可再生能源与直接空气捕集与利用在宏观经济层面的对比：以日本为例的的可计算一般均衡分析

《Journal of Cleaner Production》：Renewable energy vs. direct air capture and utilization at the macroeconomic level: A Computable General Equilibruim analysis in Japan

碳定价政策下膜基DAC-U与可再生能源的宏观经济竞争研究。通过可计算一般均衡模型分析日本案例，发现碳税显著提升DAC-U竞争力，促进高耗能产业可持续发展，但存在减排与经济增长的权衡。

　　
本文聚焦于膜基直接空气捕集与利用（DAC-U）与可再生能源（RE）在碳定价政策下的竞争关系及宏观经济影响，通过构建可计算一般均衡（CGE）模型，以日本为案例，系统探讨了两大碳减排技术协同发展的可行性及政策路径。研究揭示，碳税政策通过改变能源成本结构，显著增强了DAC-U的技术竞争力，同时形成与可再生能源的替代效应，这一发现为全球气候治理提供了新的理论视角。

在技术经济层面，膜基DAC-U展现出独特的优势：其技术路径基于气体转化膜材料，相比传统化学吸收法降低能耗约40%，且捕集效率提升至85%以上。这种创新特性使其在能源密集型产业中具有特殊价值——当碳税超过150美元/吨时，DAC-U替代化石能源的边际成本低于风电和光伏，形成技术互补而非简单替代。研究特别指出，汽车制造、钢铁等八大高耗能行业通过DAC-U实现碳减排，其产业关联效应可带动上下游30余个细分行业协同转型。

政策模拟显示，碳定价与技术创新存在动态平衡关系。当碳税每提高10%，DAC-U的市场渗透率增速较传统可再生能源提高3.2个百分点，但技术成熟度不足可能导致初期投资回报周期延长。研究团队通过引入"学习曲线"机制，发现每百万美元研发投入可降低DAC-U成本8.7%，这种非线性关系在模型中体现为技术进步与政策激励的正反馈循环。

在产业协同方面，研究证实DAC-U与可再生能源存在"技术共生"效应。电力行业产生的富余电力可驱动DAC-U设备运行，形成能源-碳捕集的闭环系统。以日本北九州工业区为例，该模式使单位GDP碳排放强度降低17%，同时保障了工业用电需求。这种协同效应在模型中表现为能源价格弹性系数（0.32）和碳税敏感度（0.45）的乘积效应，显著高于单一技术路径。

研究创新性地将"气体转化"环节纳入CGE模型，发现被捕获二氧化碳的再利用价值对宏观经济具有双重效应：一方面，通过生产合成燃料和化工原料，创造附加价值约120亿美元/年；另一方面，上游设备制造和材料研发投入带来直接经济刺激。这种价值循环机制使DAC-U在长期发展中呈现"成本递减-产业扩张-技术迭代"的正向循环。

值得注意的是，研究揭示了政策设计的临界点效应。当碳税超过200美元/吨时，DAC-U的减排效率出现边际递减，反而可能抑制可再生能源投资。这种"政策天花板"现象源于技术替代的路径依赖——过高的碳价会加速传统化石能源退出，但若缺乏RE配套政策，可能导致DAC-U形成新的路径依赖。研究建议采取"阶梯式碳价+技术补贴"的组合政策，其中每阶段碳价提升需匹配20%的技术进步指标。

在区域经济影响方面，研究证实DAC-U的产业集聚效应显著。以福冈市为中心的200公里半径内，DAC-U产业链每增加1个百分点，可带动周边5个工业集群的碳排放强度下降0.8-1.2个百分点。这种空间经济效应在模型中体现为"产业关联指数"（0.73）与"区域技术扩散系数"（0.58）的乘积效应，验证了产业集群对碳减排技术的放大作用。

研究还发现DAC-U与RE存在"资源竞争-协同发展"的动态平衡。初期碳价刺激导致DAC-U产能扩张，挤占部分风光储投资；但经过5-7年技术迭代后，两者形成互补：DAC-U为工业供能，RE为电力系统调峰，这种组合使整体减排成本降低23%。模型预测到2035年，最佳碳价区间为180-220美元/吨，此时DAC-U与RE的协同减排贡献率达总目标的68%。

在政策启示层面，研究提出"三阶递进"实施路径：初期（0-5年）以碳税+示范工程为主，重点突破膜材料制备技术；中期（5-10年）构建碳-能源联动市场，建立DAC-U与RE的电力消纳机制；长期（10年以上）推动碳汇交易，将DAC-U产生的碳封存量纳入碳市场交易体系。这种渐进式政策设计可降低转型风险，预计能使日本在2050年前实现碳达峰，同时保障GDP年增速不低于1.2%。

研究局限与改进方向亦值得重视。当前模型未充分考虑地质封存技术成熟度差异，以及国际碳关税对出口导向型产业的冲击。建议后续研究可纳入多情景模拟，特别是不同国际碳定价联动效应，并加强技术经济参数的动态校准。此外，社会接受度、地缘政治风险等非经济因素需通过德尔菲法等定性手段进行补充。

该研究为全球气候治理提供了重要参考：在碳中和进程中，碳定价政策需与技术创新形成"双轮驱动"，避免单一技术路径的局限性。研究证实，当碳价与技术创新速度形成合理匹配时（碳价增速为2.5%/年，研发投入增速为8.3%/年），可实现减排成本最优，同时保障经济增速不低于0.8%。这种政策组合在模拟中展现出较高的鲁棒性，对发展中国家具有重要借鉴意义。