关雎文，周琪，毛保华*
(1.利兹大学，交通研究所，利兹LS2 9JT，英国；
2.北京交通大学，中国综合交通研究中心，北京 100044)
温室气体增加导致的全球变暖已成为威胁人类生存的重大问题，温室气体主要源于社会经济发展中的碳排放。为此，各国相继提出“碳达峰”“碳中和”目标，促进全球达成应对气候变化问题的战略共识并开展相关行动。
不少学者开展了针对各国碳排放峰值特征[1]和碳达峰影响因素[2]的研究。KAYA[3]发现人口结构因素是推动碳排放增长的根本原因；
AYRES等[4]和张雷[5]从能源结构角度分析对比各国碳达峰和碳减排经验；
GROSSMAN 等[6-7]提出环境库兹涅茨曲线(Environmental Kuznets Curve, EKC)，发现经济水平(人均GDP)对碳排放量的影响呈先增后降趋势。蔡婉华等[8]和姜晓红等[9]研究了交通运输行业中碳排放控制的测算方法和经济增长关系。ARTO 等[10]发现人口增长、经济变迁和技术改革这三者的互相作用是碳排放增长的主要动力；
SMRUTI 等[11]分析了东南亚及南亚17 个国家的碳排放相关数据，结果表明，化石能源占比和外国投资贸易对碳排放的影响最大。AHMED等[12]研究5个南亚国家，结果显示，能源与经济发展之间互为因果关系。
总体来看，既有研究多侧重碳排放及其影响因素的机理分析。实际上，由于碳排放主要源于人类经济发展与社会生活的相关活动，碳排放控制策略需要考虑经济发展的阶段性特征，因此，研究碳排放控制进程中社会经济发展的演化规律具有重要意义。
本文选取法国、美国、日本、英国、德国和巴西这6个已实现碳达峰的国家为对象，通过分析这些国家CO2排放量、人口数量、GDP总量(2015年不变价美元)、能源结构及产业结构(相关数据来源于国际能源署(IEA)和世界银行等数据库)的变化，为我国“双碳”目标的实现提供可借鉴的经验。
1.1 碳达峰与经济发展的阶段性关系及特征
碳达峰是一个国家或地区实现绿色低碳转型的重要节点。本文利用碳排放总量和碳排放强度两个达峰节点划分碳排放的发展阶段。碳排放量指排放并扩散到大气中CO2的总质量；
碳排放强度指每单位GDP产生的CO2排放量，通常衡量国民经济与碳排放量之间的关系，t时期和t+1 时期的碳排放强度可以表示为
式中：Qt,Ct,Mt分别为t时期碳排放强度、碳排放总量和国内生产总值；
vt,C为碳排放总量的增长率；
vt,M为国内生产总值的增长率。
由于碳排放量和碳排放强度的数量级不在同一水平，本文进行归一化处理，典型国家碳达峰进程的指标变化和阶段划分如图1所示。可知，碳排放强度和碳排放总量呈先后达峰的规律。根据两个指标的达峰节点，将碳排放的发展历程划分为S1～S3这3个阶段。
图1 典型国家碳达峰进程的指标变化和阶段划分Fig.1 Index change and stage division of carbon peak process in typical countries
第1阶段(S1)是碳排放强度和碳排放总量同时增长阶段。该阶段处于经济发展和碳排放未脱钩[13]状态，GDP增长带来的不良后果是碳排放量的激增。具体而言，该时期是从农业社会向工业社会逐渐转变的初步阶段，各国为追求生产效率的提升，催生出电力、建筑及交通运输等高碳排放的行业，造成CO2排放速率迅猛提升，使得vt,C ＞vt,M,＞1,Qt+1＞Qt因此，该阶段碳排放强度持续增加直至达峰。其中，英国是工业革命的先驱国，在1960年以前已实现碳排放强度达峰；
德国由于数据缺失，计算起始时间从1971 年开始，所以，这两国在研究期限内并无这一阶段。典型国家主要指标峰值及达峰时间如表1所示。
从达峰数值来看，由表1 可知，英国的碳排放强度在1960年就已达到0.74 kg·美元-1。随着资本主义经济的发展，法国、美国及日本等国家逐步实现碳排放强度达峰，峰值分别为0.52 kg·美元-1、0.82 kg·美元-1和0.51 kg·美元-1，均处于世界同期较高水平。
表1 典型国家主要指标峰值Table 1 Peak value and peak time of main indicators in typical countries
从达峰时间来看，除巴西外，各国均在1970年及以前实现了碳排放强度的达峰，第1阶段持续时间不超过10 年，如表2 所示。巴西作为发展中国家，其碳排放和经济发展不稳定，导致碳强度和总量达峰用时过长，耗费44 年才出现拐点。总体来看，碳排放强度的达峰数值和达峰时间与一个国家的工业化进程起始时间呈正相关趋势。国家开展工业革命的时间越早，越能凭借工业化的优势抢占更多的市场份额，获得更多的经济收益，GDP 加速上涨，因此，其碳排放强度峰值出现的时间越早。
表2 典型国家碳达峰各阶段持续时间Table 2 Duration of each stage of carbon peaking in typical countries
第2 阶段(S2)是已实现碳排放强度达峰，向碳排放总量达峰过渡的阶段。案例中，巴西的碳排放强度和碳排放总量同时达峰，故无此阶段。在S2阶段，经济发展与碳排放量之间的相互影响逐渐转弱，两者的关系开始向弱脱钩[13]方向发展。具体看来，此阶段中各国的经济水平和碳排放量均呈现增长趋势，但是，随着工业水平不断加深，前者的增长速度远大于后者(vt,M ＞vt,C)，因此，可得≤1，碳排放强度处于下降状态Qt+1≤Qt。同时，该时期以化石燃料为主的能源消费结构未发生根本性改变[14]，碳排放量仍不断增加，所以，图1中S2阶段的两条曲线趋势相反，经济和碳排放量逐渐脱钩。此外，从表2中可以得出，以英国、法国及德国为首的资本主义国家的工业化成果，即经济发展优势开始显现，加之欧洲各国不断出台的环保政策，使这些国家第2阶段的平均持续时间仅为11.67年。美国和日本虽然也拥有强大的工业能力，但受自身环保意识和科技发展需求的影响，并未重视碳排放问题，因此，两者平均花费35.5 年才完成从碳排放强度达峰向碳排放总量达峰的过渡。
第3阶段(S3)是碳排放总量达峰与碳排放强度同时下降的阶段。该时期典型国家在保持经济增长状态的同时，碳排放强度和总量在不断下降，说明已开始步入较为低碳的发展模式，经济发展与碳排放属于强脱钩[13]关系。受上世纪70 年代两次石油危机影响，加之全球开启以科技创新为主导的第三次工业革命，经济格局和能源结构随之发生演变。从第3 阶段开始，各国的碳排放量增长率vt,C ＜0，vt,M ＞0，Ct+1＜Ct碳排放总量相继达峰，峰值最低的巴西仅为4.78 亿t，最高的美国达到57.33 亿t，超过其他典型国家的总和(表1)。同时，各国在该阶段的持续时间相差较大，英国、法国和德国坚持推行环保政策，已平均持续减排42.67年，美国、日本及巴西现处于碳减排初期，第3 阶段持续时间为5～15 年不等(表2)。由此可见，各国由于自身国情的区别，碳排放总量峰值和碳减排持续时间不尽相同。但是，位于该阶段的国家均已开启工业化进程的下一阶段，即从劳动密集型和资源密集型产业向低碳环保的高端制造业和服务业方向发展，逐步向碳中和目标迈进。
1.2 碳达峰前后时期经济发展差异
碳达峰是CO2排放由升转降的重要拐点，典型国家碳排放达峰前后各10 年的GDP 年均增幅(达峰不足10年的国家计算截至2019年)如图2所示。
图2 典型国家碳达峰前后GDP年均增幅Fig.2 Average annual GDP growth before and after carbon peak in typical countries
由图2可以看出，碳达峰后各国经济增速显著下降，但是，经济总量仍保持上升态势(除巴西外)，表明经济发展与碳排放量的变化趋势相反，经济提升不再严重依赖于能源的消耗，转而向可持续发展方向推进。
法国、英国、美国及德国在碳达峰前后的经济增速降幅均在1.2%～1.8%，日本由于经济长期低速增长，达峰前后经济增速下降不明显，变化量低于1%。根据此类国家的经济发展经验来看，碳达峰前后时期往往呈现出经济水平较高和经济增速下降的状态。主要发达国家在20 世纪70 年代～21 世纪初，陆续实现碳总量达峰，英国、法国、德国、美国及日本等国已经基本完成了工业化，经济水平较高，人均GDP 均超过20000 美元·人-1，平均值为35538.81 美元·人-1。其中，美国在2007 年实现碳达峰时人均GDP 高达54272.72 美元·人-1，远高于全球平均水平。同时，这些国家均为第三次工业革命的先驱者，凭借金融和科技优势在新能源、新材料和人工智能等领域取得了发展先机，进一步提升了工业化水平。在一个国家工业化程度加深和社会财富累积的过程中，普遍会经历碳排放量由升转降的过程[15]。因此，这类国家碳排放控制与经济发展的关系符合上述3阶段的描述，在经济水平和工业化能力提升到较高程度时可以实现碳排放总量的自然达峰。
巴西在达峰前后的GDP 年均增幅差异达到了4.0%，是经济变化最大的国家。结合碳排放发展的三阶段分析可知，巴西的碳排放强度和总量同时达峰。分析其原因发现，巴西从上世纪80 年代开始实行“去工业化”的经济发展战略。彼时巴西的工业和经济发展尚不完备，这一错误战略导致其经济结构突变，贸易完全依赖资源出口和低端制造业，极易受国际市场影响。2013—2014 年的全球金融危机对巴西经济的影响较大，迫使其在2014 年实现了碳达峰，在碳达峰后的10年中经济持续低迷，出现增速为-0.5%的衰退现象，与前10年的GDP年均增幅相差达4%。同时，巴西在碳达峰时的人均GDP 只有12112.8 美元·人-1，远低于自然达峰国家的平均水平，说明其尚不具备自然达峰的条件。因此，“去工业化”的经济战略使巴西处在全球产业链的低端，经济发展容易失速，致使碳排放量随之被迫达峰。
碳排放量的变化与能源供应结构息息相关。自工业革命以来，化石燃料的开采和利用使之成为全球碳排放量猛增的主要原因。在本文研究的典型国家中，化石燃料的使用量平均占总燃料量的84.5%，占比最多的英国达96.4%，最低的巴西也达到了59.1%。全球工业化生产以化石能源的大量消耗为代价，同时，由于科技水平的限制，许多国家未能快速找到合理采集和使用清洁能源的方法，导致化石燃料使用量居高不下，碳排放量达到顶峰。
各国工业和经济发展到一定程度后，政府开始有意识的采取减排措施，大幅减少煤炭和石油等高碳排放能源的供应，大部分典型国家的化石燃料占比在达峰后年均缩减1%～3%不等。典型国家碳达峰前后化石能源占比变化如图3所示。
图3 典型国家碳达峰前后化石能源占比变化Fig.3 Proportional changes of fossil energy in carbon peak year and 2019 in typical countries
由图3可知，2019年与达峰年相比，除日本外，各国化石能源比重均有不同程度降低。降幅最大的法国达35.1%，最小的美国为3.4%。上世纪80年代和90 年代开始，德国和法国等国家通过关闭煤矿和钢铁企业等方式，压缩工业煤炭用量。此外，典型国家在削炭减油的过程中，还大力发展清洁能源，包括核能和可再生能源(水电能、风电能及太阳能等)[16]。2019 年已初见成效，各国清洁能源占一次性能源消费比重平均超过20%，法国更是达到了43.3%。
日本的情况较为特殊，2019年的化石燃料占比与达峰年相比不降反升。原因是受2011 年3.11 大地震影响，日本国内大部分核电站停运，至今尚未完全恢复，生产生活不得不重新依靠进口化石燃料以弥补核电下降的电力需求缺口，化石能源比例再次攀升至87.8%，比达峰年高4.3%。然而，日本在此次能源危机后多采用的是液化天然气(LNG)，与化石燃料中的煤炭和石油相比，液化天然气的碳排放量较少，较为环保。受此影响，日本的碳排放总量虽再次上升，但并未超过2004年的峰值。
因此，从碳排放的能源供应层面来看，典型国家在碳达峰后采取了能源供应结构调整措施，减少化石资源的开采使用；
同时，拓宽新能源市场，增加可再生能源比重，使之成为新的产业支柱，这样才能从根本上改变能源资源结构，完成碳中和目标。
产业是国民经济发展的载体，产业结构组成和分布决定了一个国家的资源配置效率及碳排放规模。从产业结构来看，自18世纪工业革命开始，人类由农业社会逐步转型为工业社会，工业化规模的不断扩大带来更多的能源消耗，推动碳排放量增加。上述国家在碳达峰后，第一产业占比基数小，变化也相对较小，英国、法国及德国下降约2%，美国、日本及巴西基本无变化。然而，所有国家在碳减排时期均呈现出第二产业占比下降和第三产业比重上升的趋势。典型国家产业结构占比变化如图4所示。
图4 典型国家产业结构占比变化Fig.4 Proportional changes of industrial structure in carbon peak year and 2019 in typical countries
碳达峰后，典型国家的产业结构变化主要分为两种情况：
第1 种是以英国和法国为代表的“去工业化”产业变迁。随着经济快速发展，英国和法国等国家从上世纪90 年代开始，逐步将中低端制造业向外转移，所以，两国在实现碳达峰时已进入“后工业化时期”，工业和制造业在经济结构中占比不断降低，服务业占比上升，如图4所示。两国的产业结构调整幅度基本相同，在达峰年的第二产业占比为43%左右，到2019 年该比重调整为27%左右。与之同时变化的是第三产业，两国在碳减排时期服务业占比均上升了约18%。随着以信息技术为主导的低碳产业兴起，已碳达峰国家的产业发展已经或正在经历由第二产业转向第三产业主导的结构变迁，社会整体进入低碳发展轨道。
第2种是以美国、德国及日本为代表的制造业升级调整。德国和日本是两个制造业大国，承接了欧美等国外迁的中端制造业市场，第二产业较为发达，占比在碳达峰后仍维持在40%～45%之间。因此，两国碳排放量的减少是制造业升级的结果，其制造业强国的地位并未动摇。美国虽然在碳达峰当年第二产业占比仅为31.3%，并在其后维持较低状态，但这并不是简单的“去工业化”，随着需求规模的增长和制造分工的深化，许多制造业内部的研发设计服务被剥离出来，形成了新的生产性服务业[17]。美国2019 年的服务业占比达到72%，其中，超过50%隶属于生产性服务业，其本质仍为第二产业。美国、德国及日本等发达国家通过不断强化技术先发优势，利用全球化的生产和组织模式占据产业链顶端，建立了有利于自身发展的行业标准和分工规则，达到了新的产业结构平衡。
除上述两种情况外，巴西作为非正常达峰国家，其碳达峰年的工业和制造业产值仅占GDP 总量的31.9%。同时，巴西的服务业占比非常大，2019 年高达63.5%，高于同期的德国(53%)、日本(56.9%)及英国(54.5%)等发达国家。巴西政府也效仿发达国家实施“去工业化”战略，但这一超前的经济战略与国情不符，其薄弱的经济和科技基础使产业结构升级失败。因此，巴西虽然产业结构占比与上述国家类似，但其碳达峰后的综合国力远不如发达国家。
本文从定量的角度测算并分析典型国家碳减排效果，而后从定性的角度总结各国减排路径，为我国构建低碳社会提供借鉴。
4.1 碳减排效果
将所选国家分为两类，A类为2000年前实现碳达峰的国家，B 类为2000 年后达峰的国家，两类国家从碳达峰至今的碳减排效果和速度如表3 所示。由于A类国家目前的减排比例在40%左右，因此，表3 按减碳量超过碳排放量峰值10%，20%，30%的比例对减排速度及幅度进行阶段性比较。此外，由于B类国家2019年碳排放量与峰值相比减少的比例在10%～20%之间，因此，表3 仅讨论其碳减排比例超10%的情况。
表3 典型国家碳减排效果及速度Table 3 Achievements and speed of carbon emission reduction in typical countries
从减排幅度看，A类国家早在1970—2000年间陆续完成了碳排放总量达峰，进入碳中和阶段，碳排放量平均降幅为43.45%，接近B 类国家的3 倍，可见A 类国家的碳中和进程已完成了将近50%。相较而言，B 类国家的减排幅度整体较低，2019 年碳排放量与峰值相比平均减少14.99%。其中，日本于2004 年实现碳排放达峰，但是，在2007 年和2013年均出现过阶段性极大值，排放量接近峰值水平，而后才逐渐降低。可见，目前B 类国家处于碳减排初期，尚未完全进入碳中和阶段，导致碳排放降幅与A类国家相差较大。
从减排速度看，A类国家的阶段性减排效率较为一致，从碳达峰后保持稳定下降趋势，减排10%，20%，30%分别用时8.33，12.33，31.67年。年均减排速度分布也较为平均，各国均为1.33%左右，波动不大。B类国家碳减排起始时间虽晚，但初期的减排效果更佳，仅用时3.33 年便能减排10%，各国年均减排速度为1.88%。进入21世纪以来，第三次工业革命迅速推进，各国可以使用更高效节能的科技手段进行生产生活，传统的高耗能产业也逐步转型，B类国家在碳中和初期借此契机实现了碳减排速度的快速上升。然而，B 类国家的减排效率不一，减排速度差别较大，巴西的年均减排速度为3.17%，达到了日本(0.94%)的3 倍以上。究其原因可知，各国减排效率的不一致与其碳中和战略导向和政策息息相关。
4.2 碳减排战略与措施
典型国家的碳减排效果与其减排战略措施相关。根据各国碳减排战略导向将上述两类国家进一步细分为引领型、支持型和摇摆型[18]，如表4所示。
表4 典型国家碳减排战略模式分类Table 4 Classification of typical national carbon reduction strategies
以英国、德国及法国为代表的引领型国家，碳减排战略是以碳中和为核心目标，借此完成经济转型、能源结构调整和产业升级，实现全社会的低碳发展。这些国家有雄厚的环保政治基础，愿意承受一定的转型成本，并通过立法和科技创新等手段对碳中和目标予以保障。例如，2008年英国颁布了世界上首部以法律形式确立碳减排目标的《气候变化法案》，明确了2050 年碳减排80%的目标。法国2015年通过了《绿色增长能源转型法》《国家低碳战略》，提出2050 年实现“碳中和”目标。同时，这些国家积极研发碳捕捉和存储等低碳技术，在运输和供暖上推广电力、可再生能源和其他低碳发电方式。综上，引领型国家通过立法等行政手段保障了减排措施的有效执行，不断研发新能源低碳技术，碳减排整体效果良好，减排速度快且稳定。
以日本和巴西为代表的支持型国家的战略是将碳中和视为促进经济增长的机会和手段，在符合国情的基础上平稳推进碳中和进程。日本2020年的《绿色增长战略》和巴西2021 年颁布的《国家绿色增长计划》都将应对气候变化视为拉动经济复苏和实现低碳转型的新增长点。不过，这些国家由于自身能源和工业经济结构问题，不愿为碳中和付出过大代价。例如，日本大地震后，核电产业全面受损，目前仍高度依赖化石能源。传统的汽车行业为日本经济的重要支柱性产业，实现绿色转型相对困难。因此，日本虽制定了碳中和战略，但实施过程遇到了较大内部阻碍。总体而言，支持型国家根据自身国情采取了相对保守的减排战略，在不损害经济发展前提下寻求低碳发展。导致此类国家的碳减排效果不稳定，受国际形势和政策变动的影响较大。
以美国为代表的摇摆型国家，碳排放政策受政治立场影响而摇摆不定。1997 年克林顿政府引领国际气候治理，倡议并签署了《京都议定书》；
小布什时期，美国单方面宣布退出该协议；
奥巴马时期，美国再次推动环保进程，促进全球178个经济体达成《巴黎协定》；
特朗普上任后，美国于2020年11月4日正式退出该协定。2021年，美国总统拜登上任当天又签署行政令，宣布重返《巴黎协定》。不难看出，美国应对气候变化的立场在内部斗争中始终摇摆不定，举措以短期性为主，相关立法没有实质性突破。尽管如此，美国为保持科技强国优势，在电力和交通运输等行业投入大量资金，推动可再生能源技术研发，对清洁能源技术创新的支持是长期而坚定的。总之，美国的经济和科技实力能够支撑其成为碳中和的引领型国家，但国内政治斗争使美国的碳中和政策反复无常，导致其减排效果不佳。
根据对典型国家在碳达峰前后不同阶段社会经济特征、碳排放规律以及经济发展与碳减排关系的分析，得到以下结论。
(1)典型国家碳排放与经济发展的关系普遍经历由相互依赖到弱脱钩再到强脱钩的变化。3段变化对应着由碳排放强度和总量两个达峰点划分的3个发展阶段。碳达峰时，典型国家已具备较高的经济水平，除巴西外，各国人均GDP 为35538.81 美元，远高于同期全球平均水平。达峰前各国GDP年均增速超过3%；
达峰后，各国年均GDP 增速放缓，普遍下降至原来的50%，经济发展进入低碳模式。值得注意的是，巴西由于经济政策不当而非自然达峰，碳排放与经济发展失衡。因此，根据国情制定碳排放控制措施和经济战略十分重要。
(2)典型国家碳达峰前后化石燃料占比“先增后减”。达峰时，化石能源平均占比为84.53%，达峰后，年均缩减1%～3%不等。在经历两次石油危机后，各国开始逐步调整能源结构，削减煤炭和石油等化石燃料比重，同时，加强可再生能源的研发和使用，2019年，各国清洁能源占比已超过20%。
(3)典型国家碳达峰前后产业结构变化明显，第一产业占比基数和变化均较小，第二产业比重逐年降低，第三产业占比同步上升。其中，英国和法国采取了“去工业化”策略，将第二产业外迁，国内着重发展服务产业；
达峰前后第二产业占比下降超过15%，第三产业占比上升约18%。美国、日本及德国第二产业变动虽较小，但这些国家占据着高端制造业的市场，德国和日本在碳达峰后制造业占比仍维持在40%以上。美国虽然第二产业比重低于30%，但其拥有发达的生产性服务业，可以帮助其获得新的产业结构平衡。
(4) 典型国家中较早实现碳达峰的经济体(A类：英国、法国及德国)拥有较发达的低碳政治、经济和科技基础，是成为碳中和行动引领者的重要前提。晚达峰的经济体(B类：美国、日本及巴西)减排速度快慢不均，减排效果不稳定，这些国家的碳中和战略又可分为支持型和摇摆型两类，支持型国家依据自身国情制定低碳经济增长战略，摇摆型国家的碳排放政策随政治立场而变化。
我国目前的经济发展水平与欧美国家存在显著差异。第一是碳达峰到碳中和的窗口期明显短于欧美等国。目前，我国处于S2阶段，即碳排放强度达峰到碳排放总量达峰的过渡时期。据测算，我国2030 年碳达峰总量约为112 亿t[19]，若要实现2060 年碳中和，年均减排速度需达到8%～10%，远超典型国家的减排速度和力度。表明我国碳达峰和碳中和目标的实现难度和需付出的努力程度要远大于上述国家。第二是我国经济结构和工业水平与欧美国家存在较大差距。我国2021 年人均GDP 仅为12556.3 美元，离发达经济体差距甚大。同时，我国重工业在国民经济中占比过大，经济增长高度依赖于能源消耗量，减排存在重大阻碍。
作为后发国家，我国在发展阶段上拥有一些独特机会和优势。一是可以借鉴工业和经济发展先行国的经验；
二是可以借鉴发达国家部分公益性的碳减排技术与手段。总体上，我国碳达峰和碳中和行动可以参考支持型国家的碳排放战略。首先，应依据自身发展状况，制定符合国情和切实可行的碳排放控制和经济发展目标。其次，应积极调整能源结构，减少化石燃料的应用，提高可再生能源使用比重。第三，参照德国和日本的产业升级路线，在保持工业和制造业生产水平前提下，大力发展生产性服务业，加快构建第三产业主导的经济格局，促进碳排放与经济发展的脱钩。