文｜創(chuàng)瞰巴黎

Aurélien Bigo

巴舍理耶研究院能源與經(jīng)濟發(fā)展系助理研究員

導(dǎo)讀

交通運輸業(yè)二氧化碳排放量巨大，為了實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，交通運輸業(yè)的節(jié)能減排工作勢在必行。法國提出了運輸減排的五項行動，以實現(xiàn)貨運減排。本文圍繞五項行動之一——能源去碳化，探討貨運如何擺脫對石油的依賴，能源轉(zhuǎn)型受到什么因素限制，以及哪些技術(shù)方案更加可行。

一覽：

• 目前，貨運業(yè)主要依賴石油。采用哪些新技術(shù)方案才能擺脫對石油的依賴呢？
• 有五大技術(shù)方案能夠助力實現(xiàn)無油化：電氣化、氫燃料、甲烷、液體生物燃料或合成燃料。
• 不同運輸方式的技術(shù)選擇各異，例如，對于重型貨運車輛，電氣化只適用于短途運輸，而對于長距離運輸，天然氣更具潛力，但尚未大顯身手。
• 無論采用何種模式，去碳化極有可能面臨進展緩慢、成本高昂，技術(shù)突破難和實施受阻的挑戰(zhàn)。
• 這也取決于資源的緊張程度。因此，降低車輛能耗應(yīng)被視為貨運業(yè)去碳化的首要抓手。

當(dāng)前，全球物流業(yè)和法國貨運業(yè)都主要依賴化石燃料。其中，重型貨車、輕型商用車和內(nèi)河運輸船只都基本靠柴油發(fā)電，海上運輸主要使用重油，空運則依靠石蠟油。只有鐵路貨運已經(jīng)大幅減少了液體燃料和石油的使用。

為了應(yīng)對氣候挑戰(zhàn)，貨運業(yè)亟需開展去碳化行動，但相關(guān)努力仍在襁褓之中。在本系列的開篇文章中，我們提出了貨運業(yè)去碳化的五大抓手（減少運輸需求、轉(zhuǎn)向低排運輸、增加交通工具上座率/載貨量、減少交通工具能耗、交通能源去碳）。本文將重點討論最后一個抓手——能源去碳化，并探討能使貨運擺脫對石油依賴的潛在技術(shù)方案。

01 潛在脫碳方案

在交通領(lǐng)域，有五大技術(shù)方案能夠助力實現(xiàn)無油化。第一種是改用電動車：在法國，約90% 的電動車已經(jīng)實現(xiàn)低碳化[1]，而且，電機的能效要高于內(nèi)燃機，因此更易受到人們的青睞。不過，考慮到需要攜帶大量電池，因此對于空運或海運等重型運輸方式而言，電動運輸仍是遙不可及的夢想（除一些短途的小規(guī)模應(yīng)用外）。

另一個與電力相關(guān)的方案是使用氫燃料。最具發(fā)展?jié)摿Φ牡吞細(xì)淠苌a(chǎn)方式是電解水制氫，但這需要消耗電力。除去使用氫燃料發(fā)動機之外，燃料電池也可以將氫氣轉(zhuǎn)化為電能，為電機供電。氫能可以解決因追求續(xù)航里程而帶來的電池重量問題，并能突破電池充電的限制，這一點對重型車輛尤為如此。然而，在氫氣的生產(chǎn)過程中，仍有95%的電力來自化石燃料，而且與電動汽車相比，氫燃料電車的能效較低，因此氫氣在交通運輸中的應(yīng)用仍面臨諸多技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)。

另一種常被提及的氣體是甲烷。如果它來自化石能源，便被稱為天然氣，如果是通過低碳方式轉(zhuǎn)化而來，則被稱為沼氣或可再生氣體。從氣候角度來看，后者才是我們的關(guān)注焦點。不過，盡管其體量正在快速增長，但在2022年，法國生物質(zhì)甲烷化（農(nóng)業(yè)廢水、中間作物、生物廢料、副產(chǎn)品或作物殘渣等）產(chǎn)生的沼氣體量只占法國天然氣消費量的2%左右 [2]。當(dāng)前，沼氣主要用于建筑和工業(yè)領(lǐng)域。只有當(dāng)天然氣消費量急劇下降時，沼氣的消費占比才能提升。

液體生物燃料也產(chǎn)自生物質(zhì)。它們的發(fā)展較為成熟，已被納入道路運輸燃料，到2022年，生物柴油占法國總柴油消耗的比例已經(jīng)超過8%[3]。然而，迄今為止，生物柴油的生產(chǎn)遠(yuǎn)未實現(xiàn)良性循環(huán)：法國超過四分之三的原料來自進口，其中大部分都來自于糧食作物[4]，而且與石油相比，生物柴油帶來的實際二氧化碳排放減少十分有限。

最后一大技術(shù)方案名為合成燃料（又稱電燃料或電子燃料），它介于上述幾種能源載體之間，利用低碳方法生產(chǎn)氫氣，并與二氧化碳（或用氮氣制成綠色氨氣）結(jié)合制成液體或氣體燃料[5]。它們的主要優(yōu)點是，可以在無需對車輛進行任何改裝的情況下，取代當(dāng)前使用的許多燃料。不過，合成燃料也面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如，其生產(chǎn)僅處于起步階段，必須采用低碳技術(shù)才能在很大程度上實現(xiàn)碳平衡；此外，生產(chǎn)合成柴油的電力需求較大，同樣的能量直接給電動汽車充電，能多跑4-5倍的里程[6]，因此，其成本十分高昂，在短期內(nèi)尤為如此[7]。

從上述方案中不難看出，能源或能源載體的去碳化程度能夠決定各方案的碳足跡大小。截至目前，法國僅在清潔發(fā)電上成績斐然，由此可見，各大方案的部署水平，以及發(fā)展所面臨的限制和挑戰(zhàn)也各不相同。這就需要我們結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟、氣候、資源等現(xiàn)實狀況，努力找到最合適的能源組合。

02 以重型貨運車輛為例：如何擺脫對石油的依賴？

公路運輸占法國貨物運輸（包括國際運輸）溫室氣體排放量的四分之三，其中，60%來自重型貨車，16%來自輕型商用車。對輕型商用車，以及覆蓋“最后幾公里”或短距離行駛的重型貨車而言，電力應(yīng)迅速成為最主要的動力來源。遠(yuǎn)距離運輸則面臨更多選擇，但短期來看，很多環(huán)保技術(shù)都不夠成熟，無法得到有效利用。

圖片來源：法國環(huán)保咨詢企業(yè)Carbone 4 2022年數(shù)據(jù)

注：2020年在法國銷售的牽引車（重型卡車）的平均碳足跡（單位：gCO2e/km）。CNG：壓縮天然氣；FC：燃料電池。

上圖顯示，截至2020年，共有三種方案可以顯著減少牽引車（重型卡車）的溫室氣體排放[8]——使用100%生物天然氣、使用電力驅(qū)動、使用電解氫氣。與柴油車相比，這些方案甚至可以使2030年出售的卡車溫室氣體排放量降低6倍[9]。

2022年，在7.5噸以上的法國卡車中，有4.5%都以天然氣為燃料，使其成為了柴油的主要替代能源[10]，但沼氣的供應(yīng)畢竟有限[11]。低碳?xì)錃獾纳a(chǎn)僅處于起步階段，預(yù)計在2030年前，卡車的氫氣供應(yīng)不會出現(xiàn)強勁增長。截至目前，電動卡車的供應(yīng)量仍舊較低，以2022年為例，其銷量只占法國卡車銷量的0.3%[12]。

然而，2023年初，歐盟委員會公布了一項關(guān)于修訂歐盟重型車二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn)的提案，旨在讓2030年的二氧化碳排放量比2019年減少45%[13]。歐盟大型制造商似乎已經(jīng)認(rèn)可了這一目標(biāo)，并計劃在2030年前，讓50%左右的重型貨運車輛實現(xiàn)零排放[14]。這一目標(biāo)的實現(xiàn)將主要依靠電動汽車的推廣，并由一小部分氫能卡車提供支持。

值得注意的是，電動汽車也可以依托電動化高速公路實現(xiàn)長距離行駛，通過改造基礎(chǔ)設(shè)施（安裝導(dǎo)線、充電軌道或感應(yīng)充電）[15]，為行駛中的車輛提供充電支持。雖然這些技術(shù)可以克服電池、續(xù)航里程和充電等因素的限制（高功率實現(xiàn)快速充電、減少暫停時間等），但具體技術(shù)的發(fā)展仍舊不夠成熟，需要歐洲層面的大力支持。

圖片來源：PI France

注：長途重型貨車各種脫碳方案的優(yōu)劣勢程度，顏色越接近綠色說明該方案優(yōu)勢越突出，越接近橙色說明劣勢越突出 [16]。

上述案例也從側(cè)面證明，發(fā)動機和技術(shù)的選擇上面臨諸多難點。多種脫碳方案并存提供了一種靈活性，能夠幫助我們有效應(yīng)對明日挑戰(zhàn)。然而，世上不存在完美的解決方案，大力投資所有脫碳方案或充電基礎(chǔ)設(shè)施并不一定有效，甚至不一定現(xiàn)實，制造商也不可能將所有的發(fā)動機選項都“盡收囊中”，因此，無論是重型載貨汽車還是其他交通工具，最終都只會有一兩種方案脫穎而出。

03 其他運輸方式的潛在技術(shù)路徑

其他運輸方式也存在一系列潛在技術(shù)路徑。就內(nèi)河航道而言，改用生物燃料或沼氣在技術(shù)上最為可行。但氫燃料，甚至電氣化也可以在這一運輸方式的脫碳過程中發(fā)揮作用，考慮到船舶是遠(yuǎn)距離運輸，且體積巨大，因此，完全可以消化電池帶來的額外重量，并承擔(dān)氫氣帶來的空間占用。

一直以來，海運業(yè)擺脫石油的首選方式都是使用液化天然氣，然后轉(zhuǎn)為使用生物沼氣作為燃料。作為一種推進輔助工具，帆船也有可能得到大力推廣。如今，關(guān)于合成燃料的討論越來越多，尤其是綠色氨氣和綠色甲醇，但它們的脫碳過程可能較為漫長，難度系數(shù)也較大。航空運輸也是如此，在可能的情況下，應(yīng)主要使用第二代生物燃料、合成石蠟或氫氣來取代石油。

圖片來源：PI France

注：各種交通運輸模式的脫碳化方案，深綠色表示較有潛力，淺綠色表示規(guī)劃中

最后，鐵路已基本實現(xiàn)電氣化，但15%左右的能源消耗仍以柴油為基礎(chǔ)[17]。鐵路電氣化是最有效的解決方案，可以進一步推廣。而尚未電氣化的鐵路則可以選擇電池電動化、生物燃料和氫氣來作為主要替代方案[18]。

04 對能源轉(zhuǎn)型有何影響？

為了擺脫石油，未來的貨運將不得不依賴多種能源，而客運將以電氣化為主（如下圖所示[19]）。

無論采用哪種模式，去碳化極有可能面臨進展緩慢、成本高昂，技術(shù)突破難和實施不暢的挑戰(zhàn)，而金屬、生物質(zhì)、電力等供應(yīng)緊張的資源也會影響脫碳方案的選擇。無論是交通部門還是其他經(jīng)濟領(lǐng)域，上述資源都面臨著巨大的發(fā)展壓力，其開發(fā)也會對生物多樣性、地緣政治和社會等方面帶來影響。

圖片來源：法國環(huán)境和能源管理署（ADEME）2021年數(shù)據(jù)。

注：2050年各種交通方式的能源需求，包括乘客運輸、貨物運輸、燃料加注船儲量（代表國際海運能源需求量）。

因此，限制能源使用、降低車輛能耗應(yīng)被視為貨運業(yè)去碳化的首要抓手。這能夠帶來兩大益處：一，盡快實現(xiàn)貨運業(yè)的脫碳目標(biāo)；二，降低綠色轉(zhuǎn)型的成本，減少對環(huán)境的負(fù)面影響。

作者

Aurélien Bigo

編輯

Meister Xia

參考資料

1. The RTE balance sheet for 2022 gives a share of 87% of electricity from decarbonised sources in French production, compared with around 91% over the period 2014–2021. (RTE, 2023)

2. In 2022, biomethane production accounted for 7.0 TWh (up 61% from 2021), or 1.6% of natural gas consumption (GRTgaz, 2023). See also the origin of the raw materials on (FranceAgriMer, 2022).

3. Ufip Energies et Mobilités, 2023

4. CarbuRe

5. IFPEN, 2023.

6. Sacchi et al, 2022. The same publication gives the figures in terms of carbon footprint.

7. In the EU, efuels would have a production cost more than 3 times higher than petroleum fuels in 2035, and rather 6 to 10 times higher in the short term, and even higher in small-scale experimental projects. See in particular the studies : ICCT, 2022 ; Cerulogy, 2017 ; Concawe, Aramco, 2022.

8. Carbone 4, 2022.

9. Carbone 4, 2020.

10. IDDRI, 2023.

11. 36% of the natural gas consumed in France in 2022 was of renewable origin, via guarantees of origin (GRTgaz, 2023). But overall, biogas only represents less than 2% of total gas consumption in France, so the question of how to allocate this potential between sectors is a major one.

12. 136 electric trucks were sold in France (AVERE, 2023) and 3 hydrogen fuel cell trucks (Le Monde, 2023), on more than 44,000 trucks over 5 tonnes sold (CCFA, 2023).

13. The targets are also 65% by 2035 and 90% from 2040 onwards, smaller reductions than for cars but still significant in view of the timeframe. (European Commission, 2023)

14. T&E, 2023. See also : PwC, 2022.

15. MTE, 2021.

16. The table is based on the other studies cited in this article. See also Cunanan et al, 2021 ; Bhardwaj, Mostofi, 2022.

17. CGDD-SDES, 2022.

18. ADEME, 2020.

19. ADEME, 2021