與電力，建筑和工業(yè)部門不同，轉(zhuǎn)變運(yùn)輸部門將需要可運(yùn)輸和存儲的清潔燃料解決方案。因此，在許多情況下，這些應(yīng)用將直接使用風(fēng)能和太陽能等清潔能源將面臨困難。
此外，運(yùn)輸部門包括鐵路和短途公路運(yùn)輸，長途海運(yùn)和航空在內(nèi)的多種模式，對清潔燃料的需求各不相同。2060年的碳中和情景除了實施減少需求和能源效率解決方案外，還將依賴于各種清潔能源形式，具體取決于這些不同模式的特征（圖1）。
- 對于鐵路和短途公路運(yùn)輸，可再生能源電氣化提供了可行的途徑。在卡車運(yùn)輸市場上某些無法使用現(xiàn)有電池技術(shù)的行業(yè)中，將需要先進(jìn)的化學(xué)電池或氫氣。
- 在長距離遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)入姎饣豢赡軐崿F(xiàn)的行業(yè)中，可以使用氫氣和氨水替代當(dāng)前使用的重質(zhì)燃料油。
- 最后，對于航空業(yè)（最難脫碳的領(lǐng)域），多種技術(shù)將競爭。可持續(xù)生物燃料（不會通過改變土地使用方式增加碳排放量）將發(fā)揮關(guān)鍵作用。但是，可能不存在產(chǎn)生足夠燃料的生物質(zhì)。其他技術(shù)將需要介入。最具潛力的可能性是氫燃料飛機(jī)，超高效電動飛機(jī)或由電，水和二氧化碳產(chǎn)生的合成噴氣燃料。
雖然無法知道哪種技術(shù)組合最終會獲勝，但該博客評估了上述清潔能源的特征和現(xiàn)狀，并提出了中國交通運(yùn)輸部門碳中和的短期，中期和長期目標(biāo)。
短期目標(biāo)：電氣化是核心任務(wù)
運(yùn)輸電氣化是目前最便捷，最具成本效益的清潔運(yùn)輸解決方案，具有最高的能源轉(zhuǎn)化率。由于電池在過去幾年中的快速發(fā)展，運(yùn)輸電氣化已從鐵路擴(kuò)展到了輕型車輛，小型船舶，甚至是短程飛機(jī)。
考慮到中國公路和鐵路旅行的預(yù)期數(shù)量，到2060年，電氣化運(yùn)輸將消耗超過2萬億千瓦時的電力，相當(dāng)于2.68億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占交通運(yùn)輸總能耗的一半。在短期內(nèi)，加快道路交通的電氣化是實現(xiàn)交通行業(yè)低碳甚至零碳轉(zhuǎn)型的核心任務(wù)。這就需要政策，技術(shù)，市場和基礎(chǔ)設(shè)施之間的協(xié)調(diào)。
加快電氣化將需要在政策設(shè)計，技術(shù)開發(fā)，市場創(chuàng)建和實施基礎(chǔ)架構(gòu)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。一些關(guān)鍵政策包括制定雄心勃勃的電動汽車推廣目標(biāo)和提高排放標(biāo)準(zhǔn)，以及制定逐步淘汰時間表以逐步將ICE車輛從市場上撤出。此外，道路特權(quán)政策和補(bǔ)貼可以支持電動汽車（EV）市場的增長，并激勵技術(shù)創(chuàng)新，從而增強(qiáng)電動汽車的競爭力。
電池技術(shù)的進(jìn)步和車輛技術(shù)質(zhì)量的優(yōu)化是關(guān)鍵的技術(shù)驅(qū)動力，可以通過制定更嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并提供資金支持行業(yè)來加速發(fā)展。此外，充電基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模部署以及建立強(qiáng)大的運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)的努力可以有效地降低電動汽車的使用成本，并導(dǎo)致電動汽車快速擴(kuò)大規(guī)模。
中期目標(biāo)：氫氣的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用
現(xiàn)有電池的能量密度相對較低。借助這些技術(shù)，使用電池儲能的電氣化無法解決中國交通部門約50％的能源需求。雖然電池化學(xué)性質(zhì)將來肯定會有所改善，但還有多少尚不清楚。
考慮到當(dāng)前技術(shù)與交通部門之間的巨大差距，將需要其他形式的電力存儲。氫和氨這兩種主要的存儲方式可能在中國向零碳運(yùn)輸?shù)倪^渡中發(fā)揮重要作用。氫燃燒的主要副產(chǎn)品是水，從排放的角度來看，水使其成為最清潔的能源之一。目前，中國大多數(shù)氫氣是通過工業(yè)副產(chǎn)品和煤氣化生產(chǎn)的。水電解的未來技術(shù)發(fā)展和成本降低將有力地推動綠色氫成為碳中和范圍內(nèi)生產(chǎn)無碳?xì)涞闹饕绞健?/font>
氨是未來的又一有希望的燃料。氨是載氫的一種更有效的方式，因為它具有更高的體積能密度并且更容易液化。但是它也有其自身的缺點(diǎn)，例如它的毒性。由于氨氣的產(chǎn)生基于氫氣的產(chǎn)生，并且這兩種氣體具有相似的應(yīng)用，因此本博客將把這兩種氣體歸為同一類“氫能”。
成本仍然是運(yùn)輸領(lǐng)域氫應(yīng)用的主要障礙。氫車輛的當(dāng)前成本仍然相對較高。在中國，氫燃料電池卡車的價格目前是同??等大小的內(nèi)燃機(jī)卡車價格的五倍以上。
另外，燃料價格昂貴。即使在使用低成本化石燃料生產(chǎn)氫氣的情況下，氫氣的生產(chǎn)，存儲和運(yùn)輸?shù)目偝杀疽脖然剂习嘿F得多，因為氫氣很難液化并且易于從管道中逸出。這兩個成本問題將在不久的將來難以解決。但是，從長遠(yuǎn)來看，隨著氫燃料技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的作用越來越大，氫的成本將開始下降。
為了在2040年左右實現(xiàn)氫的大規(guī)模商業(yè)利用，中國需要通過應(yīng)用氫技術(shù)來達(dá)到成熟和規(guī)模化，加快相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和研究并降低成本。根據(jù)國務(wù)院辦公廳于2020年11月發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》，中國將大力發(fā)展氫燃料電池和氫能儲運(yùn)技術(shù)。
2016年，工業(yè)和信息化部在《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中提出了到2025年使用氫燃料電池汽車5萬輛，到2030年達(dá)到氫燃料電池汽車100萬輛的目標(biāo)。最近，在2020年《關(guān)于燃料電池汽車示范應(yīng)用發(fā)展的通知》中，財政部，工業(yè)和信息化部，科學(xué)部，國家發(fā)展和改革委員會以及國家能源局明確提出了支持該發(fā)展的建議。向達(dá)到已確定標(biāo)準(zhǔn)的城市群提供財務(wù)獎勵，從而實現(xiàn)燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展。
長期目標(biāo)：生物質(zhì)燃料和碳捕集的補(bǔ)充作用
盡管電氣化發(fā)展迅速，氫在解決更高的能量密度運(yùn)輸需求方面具有未來的作用，但對生產(chǎn)和需求的分析表明，到2060年，氫和電氣化僅能滿足運(yùn)輸部門總能源需求的80％。其余20％的需求來自大型航空和遠(yuǎn)程運(yùn)輸。由于這兩種運(yùn)輸方式對能量類型和密度的要求，用電氣化或氫清潔能源很難完全滿足這些要求。
與其他清潔能源相比，生物質(zhì)燃料是一種可行的解決方案。生物質(zhì)燃料可表現(xiàn)出與化石燃料相似的性能，許多車輛無需改動即可直接使用生物質(zhì)燃料。生物質(zhì)燃料的缺點(diǎn)是其供應(yīng)難以改善。生物質(zhì)燃料主要來自糧食作物和食物殘渣作為原料，供應(yīng)不足以滿足需求。盡管二次生物質(zhì)燃料技術(shù)可以使用落葉喬木中的稻草和木材作為原材料，但從商業(yè)意義上講，許多技術(shù)仍然不可用。
保守的估計表明，生物質(zhì)燃料可以為中國的交通運(yùn)輸部門提供相當(dāng)于3000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源，或到2060年所需能源的5％。值得一提的是，電力燃料也是未來可能的解決方案。無碳航空和重型運(yùn)輸，但由于進(jìn)展緩慢，很難預(yù)測40年后該技術(shù)的發(fā)展方向。為避免提供誤導(dǎo)性信息，本博客將僅考慮2060年尚無法使用該技術(shù)的情況。
我們上面概述和強(qiáng)調(diào)的碳中和解決方案主要集中在減少需求，轉(zhuǎn)變模式以及將剩余能源需求過渡到清潔替代能源。但是，根據(jù)目前的前景，到2060年，將它們加在一起將僅能解決交通運(yùn)輸總能耗的85％。
對于其余的15％（來自航空業(yè)的約4.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤），來自航運(yùn)業(yè)的5000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤和公路運(yùn)輸中的3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，要實現(xiàn)具有成本效益的完全清潔能源替代可能相對困難，技術(shù)上和商業(yè)上可行的替代方案。因此，包括碳匯或碳捕集與封存在內(nèi)的負(fù)排放技術(shù)可能會成為實現(xiàn)完全碳中和的廉價補(bǔ)充方法。據(jù)計算，到2060年，其余15％的運(yùn)輸能耗將每年產(chǎn)生約2.5億噸CO 2排放。
概要
解決交通運(yùn)輸部門的減排問題將在中國到2060年實現(xiàn)碳中和的總體目標(biāo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。但是，盡管減排潛力巨大，但交通運(yùn)輸部門實現(xiàn)碳中和仍充滿挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)中長期目標(biāo)，有必要在氫和生物質(zhì)等清潔能源替代品的技術(shù)研究和開發(fā)中保持大量投資和先進(jìn)部署。
此外，中國必須抓住未來十年的黃金機(jī)遇，利用電動汽車和高速鐵路等解決方案，提前提前實現(xiàn)道路交通排放峰值，并盡快開始下降。前面的路很長，但是很有前途。中國在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的排放控制方面取得了堅實的進(jìn)展。在各行各業(yè)的共同努力下，清潔，低碳，高效的運(yùn)輸系統(tǒng)已近在咫尺。
