文｜创瞰巴黎

Aurélien Bigo

巴舍理耶研究院能源与经济发展系助理研究员

导读

交通运输业二氧化碳排放量巨大，为了实现碳中和的目标，交通运输业的节能减排工作势在必行。法国提出了运输减排的五项行动，以实现货运减排。本文围绕五项行动之一——能源去碳化，探讨货运如何摆脱对石油的依赖，能源转型受到什么因素限制，以及哪些技术方案更加可行。

一览：

• 目前，货运业主要依赖石油。采用哪些新技术方案才能摆脱对石油的依赖呢？
• 有五大技术方案能够助力实现无油化：电气化、氢燃料、甲烷、液体生物燃料或合成燃料。
• 不同运输方式的技术选择各异，例如，对于重型货运车辆，电气化只适用于短途运输，而对于长距离运输，天然气更具潜力，但尚未大显身手。
• 无论采用何种模式，去碳化极有可能面临进展缓慢、成本高昂，技术突破难和实施受阻的挑战。
• 这也取决于资源的紧张程度。因此，降低车辆能耗应被视为货运业去碳化的首要抓手。

当前，全球物流业和法国货运业都主要依赖化石燃料。其中，重型货车、轻型商用车和内河运输船只都基本靠柴油发电，海上运输主要使用重油，空运则依靠石蜡油。只有铁路货运已经大幅减少了液体燃料和石油的使用。

为了应对气候挑战，货运业亟需开展去碳化行动，但相关努力仍在襁褓之中。在本系列的开篇文章中，我们提出了货运业去碳化的五大抓手（减少运输需求、转向低排运输、增加交通工具上座率/载货量、减少交通工具能耗、交通能源去碳）。本文将重点讨论最后一个抓手——能源去碳化，并探讨能使货运摆脱对石油依赖的潜在技术方案。

01 潜在脱碳方案

在交通领域，有五大技术方案能够助力实现无油化。第一种是改用电动车：在法国，约90% 的电动车已经实现低碳化[1]，而且，电机的能效要高于内燃机，因此更易受到人们的青睐。不过，考虑到需要携带大量电池，因此对于空运或海运等重型运输方式而言，电动运输仍是遥不可及的梦想（除一些短途的小规模应用外）。

另一个与电力相关的方案是使用氢燃料。最具发展潜力的低碳氢能生产方式是电解水制氢，但这需要消耗电力。除去使用氢燃料发动机之外，燃料电池也可以将氢气转化为电能，为电机供电。氢能可以解决因追求续航里程而带来的电池重量问题，并能突破电池充电的限制，这一点对重型车辆尤为如此。然而，在氢气的生产过程中，仍有95%的电力来自化石燃料，而且与电动汽车相比，氢燃料电车的能效较低，因此氢气在交通运输中的应用仍面临诸多技术和经济挑战。

另一种常被提及的气体是甲烷。如果它来自化石能源，便被称为天然气，如果是通过低碳方式转化而来，则被称为沼气或可再生气体。从气候角度来看，后者才是我们的关注焦点。不过，尽管其体量正在快速增长，但在2022年，法国生物质甲烷化（农业废水、中间作物、生物废料、副产品或作物残渣等）产生的沼气体量只占法国天然气消费量的2%左右 [2]。当前，沼气主要用于建筑和工业领域。只有当天然气消费量急剧下降时，沼气的消费占比才能提升。

液体生物燃料也产自生物质。它们的发展较为成熟，已被纳入道路运输燃料，到2022年，生物柴油占法国总柴油消耗的比例已经超过8%[3]。然而，迄今为止，生物柴油的生产远未实现良性循环：法国超过四分之三的原料来自进口，其中大部分都来自于粮食作物[4]，而且与石油相比，生物柴油带来的实际二氧化碳排放减少十分有限。

最后一大技术方案名为合成燃料（又称电燃料或电子燃料），它介于上述几种能源载体之间，利用低碳方法生产氢气，并与二氧化碳（或用氮气制成绿色氨气）结合制成液体或气体燃料[5]。它们的主要优点是，可以在无需对车辆进行任何改装的情况下，取代当前使用的许多燃料。不过，合成燃料也面临着诸多挑战，例如，其生产仅处于起步阶段，必须采用低碳技术才能在很大程度上实现碳平衡；此外，生产合成柴油的电力需求较大，同样的能量直接给电动汽车充电，能多跑4-5倍的里程[6]，因此，其成本十分高昂，在短期内尤为如此[7]。

从上述方案中不难看出，能源或能源载体的去碳化程度能够决定各方案的碳足迹大小。截至目前，法国仅在清洁发电上成绩斐然，由此可见，各大方案的部署水平，以及发展所面临的限制和挑战也各不相同。这就需要我们结合技术、经济、气候、资源等现实状况，努力找到最合适的能源组合。

02 以重型货运车辆为例：如何摆脱对石油的依赖？

公路运输占法国货物运输（包括国际运输）温室气体排放量的四分之三，其中，60%来自重型货车，16%来自轻型商用车。对轻型商用车，以及覆盖“最后几公里”或短距离行驶的重型货车而言，电力应迅速成为最主要的动力来源。远距离运输则面临更多选择，但短期来看，很多环保技术都不够成熟，无法得到有效利用。

图片来源：法国环保咨询企业Carbone 4 2022年数据

注：2020年在法国销售的牵引车（重型卡车）的平均碳足迹（单位：gCO2e/km）。CNG：压缩天然气；FC：燃料电池。

上图显示，截至2020年，共有三种方案可以显著减少牵引车（重型卡车）的温室气体排放[8]——使用100%生物天然气、使用电力驱动、使用电解氢气。与柴油车相比，这些方案甚至可以使2030年出售的卡车温室气体排放量降低6倍[9]。

2022年，在7.5吨以上的法国卡车中，有4.5%都以天然气为燃料，使其成为了柴油的主要替代能源[10]，但沼气的供应毕竟有限[11]。低碳氢气的生产仅处于起步阶段，预计在2030年前，卡车的氢气供应不会出现强劲增长。截至目前，电动卡车的供应量仍旧较低，以2022年为例，其销量只占法国卡车销量的0.3%[12]。

然而，2023年初，欧盟委员会公布了一项关于修订欧盟重型车二氧化碳排放标准的提案，旨在让2030年的二氧化碳排放量比2019年减少45%[13]。欧盟大型制造商似乎已经认可了这一目标，并计划在2030年前，让50%左右的重型货运车辆实现零排放[14]。这一目标的实现将主要依靠电动汽车的推广，并由一小部分氢能卡车提供支持。

值得注意的是，电动汽车也可以依托电动化高速公路实现长距离行驶，通过改造基础设施（安装导线、充电轨道或感应充电）[15]，为行驶中的车辆提供充电支持。虽然这些技术可以克服电池、续航里程和充电等因素的限制（高功率实现快速充电、减少暂停时间等），但具体技术的发展仍旧不够成熟，需要欧洲层面的大力支持。

图片来源：PI France

注：长途重型货车各种脱碳方案的优劣势程度，颜色越接近绿色说明该方案优势越突出，越接近橙色说明劣势越突出 [16]。

上述案例也从侧面证明，发动机和技术的选择上面临诸多难点。多种脱碳方案并存提供了一种灵活性，能够帮助我们有效应对明日挑战。然而，世上不存在完美的解决方案，大力投资所有脱碳方案或充电基础设施并不一定有效，甚至不一定现实，制造商也不可能将所有的发动机选项都“尽收囊中”，因此，无论是重型载货汽车还是其他交通工具，最终都只会有一两种方案脱颖而出。

03 其他运输方式的潜在技术路径

其他运输方式也存在一系列潜在技术路径。就内河航道而言，改用生物燃料或沼气在技术上最为可行。但氢燃料，甚至电气化也可以在这一运输方式的脱碳过程中发挥作用，考虑到船舶是远距离运输，且体积巨大，因此，完全可以消化电池带来的额外重量，并承担氢气带来的空间占用。

一直以来，海运业摆脱石油的首选方式都是使用液化天然气，然后转为使用生物沼气作为燃料。作为一种推进辅助工具，帆船也有可能得到大力推广。如今，关于合成燃料的讨论越来越多，尤其是绿色氨气和绿色甲醇，但它们的脱碳过程可能较为漫长，难度系数也较大。航空运输也是如此，在可能的情况下，应主要使用第二代生物燃料、合成石蜡或氢气来取代石油。

图片来源：PI France

注：各种交通运输模式的脱碳化方案，深绿色表示较有潜力，浅绿色表示规划中

最后，铁路已基本实现电气化，但15%左右的能源消耗仍以柴油为基础[17]。铁路电气化是最有效的解决方案，可以进一步推广。而尚未电气化的铁路则可以选择电池电动化、生物燃料和氢气来作为主要替代方案[18]。

04 对能源转型有何影响？

为了摆脱石油，未来的货运将不得不依赖多种能源，而客运将以电气化为主（如下图所示[19]）。

无论采用哪种模式，去碳化极有可能面临进展缓慢、成本高昂，技术突破难和实施不畅的挑战，而金属、生物质、电力等供应紧张的资源也会影响脱碳方案的选择。无论是交通部门还是其他经济领域，上述资源都面临着巨大的发展压力，其开发也会对生物多样性、地缘政治和社会等方面带来影响。

图片来源：法国环境和能源管理署（ADEME）2021年数据。

注：2050年各种交通方式的能源需求，包括乘客运输、货物运输、燃料加注船储量（代表国际海运能源需求量）。

因此，限制能源使用、降低车辆能耗应被视为货运业去碳化的首要抓手。这能够带来两大益处：一，尽快实现货运业的脱碳目标；二，降低绿色转型的成本，减少对环境的负面影响。

作者

Aurélien Bigo

编辑

Meister Xia

参考资料

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