《管理世界》|| 叶强、高超越、姜广鑫：大数据环境下我国未来区块链碳市场体系设计
文章来源
叶强（哈尔滨工业大学经济与管理学院）
高超越（哈尔滨工业大学经济与管理学院）
姜广鑫（哈尔滨工业大学经济与管理学院）
文章刊发：《管理世界》2022年第1期
文章主要内容
摘要：碳市场建设是完成“双碳”目标的重要保障，而个人级碳交易作为目前企业级碳交易的有效补充，将会助力“双碳”目标的高效达成。本文拟利用区块链技术赋能碳市场建设，面向未来大数据环境下的碳市场，设计碳市场区块链系统架构，提出了区块链碳市场中个人碳资产价格驱动机制模型。本文首先分析了碳市场的发展趋势，指出个人级碳交易的重要性；进而利用区块链公链技术与侧链扩容技术，提出“公链+侧链”的碳市场体系设计方案，即公链上进行企业级碳交易，侧链上进行高频小额的个人级碳交易。该方案利用区块链技术的诸多优点降低管理成本、加强监管力度的同时，解决了个人碳资产大数据导致的公链拥堵问题，实现了个人碳资产聚合，保证了交易效率。各侧链生态可以根据区域或项目特色编制智能合约进行自治化运行，既实现了“因地制宜”，又降低了运行成本，还可以保证用户隐私与数据提供商的数据资产安全。最后，本文对该方案进行了经济学建模分析，通过模型推导和数据模拟论证了其社会效益，为政府决策提供了参考依据。
关键词：大数据 区块链 碳交易 碳普惠 侧链
一、本文研究背景与意义
气候变化是人类面临的共同挑战。我国作为负责任和有影响力的大国，在碳减排方面一直在付出努力并取得了显著成效，承诺“二氧化碳排放力争于2030年前达峰，并努力争取2060年前实现碳中和”（简称双碳目标）。碳排放权交易（简称碳交易）是实现这一目标的重要方式，因此，建设统一高效的碳排放权交易市场（简称碳市场）受到国家有关部门的重视。2021年7月，我国在原有7个区域性试点碳市场的基础上启动了全国统一碳市场，并力争在“十四五”期间碳市场覆盖8个重点高能耗行业。
我国当下的碳市场以企业级的碳交易为主，市场建设以一种“自上而下”的方式（即以控制在能源消耗上游的碳排放为主要目的）进行。国家主管部门通过适当的分配原则将碳排放配额分配给企业，企业根据自身所处行业、技术、管理方式等特征，制订减排目标与计划。减排高效的企业可以将剩余的碳排放配额（简称碳配额，即相关部门规定的二氧化碳排放指标）出售给减排困难或者减排成本高的企业，通过市场化配置推进企业的低碳转型。但目前的碳市场还没有覆盖到个体层面的碳排放。研究表明，个人和家庭直接或间接导致的碳排放约占全球碳排放总量的72%左右。在国家层面上，中国近35%的碳足迹与家庭碳消费行为有关；新加坡约有1/4的碳排放量是由于居民生活行为产生；美国归因于消费者需求的碳排放总量占国家二氧化碳排放总量的80%以上。因此，个人层面的碳减排对于高效达成“双碳”目标意义重大。
个人级碳交易是指通过量化个人碳排放量并进行交易从而达到碳减排效果的政策形式，是一种“自下而上”的方式（即以控制在能源消耗下游的碳排放为主要目的）。个人级碳交易形式的选择是各国政府面临的难题。欧洲市场的相关经验表明，强制性的个人碳交易在落地过程中存在分配不均衡和监督执行等方面的困难。相比之下，以激励形式引导公民自愿参与碳减排的碳普惠制度更加适用于我国国情。因此，本文提到的个人级碳交易主要指自愿性个人级碳交易，碳普惠制度是自愿性个人碳交易的一种政策形式。目前，我国部分地方政府和企业初步探索了一些个人级碳交易形式，多以区域性项目的方式运行，如广东省的“碳普惠”项目等。这些项目虽然对个人的碳减排起到了一定的促进作用，但距离形成完善的个人级碳市场还有一定的差距。
无论是目前运行的企业级碳市场还是正在探索的个人级碳市场，在实际运行中都存在一定的问题。企业级的碳市场主要依托中心化交易所进行交易，存在诸如数据造假、虚假交易、监管不透明、管理部门核查成本高等中心化交易的弊端，并且在大数据管理中，过于中心化会导致数据安全性差和管理成本较高等问题。个人级碳交易体系的建设也存在一些关键问题，包括激励方式的设计、用户隐私保护和不同商家的数据资产共享等。其中，制约个人级碳交易全国推广的主要障碍是海量个人碳资产数据的管理成本问题。快速发展的区块链技术为解决上述问题提供了新思路。区块链可以记录碳配额的发放、上报和履约等全过程数据，其不可篡改和可追溯的特性将会降低企业瞒报排放量、个人或者数据管理机构篡改数据等行为发生的概率，降低虚假数据、虚假交易产生的可能性，极大降低政府部门的核查成本；区块链的可编程特性，即智能合约，可以满足不同的区域、不同场景下的碳普惠政策推行，完善的智能合约可以自动运行、无需维护，将极大减少碳普惠建设过程中的数据统计、碳积分发放与回收等工作的管理成本。通过区块链的侧链扩容技术，还可以将“自上而下”和“自下而上”建设的企业级和个人级碳市场有机整合为统一的碳市场。
二、研究内容与方法
面向我国未来碳市场的发展，本文首先分析了个人与企业级碳市场的演变趋势，总结了四个碳市场发展的迭代阶段，即全国碳市场启动期、发展期、成熟期、完善期，并估计了每个阶段用户参与数量。基于海量用户管理、海量交易数据管理及面向未来企业级和个人级碳市场的统一建设需求，本文进一步提出了在未来大数据环境特征下，利用区块链技术手段设计的碳市场体系。大数据环境的管理问题将会激发决策范式的转变与业务模式创新。本文拟利用公链技术及其侧链扩容技术设计满足企业级碳交易与个人碳交易性能需求的交易体系架构，利用公链的去中心化、可追溯、不可篡改、数据公开透明和可编程等特性保证企业级碳交易的真实可信，降低管理成本，并通过侧链聚合个人碳资产，将高频小额的个人级碳交易转移到交易吞吐量更大的侧链中进行。具体而言，本文提出了“公链+侧链”运行模式的系统架构，设计了区块链碳市场的业务流程，并以太坊作为基础构建了一个区域碳普惠生态运行示例。最后，本文根据公链与侧链的耦合关系，利用经济学模型对侧链中流通的个人级碳交易进行了合理定价，并利用模拟数据说明了交易体系、定价模型的合理性。
三、研究贡献与政策建议
本文的主要贡献体现在以下3个方面：
（1）论述了个人级碳交易的重要性，并面向未来提出了融合企业级和个人级碳交易的统一碳市场建设思路。
（2）面向未来大数据环境下的碳市场，提出了“公链+侧链”的区块链碳市场体系设计方案。公链上实现企业节点与区域生态运营节点之间的交易，侧链上实现区域生态中的个人碳资产的产生与交易，利用区块链技术形成了融合企业级与个人级碳交易的统一碳市场。
（3）建立了区块链碳市场中个人碳资产价格驱动机制模型，通过分析侧链生态中个人碳资产价格与重要参数之间的关系，阐释价格变动机理，为政府部门进行政策调控给出了建议。
四、未来拓展
本文基于未来碳市场的海量交易数据视角提出并分析了区块链在实际应用中的技术方案，这是区块链赋能实际应用的一方面，从理论框架到落地应用还需要更多细节的优化和技术实现。从区块链技术角度来看，其技术本身的发展也存在诸多的研究机会，例如建立自主创新的区块链基础理论体系，开发区块链系统构建关键技术，建设自主区块链软硬件平台，提出区块链安全技术与监控方法，以及开展在金融、能源、智慧城市建设等重点领域的示范应用。根据“把区块链作为核心技术自主创新重要突破口”的重要指示，我们要加快研发新的区块链技术。新的区块链技术可以促进重要产业技术转型，帮助企业寻找新的商业运营模式，从而助力国民经济发展。
五、写作、投稿、修改的过程和心得体会
首先，感谢本文研究团队的辛勤工作，感谢哈尔滨工业大学经济与管理学院刘洋老师在价格驱动机制模型推导的过程中给予的指导与建议。感谢清华大学陈国青教授在论文写作与修改过程中给予的帮助，感谢北京绿色交易所与北京智慧空间科技有限责任公司的专家给予的宝贵意见。同时，十分感谢编辑部、匿名审稿人对本文提出的宝贵意见，他们的意见不仅深化了我们对于碳交易、大数据、区块链技术三者之间的思考，也促使我们从理论和技术两方面完善面向未来的区块链碳市场体系设计方案。最后，感谢在论文研究与写作过程中给我们提出建议的学者、同事和企业技术人员，他们专业的建议帮助我们完善文章技术细节与模拟实验，使得文章的科学性得到进一步提升。我们很荣幸能与各位专家学者进行交流，同时，我们将继续以“服务国家战略，发展数字经济”为己任，在碳交易与区块链技术等领域深入探索。
文章刊发：
叶强、高超越、姜广鑫：《大数据环境下我国未来区块链碳市场体系设计》，《管理世界》，2022年第1期，第229~240页。
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