探讨机器人制造与城市碳排放之间的非线性关系

为何机器人与城市空气应放在同一讨论框架中

随着机器人在工厂中的普及，许多人期待它们不仅让产业更智能，也更清洁。但制造这些机器人的过程本身亦是高能耗的行业，常聚集在快速发展的工业城市中。本研究考察数百个中国城市，提出一个对关心气候变化与技术的人都至关重要的简单问题：制造更多机器人会推动城市碳排放上升还是下降？随着行业增长，这一答案会改变吗？

清洁天空之前的排放上升

为探究这个问题，研究者追踪了2008至2019年间277个中国城市中机器人制造企业的发展情况，并将其与各城市的碳排放进行比较。他们统计了注册的机器人制造公司数量及其规模，并将这些数据与官方的碳排放、能源使用和地方经济数据相匹配。分析显示出明确的模式：当一座城市的机器人制造业刚起步时，新增机器人厂往往会增加碳排放。新厂的建设、设备安装和供应链的形成，都需要大量电力和材料。在这一阶段，扩张的环境成本超过了由更智能技术带来的节约。

一个拐点：更多机器人意味着更少污染

当机器人制造业达到中等规模后，情况发生转变。超过某一临界点后，行业的进一步增长与城市整体碳排放的下降相关。换言之，这种关系呈倒U形：排放先上升、到达峰值，然后在行业成熟时下降。研究估计，当一座城市大约拥有四家机器人制造企业时，平均来看，继续增加企业数量会与排放的轻微下降相关。到该阶段，生产流程趋于标准化，企业之间互相学习，且更清洁、更高效的技术在集群中传播。样本中许多城市已经越过这一拐点，表明对这些城市而言，支持机器人产业的进一步发展可能有助于实现气候目标而非阻碍。

机器人如何帮助其他行业减少能源浪费

为理解成熟机器人聚集区如何削减排放，作者追踪了一条逐步传导链。首先，更多的本地机器人制造商使附近工厂安装机器人变得更容易且成本更低。数据证实，随着机器人制造的增长，同一城市内工业机器人的使用也在上升。其次，用户企业中机器人普及提升了能效。机器人能够更精确、更连续地运行生产线，减少错误并更好地协调任务，使得每单位产出所需的电力减少。研究发现，机器人使用更多的城市能够从每单位工业用电中获得更高的经济价值。第三，这些能效上的改进转化为较低的碳排放，尤其在机器人广泛采用之后。这一完整序列在那些已越过早期扩张阶段的城市中最为明显。

并非所有地区与机器人企业都相同

机器人制造的益处在中国并不均匀分布。在机器人制造已较密集的东部发达地区，研究未发现一个明显的拐点使得新增工厂显著降低排放。在这些地区，单纯扩大规模可能已不足够；更清洁的技术和更完善的能源系统变得更为重要。相比之下，中部城市呈现清晰的倒U形模式，拐点出现得更早，意味着它们用更少的机器人企业就能开始看到碳减排的效果。西部城市也显示出随着产业增长存在较大潜力的迹象。机器人业务类型同样重要：专注于系统集成（如软件、控制系统和定制化自动化解决方案）的企业，比主要制造机器人硬件的企业更早且更强烈地带来排放下降，后者通常更耗能耗材。

这对更环保的产业意味着什么

对于关心技术如何支持气候行动的读者来说，本研究给出的是一个细致的结论。机器人制造并非天然清洁。在早期阶段，它可能增加城市的碳负担，因为建厂本身能耗高。然而，随着该部门增长、知识传播并向本地企业供应机器人，它可以帮助城市更明智地使用能源并逐步降低排放。促进从小而分散的作坊向获得支持且高效的产业集群转变、鼓励系统集成以及扩大机器人普及的政策，可能使机器人产业成为净化城市工业的更有力盟友。

引用: Lin, J., Xie, Y. & Shen, J. Exploring the nonlinear relationship between robotics manufacturing and urban carbon emissions. Sci Rep 16, 15646 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46922-y

关键词: 机器人制造, 城市碳排放, 能效, 工业机器人, 中国城市