我国未来汽车行业总体碳排放趋势如何?

一辆汽车的碳排放来自哪儿?大多数人可能以为主要来自汽车行驶过程,但这只是冰山一角。中汽数据有限公司研发主任工程师孙锌在接受记者采访时表示,汽车行业的碳排放分为燃料周期和车辆周期,所以必须关注全生命周期的概念。

中国汽车技术研究中心发布的《中国汽车低碳行动计划报告(2021)》表明,目前来自燃料周期的碳排放占汽车总碳排放量的70%以上,未来随着电动化的普及,汽车行业碳中和的重点将从燃料周期过渡到车辆周期。

从全生命周期的角度,孙锌提出汽车行业实现碳中和的8大路径,认为我国应进一步加强汽车产业链碳中和解决方案的上下游联动与系统集成,特别是电力、电池和材料供应商。

汽车行业的碳排放来自哪里?

除直接行驶过程的碳排放,还有燃料上游、车辆上游的碳排放

IEA(国际能源署)数据显示,全球交通行业的二氧化碳排量逐年增加,碳排放是全球第二大排放部门,占25%。具体到交通行业内,道路运输占行业碳排放量的75%,航运和水运占11%,铁路占3%。可见道路运输是交通行业碳排放的“大头”。而在其中,包括乘用车在内的轻型车的碳排放所占比例最大,占交通行业碳排放量的45%。

“同时,我国历年交通行业碳排放数据显示,乘用车的碳排放逐年增加,其增长也最快,2020年我国乘用车保有量达到2.28亿辆,其中汽油车仍为最主要的燃料类型,保有量占比达96%以上。包括乘用车在内的轻型车碳排放是交通行业碳排放管理的重点。”孙锌表示。

她强调,汽车行驶过程中直接排放的二氧化碳并不代表整个行业碳排放的全貌,只是冰山一角,冰山下面还应关注燃料上游、车辆上游的碳排放,即汽车行业全生命周期的碳排放。

一方面是燃料生产的碳排放,包括汽油、柴油的生产,火电、水电、风电、光伏等发电的碳排放,氢燃料、e-fuel(合成燃料)等替代燃料的碳排放等;另一方面是汽车材料和零部件的碳排放,包括钢、铝、铜等金属材料的碳排放,橡胶、塑料、织物等非金属材料生产的碳排放,动力蓄电池及其材料生产的碳排放。

“汽车全生命周期的碳排放不容忽视。汽车生命周期系统边界=燃料周期(燃料生产+燃料使用)+车辆周期(材料、零部件、生产及维修保养)。以纯电动车为例,电动车并非是零排放,而是排放的转移。纯电动乘用车有近50%的碳排放来自于车辆周期,我们预计未来其车辆周期的占比将超过90%。”孙锌指出。

日前中国汽车技术研究中心发布的《中国汽车低碳行动计划报告(2021)》公布了我国2020年在售乘用车的全生命周期碳排放量。《报告》统计了580款车型的碳排放量,其中包含汽油车392款,纯电动车112款。数据显示, 2020年,我国乘用车车队生命周期碳排放总量约为6.7亿tCO2e(吨二氧化碳当量),其中燃料周期占比74%。在燃料周期所产生的碳排放中,绝大部分碳排放来自汽油车,占98%。

国际上,包括戴姆勒、沃尔沃、丰田、大众、日产、宝马等在内的车企都十分强调全生命周期实现净零排放。如丰田在2015年发布了《丰田环境挑战2050》,提出了3个二氧化碳零排放的挑战,即挑战新车、工厂、生命周期二氧化碳零排放,生命周期方面要在2030年将生命周期二氧化碳排放量较2013年削减25%以上。事实上,国际车企已经发起了全生命周期碳中和竞赛,不少车企将实现全生命周期净零排放的期限定在2050年。

汽车行业碳减排路径在哪?

电网清洁化、车辆电动化、替代燃料使用等8大路径

“因此,汽车行业碳中和路径应当覆盖全产业链。”孙锌认为,汽车行业面向全生命周期碳中和有8大路径:电网清洁化、车辆电动化、替代燃料使用、材料效率提升、车辆生产能效提升、动力蓄电池碳排放降低、车辆使用能效提升和出行距离降低。

一是电网清洁化。中汽数据和国家应对气候变化战略研究和国际合作中心、中国电力企业联合会等机构联合预测,2050年以后,我国电网中的光伏和风电占比会大幅提升,均占30%以上,水电和核电比例保持在10%左右,火电占比降低在9%以下。整个发电碳排放因子到2060年会比现在降低97%。

二是车辆电动化。上述提到的《报告》预计,乘用车中的传统汽柴油车将在2045年左右被淘汰;2060年纯电动车占比约81%,氢燃料电动车占比接近10%。

三是替代燃料的使用。合理配置蒸汽甲烷重组制氢、煤气化制氢、氯碱制氢、焦炉气制氢、生物质制氢以及可再生发电电解水制氢等制氢工艺的结构占比,考虑未来以可再生发电电解水制氢为主,氢燃料生产碳排放因子比现在降低61%。

四是很多企业关注的材料效率提升问题。包括钢铁、铝合金、铜和塑料等,随着材料用能结构变化,生产技术创新以及循环材料使用比例的提升,兼顾电网清洁化,2050年和2060年车用材料的碳排放将比现在降低95%以上。

五是车辆本身生产制造阶段的能效的提升。提升整车生产能效、兼顾电网清洁化,2050年和2060年单车生产碳排放将分别降低45%和55%。

六是动力蓄电池碳排放降低。随着未来电池技术革新、能效提升和电网清洁化,预计2050年和2060年动力蓄电池生产碳排放将分别降低50%和80%。

七是车辆使用阶段能效的提升。一方面提升传统能源车的燃油经济性,另一方面提升替代燃料包括电动车和氢燃料电池车的使用能效,从而降低使用阶段的碳排放。

八是出行距离降低,一方面未来随着智能网联和共享出行的普及,消费者的出行距离会逐渐降低,年行驶里程将变低;另一方面随着充电基础设施的不断完善,燃油车和电动车的行驶里程将达到趋同,大概每年里程10万公里左右。

《报告》还指出,以纯电动车碳足迹变化趋势为例,在未来不同的减排措施中,电网清洁化的减排贡献最大,于2060年贡献50%的碳减排;材料效率次之,于2060年贡献13%的碳减排;动力蓄电池碳排放不可忽视,2060年可贡献12%的碳减排。

未来汽车行业总体碳排放趋势如何?《报告》显示,乘用车车队生命周期碳排放的达峰时间在2025-2028年之间,这主要由车队燃料周期碳排放的达峰时间决定,碳排放峰值在8亿tCO2e左右。随着车队电动化程度越高,车队车辆周期的排放占比越高,减排重点将从燃料周期转移到车辆周期上。但面向全生命周期,仅依靠车辆电动化及使用能效的提升不足以使汽车行业实现碳中和,需要探寻汽车全生命周期的碳减排措施及负碳技术。

基于此,《报告》就汽车行业不同发展阶段提出了针对性建议:近期(至2025年),应着力建立健全汽车行业碳排放标准体系、建立完善汽车行业碳排放管理制度、加快推动汽车行业的消费新型模式;中期(至2030年),应促进低碳材料的应用、推动低碳技术的研发、提高汽车电动化比率、促进出行方式的转变;远期(至2060年),应加快我国电网清洁化转型、推动电动时代的平稳过渡、促进零碳燃料电池车研发、加快推进负碳技术的研发。

“下一步,我国应进一步加强汽车产业链碳中和解决方案的上下游联动与系统集成,通过汽车行业全生命周期的碳中和倒逼和牵引整个产业链的碳中和,由汽车行业全生命周期的碳中和引领全行业向净零排放迈进。”孙锌表示。(邓玥)

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