文｜創(chuàng)瞰巴黎

Aurélien Bigo

巴舍理耶研究院能源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展系助理研究員

導(dǎo)讀

交通運(yùn)輸業(yè)二氧化碳排放量巨大，為了實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，交通運(yùn)輸業(yè)的節(jié)能減排工作勢(shì)在必行。法國(guó)提出了運(yùn)輸減排的五項(xiàng)行動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)減排。本文圍繞五項(xiàng)行動(dòng)之一——能源去碳化，探討貨運(yùn)如何擺脫對(duì)石油的依賴(lài)，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(yùn)業(yè)主要依賴(lài)石油。采用哪些新技術(shù)方案才能擺脫對(duì)石油的依賴(lài)呢？
• 有五大技術(shù)方案能夠助力實(shí)現(xiàn)無(wú)油化：電氣化、氫燃料、甲烷、液體生物燃料或合成燃料。
• 不同運(yùn)輸方式的技術(shù)選擇各異，例如，對(duì)于重型貨運(yùn)車(chē)輛，電氣化只適用于短途運(yùn)輸，而對(duì)于長(zhǎng)距離運(yùn)輸，天然氣更具潛力，但尚未大顯身手。
• 無(wú)論采用何種模式，去碳化極有可能面臨進(jìn)展緩慢、成本高昂，技術(shù)突破難和實(shí)施受阻的挑戰(zhàn)。
• 這也取決于資源的緊張程度。因此，降低車(chē)輛能耗應(yīng)被視為貨運(yùn)業(yè)去碳化的首要抓手。

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

為了應(yīng)對(duì)氣候挑戰(zhàn)，貨運(yùn)業(yè)亟需開(kāi)展去碳化行動(dòng)，但相關(guān)努力仍在襁褓之中。在本系列的開(kāi)篇文章中，我們提出了貨運(yùn)業(yè)去碳化的五大抓手（減少運(yùn)輸需求、轉(zhuǎn)向低排運(yùn)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(diǎn)討論最后一個(gè)抓手——能源去碳化，并探討能使貨運(yùn)擺脫對(duì)石油依賴(lài)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(shí)現(xiàn)無(wú)油化。第一種是改用電動(dòng)車(chē)：在法國(guó)，約90% 的電動(dòng)車(chē)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)低碳化[1]，而且，電機(jī)的能效要高于內(nèi)燃機(jī)，因此更易受到人們的青睞。不過(guò)，考慮到需要攜帶大量電池，因此對(duì)于空運(yùn)或海運(yùn)等重型運(yùn)輸方式而言，電動(dòng)運(yùn)輸仍是遙不可及的夢(mèng)想（除一些短途的小規(guī)模應(yīng)用外）。

另一個(gè)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(dòng)機(jī)之外，燃料電池也可以將氫氣轉(zhuǎn)化為電能，為電機(jī)供電。氫能可以解決因追求續(xù)航里程而帶來(lái)的電池重量問(wèn)題，并能突破電池充電的限制，這一點(diǎn)對(duì)重型車(chē)輛尤為如此。然而，在氫氣的生產(chǎn)過(guò)程中，仍有95%的電力來(lái)自化石燃料，而且與電動(dòng)汽車(chē)相比，氫燃料電車(chē)的能效較低，因此氫氣在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用仍面臨諸多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。

另一種常被提及的氣體是甲烷。如果它來(lái)自化石能源，便被稱(chēng)為天然氣，如果是通過(guò)低碳方式轉(zhuǎn)化而來(lái)，則被稱(chēng)為沼氣或可再生氣體。從氣候角度來(lái)看，后者才是我們的關(guān)注焦點(diǎn)。不過(guò)，盡管其體量正在快速增長(zhǎng)，但在2022年，法國(guó)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?jiān)龋┊a(chǎn)生的沼氣體量只占法國(guó)天然氣消費(fèi)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(fèi)量急劇下降時(shí)，沼氣的消費(fèi)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(yùn)輸燃料，到2022年，生物柴油占法國(guó)總柴油消耗的比例已經(jīng)超過(guò)8%[3]。然而，迄今為止，生物柴油的生產(chǎn)遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)：法國(guó)超過(guò)四分之三的原料來(lái)自進(jìn)口，其中大部分都來(lái)自于糧食作物[4]，而且與石油相比，生物柴油帶來(lái)的實(shí)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(chēng)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?dú)庵瞥删G色氨氣）結(jié)合制成液體或氣體燃料[5]。它們的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以在無(wú)需對(duì)車(chē)輛進(jìn)行任何改裝的情況下，取代當(dāng)前使用的許多燃料。不過(guò)，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(shí)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(dòng)汽車(chē)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(guó)僅在清潔發(fā)電上成績(jī)斐然，由此可見(jiàn)，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(jì)、氣候、資源等現(xiàn)實(shí)狀況，努力找到最合適的能源組合。

02 以重型貨運(yùn)車(chē)輛為例：如何擺脫對(duì)石油的依賴(lài)？

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

圖片來(lái)源：法國(guó)環(huán)保咨詢(xún)企業(yè)Carbone 4 2022年數(shù)據(jù)

注：2020年在法國(guó)銷(xiāo)售的牽引車(chē)（重型卡車(chē)）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(chē)（重型卡車(chē)）的溫室氣體排放[8]——使用100%生物天然氣、使用電力驅(qū)動(dòng)、使用電解氫氣。與柴油車(chē)相比，這些方案甚至可以使2030年出售的卡車(chē)溫室氣體排放量降低6倍[9]。

2022年，在7.5噸以上的法國(guó)卡車(chē)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(jì)在2030年前，卡車(chē)的氫氣供應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。截至目前，電動(dòng)卡車(chē)的供應(yīng)量仍舊較低，以2022年為例，其銷(xiāo)量只占法國(guó)卡車(chē)銷(xiāo)量的0.3%[12]。

然而，2023年初，歐盟委員會(huì)公布了一項(xiàng)關(guān)于修訂歐盟重型車(chē)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(jì)劃在2030年前，讓50%左右的重型貨運(yùn)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)零排放[14]。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將主要依靠電動(dòng)汽車(chē)的推廣，并由一小部分氫能卡車(chē)提供支持。

值得注意的是，電動(dòng)汽車(chē)也可以依托電動(dòng)化高速公路實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離行駛，通過(guò)改造基礎(chǔ)設(shè)施（安裝導(dǎo)線(xiàn)、充電軌道或感應(yīng)充電）[15]，為行駛中的車(chē)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(shí)現(xiàn)快速充電、減少暫停時(shí)間等），但具體技術(shù)的發(fā)展仍舊不夠成熟，需要?dú)W洲層面的大力支持。

圖片來(lái)源：PI France

注：長(zhǎng)途重型貨車(chē)各種脫碳方案的優(yōu)劣勢(shì)程度，顏色越接近綠色說(shuō)明該方案優(yōu)勢(shì)越突出，越接近橙色說(shuō)明劣勢(shì)越突出 [16]。

上述案例也從側(cè)面證明，發(fā)動(dòng)機(jī)和技術(shù)的選擇上面臨諸多難點(diǎn)。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(duì)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(shí)，制造商也不可能將所有的發(fā)動(dòng)機(jī)選項(xiàng)都“盡收囊中”，因此，無(wú)論是重型載貨汽車(chē)還是其他交通工具，最終都只會(huì)有一兩種方案脫穎而出。

03 其他運(yùn)輸方式的潛在技術(shù)路徑

其他運(yùn)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(yùn)輸方式的脫碳過(guò)程中發(fā)揮作用，考慮到船舶是遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，且體積巨大，因此，完全可以消化電池帶來(lái)的額外重量，并承擔(dān)氫氣帶來(lái)的空間占用。

一直以來(lái)，海運(yùn)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(jìn)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(lái)越多，尤其是綠色氨氣和綠色甲醇，但它們的脫碳過(guò)程可能較為漫長(zhǎng)，難度系數(shù)也較大。航空運(yùn)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(lái)取代石油。

圖片來(lái)源：PI France

注：各種交通運(yùn)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(shí)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(jìn)一步推廣。而尚未電氣化的鐵路則可以選擇電池電動(dòng)化、生物燃料和氫氣來(lái)作為主要替代方案[18]。

04 對(duì)能源轉(zhuǎn)型有何影響？

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

無(wú)論采用哪種模式，去碳化極有可能面臨進(jìn)展緩慢、成本高昂，技術(shù)突破難和實(shí)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(huì)影響脫碳方案的選擇。無(wú)論是交通部門(mén)還是其他經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，上述資源都面臨著巨大的發(fā)展壓力，其開(kāi)發(fā)也會(huì)對(duì)生物多樣性、地緣政治和社會(huì)等方面帶來(lái)影響。

圖片來(lái)源：法國(guó)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(yùn)輸、貨物運(yùn)輸、燃料加注船儲(chǔ)量（代表國(guó)際海運(yùn)能源需求量）。

因此，限制能源使用、降低車(chē)輛能耗應(yīng)被視為貨運(yùn)業(yè)去碳化的首要抓手。這能夠帶來(lái)兩大益處：一，盡快實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)業(yè)的脫碳目標(biāo)；二，降低綠色轉(zhuǎn)型的成本，減少對(duì)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