2050年道路交通脱碳全球乘用车零排放路线图

对于纯电动汽车而言，图1中标示的“燃料/电力的生产”排放的温室气体主要来自于发电时燃烧的煤炭和天然气。但同时，由于纯电动汽车电池中的一些电力来自太阳能和风能等可再生能源，生产太阳能电池板，风力发电机等设备的过程中产生的温室气体也一并算入了这一板块。此外，为纯电动汽车充电时和电网电力传输时产生的能量损耗也被考虑在内。

与化石能源发电相比，可再生能发电产生的温室气体排放水平要低得多。随着可再生能源发电量的增长，电网的碳排放有望持续降低。氢能的生产也有类似的趋势，目前大多数氢气燃料是由天然气制成的，而这一生产过程排放的二氧化碳量大体相当于同样的天然气直接燃烧用于驱动汽车时的二氧化碳排放量。相较于缺乏进步空间的汽油和柴油，如果氢能源也能通过清洁能源生产，氢燃料电池汽车势必会带来更多气候收益。目前各地政策正在鼓励一些清洁制氢技术的开发和应用，例如将碳捕获和储存 (CCS) 与天然气制氢同步配对，以及采用电解方式直接用可再生电力生产氢气等。如果这些技术能够得到推广，氢燃料制备产生的温室气体将会进一步减少。我们的分析是在基于这些激进的政策能够推行，从而实现了上述技术转变的假设基础上进行，并得出相关结果的。其实，尽管这些政策显得较为激进，但其对于实现《巴黎协定》中的目标仍是必要的。无论如何，目前电力驱动的燃料电池汽车行驶单位里程的耗电量是纯电动汽车的3倍。考虑到可再生电力供应仍然稀缺的现状，这在短期到中期内无疑是一个影响决策的重要事实。针对 2021年新注册的纯电动和氢燃料电池汽车，图1考虑了2021-2038年期间全球电力和氢能生产逐渐清洁化对两种电动汽车的温室气体排放的影响。最重要的结论即是，虽然纯电动汽车和氢燃料电池汽车的全生命周期温室气体排放量都比传统内燃机车要低得多，但电池电动汽车的带来的气候效益仍是无出其右的。

未来表现

在未来，对于在2030年生产注册的车辆来说，其全生命周期的气候效益将随着可再生能源渗透率的上升变得更加显著。如图2所示，相比于2021年，在2030年新注册的纯电动汽车和燃料电池汽车的全生命周期温室气体排放将会大幅减少，而汽油、柴油和天然气汽车则的排放水平却几乎不变。这意味着使用电动汽车带来的相对收益将会随着时间而不断扩大。

图2. 2030年注册的全球典型中型乘用车的全生命周期温室气体排放预测

当两种电动汽车的能量来源都100%由可再生电力补给时，减碳收益将会提升到前所未有的高度。图2显示，仅使用可再生能源的最清洁的纯电动车和氢燃料电池车的温室气体排放量仅为汽油和柴油汽车的 18%–22%。理想状态下，到2050年时我们就能使用100%可再生电力，这也是为了规避未来严重气候危机所必须要实现的。鉴于乘用车的使用寿命通常为15至18 年，有必要在2030年前后完成新车销售100%电动化的过渡，从而在2050 年实现汽车领域的全面脱碳。

三、地区间比较

不同地区间车辆温室气体排放水平也有差异。 图3展示了中国、欧洲、印度和美国的汽油车与纯电动汽车的全生命周期温室气体排放量。其中，深色柱形表示在2030年注册登记的汽车的预计排放量，浅色柱形则表示2021年销售的汽车的温室气体排放量（无一例外，2021的排放水平在本地区内都高于2030年的水平）。在电网产生的温室气体水平较低的地区，例如欧洲和美国，纯电动汽车取代汽油车带来的气候效益是很大的。中国和印度煤炭发电的比例更高，电网的清洁程度相对会低一些，但即便如此，纯电动汽车提供的气候效益也足够明显。 在所有地区，纯电动汽车带来的气候效益都随着时间的推移而增长。

四、插电式混合动力汽车

上文中我们提到，与汽油和柴油汽车相比，纯电动汽车可大幅减少温室气体排放，然而插电式混合动力汽车则无法做到这点。插电式混合动力车同时拥有电动机（由可充电电池驱动）和内燃机（由汽油为燃料驱动），从设计上插电式混合动力车在大部分时间和场合里能够在电力驱动模式下运行，然而在实际驾驶中，驾驶员往往不会践行这种策略，而是使用汽油发动机行驶大约一半的车辆里程。不能否认，插电式混合动力车比传统汽车对气候更友好，但考虑到当前的驾驶行为，就会发现其并不是一个实现温室气体减排的最优方案。

五、生物燃料

生物燃料在交通运输脱碳中扮演的角色很复杂。生物燃料指的是任何由植物或动物材料制成的燃料，例如玉米乙醇和棕榈生物柴油等。与石油相比，生物燃料的确可以减少温室气体排放，因为其燃烧排放的碳其实已事先被用于制造这种燃料的植物从大气中截存。然而，正因为考虑到全生命周期，就会发现，培育、收获和运输原料以及生产和运输生物燃料产品过程中的大部分活动实际上仍然依赖于化石燃料。

当今，大多数生物燃料是由玉米、大豆和棕榈等作物生产的。将这些作物用于生产生物燃料也会导致土地利用情况变化，从而产生大量额外温室气体排放。农作物从农业市场分流出来，转而用于生产生物燃料，促使用于传统目的（如作为粮食）的作物部分的供需失衡，这不可避免地导致农业向森林等其他类型土地扩张。毁林开荒和其他类似的土地利用转变势必会增加温室气体排放。因此，用本来作为食品的资源生产生物燃料，这是否会比石油对气候更加有益，对此尚难做出定论。

图4. 生物燃料的全生命周期温室气体排放量

图4展示了欧盟和美国对于主要几种生物燃料的生命周期温室气体排放强度范围的估计分析。每个悬浮柱的底端代表该种生物燃料的全生命周期温室气体排放的估计最低值，顶端代表估计最高值。中部虚线表示全球典型汽油或柴油燃料的生命周期温室气体排放量，用于直观比较。分析发现，与化石燃料相比，大豆生物柴油和棕榈生物柴油拥有更高的温室气体排放水平，玉米乙醇的温室气体排放水平与传统汽油大致相同。这些类别的生物燃料的温室气体排放强度估计值的范围很大，这一定程度上可以归因于作物种植和生物燃料生产过程的区域性差异，但更主要的原因则是很难预测在面临生物燃料需求时，全球土地利用情况的反应和变化。总体看来，与化石燃料相比，以食物为基础的生物燃料最多可以将温室气体排放量减少一半左右，但在最坏的情况下，它们甚至会比燃烧化石燃料增加一到两倍的排放。

不过，仅就交通领域而言，生物燃料对温室气体排放的总体影响很小，因为其在生物燃料与汽油或柴油的混合燃料中所占的比例通常只有10%或更少。图1-3中对柴油和汽油车的分析已经将这种常见的混合少量生物燃料的情况纳入了考虑，从而反映生物燃料作为部分燃料时对于汽车温室气体排放的影响。此外，我们还特别预测了在推广纤维素生物燃料的政策情景下，生物燃料组合将会发生怎样的变化。从图4中可以发现 ，纤维素生物燃料的生命周期温室气体排放远低于以食品为基础的其他生物燃料，甚至可能产生负碳效应。然而，尽管从气候角度来看，纤维素生物燃料的确很有前景，但由于生产这种可持续性生物质的资源有限，仅凭它们无法成为交通运输部门深度脱碳的可行方案。使用由废油生产的生物燃料是另一种温室气体减排的途径，不过其受原料供应制约的程度更甚。由污水和粪便等废物产生的沼气也如出一辙。在未来几十年，脱碳难度高的行业（尤其是航空业）对低排放生物燃料和电子燃料的大量需求可能会压缩道路车辆生物燃料的供应。

六、电子燃料

与生物燃料一样，电子燃料为传统汽车脱碳提供了另一种途径，但目前为止它们的供应也同样非常有限。电子燃料是通过可再生电力电解水生产的氢气，再与来自工业废物流或直接由空气捕获的二氧化碳结合生产出的一种燃料。液体或气体的电子燃料可以混入传统柴油和汽油中使用，并且理论上混合率可以高达 100% ，即完全取代汽油或柴油。

与生物燃料相比，电子燃料的生产成本要高得多。例如，此前我们在相关研究中的估计表明，在2030年前后欧洲每升电子燃料销售价格可能超过3欧元，导致价格高昂的一大原因是生产电子燃料的过程本身效率低下，因为使用电力时大约一半的能量在转换过程中就被损耗掉了。此外，与氢相比，电子燃料在内燃机中的燃烧效率也要低得多。再加上生产电子燃料所需的电解槽和燃料合成设备价格较高，都不可避免造成了的高成本。鉴于这种高昂成本带来的低应用性，我们在全生命周期分析中没有包括柴油和汽油混合任何电子燃料的假设情景。尽管理论上电子燃料可以在传统汽车中以高达100% 的混合比例使用，并且假使完全由可再生电力生产而来，在这样的假设下其温室气体排放量可能极低，但受限于成本问题，其仍然难以成为全球交通脱碳战略的主要力量。这样一来，鉴于低排放生物燃料和电子燃料的成本与供给壁垒，在可预见的未来内，传统内燃机车势必仍要以化石能源驱动为主。

七、与重型车进行类比

虽然本研究并未直接涉及卡车和公交车等重型车辆，但主要结论对其仍然适用。首先，只有纯电动和燃料电池技术才能使重型车辆实现脱碳。研究发现，与传统动力系统的卡车相比，纯电动和氢燃料电池卡车可以显著减少全生命周期的温室气体排放。乘用车和重型车之间的一个关键区别在于，后者往往有更长的寿命里程，所以重型车燃料消耗产生的温室气体排放占生命周期的总排放比例更高，车辆和电池制造的温室气体排放也被均分到更长的里程范围。这也同时意味着相比于乘用车的电动化，重型车电动化将在减排上更有效果。其次，当考虑到严重的甲烷泄漏排放时，以液化天然气 (LNG) 为动力的重型车辆也并不能比柴油重型车体现出更多的温室气体减排优势。第三，低排放生物燃料和电子燃料不能显著减少柴油和天然气重型车的生命周期温室气体排放，因为正如乘用车的情况那样，燃料供给难度很大。第四，随着未来电网和氢气生产的绿色化，电动公交车和卡车的气候收益也将持续扩大。重型车的使用寿命往往比乘用车更长，这也一定程度上增加了重型车电动化的紧迫性。当前，电动重型车车型已经开始进入全球市场。只有在未来十年里快速推进重型车电动化，才有可能在本世纪中叶实现重型车的全面脱碳。

八、结论

要避免气候危机及其恶劣影响，交通运输领域的脱碳势在必行。这项极具挑战性的任务，要求我们快速适应各种变化，并充分发挥主动性。考虑到车辆的使用寿命较长，我们必须立即开始向拥有深度温室气体减排潜力的车型进行过渡。

只有纯电动汽车和氢燃料电池汽车才为乘用车深度减排的提供可能。 与传统汽车相比，这两种电动汽车拥有更高能效，以及更清洁的能源供给。其在全生命周期中减少的温室气体排放远远超过了制造电池、太阳能电池板和风力涡轮机的造成的温室气体排放。这一结论同样适用于包括公交车和卡车在内的重型车。

目前，内燃机汽车没有实现完全脱碳的现实途径。与汽油和柴油相比，用于传统汽车的生物燃料和电子燃料等替代燃料并不能保证减少温室气体排放，而天然气汽车也不会提供额外的气候效益，尤其是因为考虑到了甲烷在短期对全球变暖的剧烈影响。那些真正能实现低排放的生物燃料、沼气和电子燃料的供应并不足以满足道路部门对液体燃料需求。最后，尽管插电式混合动力电动汽车可以在一定程度上使用电力来替代燃油，但在实际操作中，司机仍然倾向于依赖汽油发动机的部分为车辆提供动力。

电动汽车的减排效益将持续获得改善。全球供电组合中，由可再生能源产生的可再生电力的比例正在不断提高。在全球很多地区，氢能供应过程也将变得更加清洁。到2030年时，市场上销售的纯电动汽车和氢燃料电池汽车在其使用寿命内将比传统汽车分别减少70%和60% 的温室气体排放。

向电动汽车过渡是迫在眉睫的任务。要应对气候危机，就必须在本世纪中叶实现零温室气体经济，而这需要巨大而不懈的努力。由于车辆寿命普遍长，到2030年时，市场上销售的新乘用车必须实现全面电动化，以便到2050 年实现运输部门的深度脱碳。这对于寿命更长的公共汽车和卡车来说更为重要。