碳中和的对象是碳排放,而不是内燃机。发展低碳/零碳内燃机替代燃料是保证碳中和时代内燃机应用的关键。
为了在本世纪末将全球气温升幅控制在1.5℃以下,全球已有超过76个国家或地区通过立法、政治承诺和政策文件明确了碳中和目标,其碳排放量占全球的85%以上。这也意味着,中国车企想要走出去,需要跨越的绿色贸易门槛越来越高。
一方面,出口环境趋紧;另一方面,为保障能源安全,实现“双碳”目标,中国正在改变“一煤独大”的现状,加快能源结构转型。
国内外环境的变化加速了汽车产业向绿色低碳转变,整车厂和零部件厂走向碳中和,采取了能源材料再生化、建设零碳工厂、跟踪全链条碳足迹、积极开发负碳技术等诸多措施。
“不烧”也成为这一时期汽车行业的热词,众多头部车企将其视为产业绿色升级的终极目标。
图片来源:Gerd Altmann发布的Pixabay免费图片区
盖世汽车研究院高级行业分析师王坚表示,在碳减排的趋势下,动力总成轨道不仅仅是电气化,内燃机还有机会生存空:比如提高燃烧效率,开发合成燃料和生物燃料。
企业需要明确,碳中和不等于零碳排放,而是碳吸收端和碳排放端的平衡。因此,在技术上,可以从“增加固碳量和碳汇量”和“减少生产生活中的碳排放”两个维度来逐步实现碳中和。
障碍与机遇:汽车碳中和的必要性
中国汽车出口可能遭遇绿色壁垒。以欧盟为例,其环保政策最为激进,也是中国新能源汽车出口的主要场所。
欧盟“绿色新政”计划推出后,碳边界调整机制(CBAM)启动。这一法案被视为促进碳减排的措施,也被认为是贸易保护。有人说,CBAM的实质是拉平欧盟进口产品和国内产品的碳排放成本。
最初,该法案针对的是以钢铁、水泥和有机化学品为代表的高能耗、高排放的进口初级产品。2022年6月,欧洲议会表决通过的新方案进一步扩大了覆盖范围:增加了氢气、氨气、有机化学品、塑料等进口产品。
值得注意的是,2022年5月,欧盟委员会正式公布了“REpowerEU”能源转型计划,提出到2030年,欧盟可再生氢产量要达到1000万吨,进口可再生氢要达到1000万吨。氢能被视为欧洲未来新能源体系的重要组成部分。
边境调整机制(CBAM)规定,在过渡期内,进口商需要报告其进口货物中所含的碳排放量,但在过渡期结束前不会正式征税。
图片来源:盖世汽车研究院“汽车产业碳中和行动与思考”
除了初级产品的进口限制,《循环经济行动计划》( CEAP)还对进口和当地加工产品施加了“可持续性”限制。总的来说,在碳关税的趋势下,国产车和Tier供应商需要低碳化的材料和能源来打开欧洲市场。
从另一个角度来看,绿色壁垒不必被视为一种强加的限制,而是一种出海的机会。以动力电池为例,欧洲本土产业发展相对落后。近年来,政府正在加大对本土电池制造商的投资。王坚表示,加快建立全生命周期碳排放和碳足迹认证体系,将为中国动力电池产业进入欧洲带来新的发展机遇。
再看国内环境,盖世汽车研究院统计数据显示,2021年我国一次能源结构中,煤炭、石油、天然气等化石能源占比超过80%,其中原油严重依赖进口,对外依存度高达72.1%,且这一数字长期居高不下,2018年以来连续四年超过70%。
在疫情、地区冲突、黑天鹅频发的大环境下,能源安全的重要性不言而喻,结构转型势在必行。此外,“一煤独大”的能源利用现状也是中国碳排放在2030年达到峰值的巨大障碍。
中国急需能源结构转型,占碳排放总量10%的汽车产业的能源革命是重点发展方向:从一次能源到二次能源,二次能源通过技术进步进一步绿色化、可循环化,最后以绿色电力和可再生燃料为主要组成部分。
总的来说,在国内外环境的双重压力下,低碳汽车产业早已提上日程。
汽车全生命周期的碳排放
从一辆自行车的整个生命周期来看,碳排放主要由两部分组成:从原材料供应到回收利用的物质循环中的碳排放;燃料从开采到使用循环的碳排放。
前者包括原材料供应、制造、物流运输和回收。后者主要是指使用电能、氢能、燃油等产生的碳排放。汽车行驶时,包括WTT(从燃料开采到加工成汽车)和TTW(汽车行驶时的消耗)。
王建强调,与供应链、生产、物流等物质循环中的一次性碳排放相比,燃料循环在生命周期中积累了较长时间的碳排放,碳排放的比例随着时间的推移而增加。
电能转换是减少燃料循环中碳排放的有效途径。
王坚表示,电动汽车比例越高,对汽油机的依赖就越低,内燃机的碳排放就越少。尤其是纯电驱动的BEV,由于根本没有汽油机,其碳排放接近于零,减碳效果明显。
王建举了李嘉图2021年的报告为例。统计选取了大众高尔夫和日产逍客两种类型的A级车,测量了15年22.5万公里的全生命周期。
从ICEV(燃料)、HEV(混合动力)、FCEV(氢基燃料发电)、PHEV(插电式混合动力)到BEV(纯电),碳排放总量依次下降。其中,ICEV的碳排放主要集中在TTW。就生产而言,BEV的碳排放量远远高于ICEV。
动力电池的生产是BEV碳排放量明显高于ICE的主要原因。随着续航时间的增加,制造环节的碳排放量会更高。王坚引用清华大学赵福全教授的报告,通过完全拆解A级车,进一步解释了生产过程中的碳排放:
容易被忽视的车身在制造过程中的碳排放量仅次于三元锂电池,基本维持在20%左右。王坚解释说,这主要来自于钢结构的冶炼工艺。目前我国主要采用燃煤炼钢。
就出行而言,BEV和FCEV并不是零碳排放,其碳排放强度主要取决于氢能源和电能的来源。
以电能为例。当燃烧木炭(火电)发电时,二氧化碳当量为930克/千瓦时。例如,一辆容量为60kWh的B级汽车充电一次将产生55,800g二氧化碳当量(排放气体的吨位乘以其温室效应指数)。
相比之下,风电、水电等清洁能源可以减少98%左右的碳排放。
随着动力电池或者整车续航里程的增加,动力电池的容量也在增加,增加绿电的比例会进一步减少燃料循环中的碳排放。
总的来说,不同动力类型的车辆在全生命周期碳排放的关键领域存在较大差异。对于以内燃机为主体的车辆,减碳的重点是出行阶段;电动车,要在生产阶段的动力电池生产和出行阶段的绿电比上下功夫。
图片来源:盖世汽车研究院“汽车产业碳中和行动与思考”
企业推广碳中和内燃机或仍有一席之地。
目前车企和上游供应商都在走碳中和的道路。其中,零部件企业碳中和的时间相对早于汽车厂商,海外企业更快,传统资产较重的企业也在加紧追赶。
发布碳中和战略的全球汽车制造商的共同行动清单:在供应链中使用可再生和可回收材料;在生产过程中使用可再生能源,建设零碳低碳工厂;在出行环节开发电动和混合动力车型;在回收环节,建立完整的动力电池回收体系,探索整车回收室空;积极参与负碳活动。
目前,全球已有数十家车企宣布了全面电动化的最后期限,中国汽车巨头比亚迪(BYD)也于4月宣布停产燃油车。
王坚强调,虽然电动化可以减少全生命周期的碳排放,但从整个汽车行业来看,电动化并不是实现碳中和的唯一途径。
在汽车碳排放的整个生命周期中,提到了电动汽车在出行过程中也会产生碳排放。使用绿电、绿氢减碳,背后的逻辑在于:燃料发电、电池储能、充电运行。
如果我们直接从燃料中开发合成燃料和生物燃料,这些燃料的燃烧效率将会很高或者生产过程可以实现碳中和,这将有助于在源头减少碳。
换句话说,内燃机在动力系统的轨道上仍然有一席之地。王坚表示,碳中和的对象是碳排放,而不是内燃机。发展低碳/零碳内燃机替代燃料是保证碳中和时代内燃机应用的关键。
碳中和不等于零碳排放,而是碳吸收端和碳排放端的平衡。车企可以减去碳排放,自然也可以加上负碳技术。
目前,车企主要通过生态造林、植物绿化和碳信用额投资来增加固碳和碳汇。
汽车工业碳中和需要全行业协同脱碳。
王坚表示,汽车行业从来都不是一个孤立的行业。相反,汽车长供应链涉及的行业种类繁多。只有能源、汽车、交通行业一起脱碳,才能实现整体的低碳转型,最终实现工业碳中和。
以能源为例:前期要加大充换电站补能系统的建设,通过自建并兼顾市场现有第三方充电桩,逐步形成慢充、快充、超快充、快换的电能补充网络,满足住宅、商业、高速公路等全场景覆盖。
中期要加快引进可再生清洁能源,实现电能对化石能源的消费替代和清洁能源对火电的生产替代,加快建设100%可再生清洁能源工厂和充换电供电网络。
有望长期形成储能联动,利用V2G等技术削峰填谷,使车载分布式储能与住宅、写字楼、工厂、商场等场所形成能源联动网络,进一步降低全社会能耗。
随着汽车工业走向绿色和电动化,碳中和的目标终将实现。
(以上内容根据2022年7月23日盖世汽车主办的中国(重庆)国际绿色低碳与循环发展高峰论坛暨碳中和驱动的汽车产业转型升级上,盖世汽车研究院高级行业分析师王坚发表的《汽车产业碳中和行动与思考》主题演讲理解和整理。)