制宜。根據京津冀各省市不同驅動因素的貢獻度、脫鉤指數及協同狀態，制定各自的碳減排政策，合理解決產業轉移過程中帶來的污染物區域轉移問題，并以黨的二十大提出的“促進區域協調發展”為政策引導，促進京津冀碳排放強脫鉤化和協同化，激勵京津冀城市群間協調發展。