重卡减碳为何迫在眉睫？能源转型下的中国汽车碳排放趋势预测

汽车运行阶段碳排放将在2028年达到峰值9.64亿吨，而汽车能源周期碳排放会在2034年达到峰值12.17亿吨，如果扣减石油进口所带来的碳排放，则全生命周期碳排放可以在2035年达到峰值13.68亿吨。

2022年12月9日，由盖世汽车主办的2022第三届混动技术发展论坛中，同济大学教授，国际汽车工程师学会会士韩志玉指出：

商用车是汽车行业碳排放的主要来源，在汽车能源周期碳排放的占比高达60%（2020-2035年），其中重卡对碳排放的贡献最大，高达40%左右并将持续提升，因此，针对重型货车的碳排放控制方案需要快速提上日程。

韩志玉 | 同济大学教授，国际汽车工程师学会会士

以下为演讲内容整理：  

大家好！下面我讲四个方面的内容，首先快速过一下气候变暖背景，第二是中国汽车历史碳排放估算，第三，在中国能源转型战略下，2035年前汽车碳排放变化趋势，第四，混动轻型商用车的碳排放。

气候变暖背景

大量的数据表明，全球平均温度比工业化前高了1.09℃，地面温度高了1.59℃， 海洋表面高了0.88°C。大部分科学家认为，温度的提升和空气中温室气体的含量增加密切相关，工业化前，空气中的二氧化碳大概是280个PPM，现在在410个PPM，根据IPCC预测，要保持本世纪全球平均温度增长不超过2℃，允许的PPM值是450个PPM。

虽然温室气体并不止二氧化碳，但是人类活动能影响，且占比很高的温室气体主要就是二氧化碳，根据IPCC最新报告，2019年人类活动产生的二氧化碳排放总量近380亿吨。

对此，联合国实施了避免危害性气候变化的行动战略，比如制定签署了《巴黎协定》，提出将全球平均气温升幅在工业化前水平上控制在2 °C以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5 °C以内。中国也采取了相应行动，习主席于2020年9月22日在75界联合国大会上首次提出中国二氧化碳排放力争于2030前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，即“双碳目标”。随后，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》，对交通领域也提出具体减碳要求，那就是2030年当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右。

要减碳，就需要估算和预测中国汽车行业的碳排放，必须要从全生命周期的角度进行计算。我们用三个阶段进行分析：汽车运行阶段、汽车能源周期、汽车全生命周期。汽车运行阶段很好理解，如果使用的是氢能，我们就可以说，在运行阶段的碳排放很少，近乎没有。

但是我们要延长这一计算边界，将车用燃料的生产、发电燃料的生产都引入计算之中，这就是能源周期。而全生命周期除了能源周期以外，还包括整车制造和动力电池生产过程的碳排放。由于时间关系，我这里只讲一些结果，而不讲其中涉及到数学模型和数据分析等内容。

中国汽车历史碳排放估算

2020年汽车燃料总消耗为2.85亿吨。其中，汽油为1.293亿吨，占45.47%；柴油为1.512亿吨，占53.14%；天然气为0.0394亿吨，占1.39%，此时由于电动车保有量较少，所以并没有计算电能的消耗。

2020年汽车运行阶段的二氧化碳排放量为8.9亿吨。其中，乘用车占比为40.5%，商用车占比为59.5%。重型卡车占比38.99%，与乘用车相当。

从全生命周期看，2020年汽车的二氧化碳排放量为11.16亿吨。其中，燃料使用阶段占比为79.7%，燃料生产阶段占比为14.1%，整车制造阶段占比6.1%。结合2021年的国务院新闻办公室《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书，汽车二氧化碳全生命周期的碳排放占全国碳排放总量8.9%，占能源燃烧领域碳排放总量11.3%。因此，中国汽车行业的历史碳排放相当可观。

2035年中国汽车碳排放趋势

要预测未来的汽车碳排放趋势，我们的数据依据有四大来源：1、中国共产党“第二个百年”奋斗目标：人均GDP在2035年达到2万美元，2050年达到4万美元；2、汽车行业2035年发展目标和规划（《节能与新能源汽车技术路线图2.0》：2035年乘用车EV+PHEV销量占55%）3、电力行业清洁能源发展目标和规划（非化石能源发电量在2025年达到39%，在2035年达到50%）4、国家统计局和中国汽车工业统计数据。

首先是乘用车保有量预测，根据“第二个百年”奋斗目标和世界上千人汽车保有量统计数据，我们可以预测出未来中国乘用车的保有量。可以看到，乘用车保有量在2030年会达到3.59亿辆；2050年达到5.85亿辆，千人汽车保有量达到目前欧洲的平均值。另外可以看到，我们的预测曲线和国家的统计数据非常契合。

图片来源：同济大学教授，国际汽车工程师学会会士韩志玉

同样我们也预测了商用车的保有量变化，大概会保持在乘用车的10%左右。根据以上数据，我们也可以推算出未来的汽车年销量，我们预计在2027年乘用车销量将会达到3000万辆。

在政府政策引导和激励措施的推动下，新能源汽车的市场份额和保有量将持续增长。到2035年，新能源乘用车和商用车的保有量分别为1.61亿辆和882万辆，份额将分别达到38%和21%。

下面是发电能源类型变化图，我们国家的电力主要由煤、气、非化石能源贡献，目前，煤电占比63%左右，根据规划到2035年会大幅下降：煤电占比45%左右，气电和煤电加起来不超过50%。

有了这些数据之后，就可以预测汽车碳排放。到2035年汽车化石燃料消耗变化不大，基本维持在3亿吨左右，但是汽车用电量也会逐年增加，到2035年约为4千亿kWh，其中非化石能源发电的占比也会快速提升。

我们预计汽车运行阶段碳排放在2028年碳达峰，当年运行阶段的二氧化碳排放量为9.64亿吨。重型货车是碳排放大户，2020年占比为38.99%，2035年将升至52.18%。

图片来源：同济大学教授，国际汽车工程师学会会士韩志玉

下图给出了汽车全生命周期碳排放趋势以及各个阶段的贡献。汽车能源周期碳排放在2034年达峰，二氧化碳排放量为12.70亿吨。全生命周期碳排放会在2035年前持续上升，2035年二氧化碳排放量为14.14亿吨。

图片来源：同济大学教授，国际汽车工程师学会会士韩志玉

细分至各个环节来看：

从2020年到2035年，随着汽车电动化，化石燃料产生的二氧化碳（包括燃料生产和使用）占比将逐年下降，从94%降到77%，但仍然是汽车排放的主要源头。而电力消耗产生的二氧化碳（包括发电和动力电池制造）占比将逐步升高，从～0到18%。整车制造环节产生的二氧化碳占比基本不变，为6%，所以运行阶段的碳占比最大。

从车型来看，从能源周期来看商用车和乘用车整体的二氧化碳排放比例基本维持在60:40，也就是说10%的商用车排出了60%的碳排放。

如果计算单车年碳排放强度，在能源周期里，一个重型货车的碳排放强度2021年是乘用车的26.7倍，到2035年则将达到31.5倍，这里不只是因为重卡体量大，还有其运行的里程也长，由此可以再次看出控制重型卡车碳排放的重要性。

混合动力轻型商用车碳排放量的案例比较

最后我简单讲讲一个案例，即比较4.5吨混合动力厢式物流卡车的能耗和二氧化碳排放。比较的混合动力构型有两种，一是增程式电动，另外一个是串联混动。

为了公正比较，我们首先优化了各自构型的能量管理并考虑载荷（车重）变化的影响。在比较碳排放时，我们也考虑了区域能源结构的影响，比如，在煤电较高的内蒙古和水电较高的四川。我们的结果是就当前全国平均发电碳排放水平而言，增程式电动物流卡车的年碳排放比串联混动低10.7%，在四川要低25.6%，而在内蒙只低5.8%。到2035年，随着电网电力的不断清洁，增程式电动物流卡车的年碳排放优势将扩大，将比串联混动低27.3%。

下面是一些总结。我想要强调的是重型卡车减碳的重要性。前面我们看到重型卡车碳排放占比目前高达40%，且会越来越高，重卡减碳迫在眉睫。但可惜的是，目前还缺乏可行、有效的大规模重卡减碳技术路线。这需要整个汽车行业一起努力，科学地、实事求是地分析评价各种潜在技术路线的全生命周期碳排放。我个人认为当前应该在重卡上大力推动混合动力技术（包括增程），同时要打破固有思维，提出更加创新的动力构型。

（以上内容来自同济大学教授，国际汽车工程师学会会士韩志玉于2022年12月9日，由盖世汽车主办的2022第三届混动技术发展论坛发表的《可再生能源转型下中国汽车碳排放趋势》主题演讲。）