科尔尼联合极星与Rivian发布乘用车行业节能减排数据报告

科尔尼管理咨询 2023-02-15

科尔尼受托全球豪华纯电高性能汽车品牌Polestar极星与美国电动汽车制造商Rivian，共同发起《路径报告》，利用现有开源数据模拟汽车行业当前的排放轨迹，编制、发布乘用车行业节能减排数据报告。报告显示，IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）制定2050年全球升温控制需保持在1.5℃以内，若以此目标为准，汽车行业很可能导致全球气温升幅超过75%。

科尔尼受托全球豪华纯电高性能汽车品牌Polestar极星与美国电动汽车制造商Rivian，共同发起《路径报告》，利用现有开源数据模拟汽车行业当前的排放轨迹，编制、发布乘用车行业节能减排数据报告。

报告显示，IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）制定2050年全球升温控制需保持在1.5℃以内，若以此目标为准，汽车行业很可能导致全球气温升幅超过75%。因此，科尔尼与极星和Rivian发起该报告，呼吁汽车行业尽快采取行动，以应对危机。

这份报告通过建模测算乘用车行业能否实现行业的温室气体排放量配额，并综合考虑了纯电动车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)、燃油车(ICE)。

建模分析逻辑

模型将商用车温室气体排放的主要场景分为三类：新车整车制造（含零部件、电池相关排放）、车辆运行（含电/油生产、尾气、维保相关排放）、报废与回收。模型同时考虑了多项现实因素的影响，包含了多种车辆全生命周期相关的关键假设：

首先，假设整车制造期间，工厂产生温室气体排放量将逐年下降。根据科尔尼行业调研（Factory of the Year Benchmarking)显示，在欧洲的乘用车行业相关工厂温室气体排放量可年降8%。此处仅指范围1&2（Scope1&Scope2），即在企业实体控制范围之内的直接排放和企业自用的外购电力所产生的间接排放。

其次，假设车辆运行期间，同一辆车的前半段生命周期排放量略大，后半段生命周期排放量略小。这样可使新车使用率将高于旧车使用率。另外假设在电力生产方式上多使用非化石能源，且电力组合的碳强度将减少。模型使用国际能源署（IEA）最乐观的承诺方案（APS），假设到2050年76%的能源将使用非化石能源。且假设降低电力组合的碳强度和减少纯电动车的燃料/电力生产有关的排放直接相关；对于ICE和HEV的相关性分别为0.2和0.4（考虑到未来汽油和柴油生产的潜在电气化）。并假设燃油经济性（fuel economy）将逐年提升。根据 ICCT 的预测, 2023年燃油经济性将优化10% 。模型承接同样的假设，并将其至整个模型预测区间。

最后，假定汽车行业温室气体的排放配额目标。模型采用全球年度排放量的15%为准，与其他行业减排目标占比相同。2021年全球温室气体排放量为36GT。国际能源署（IEA）数据显示，公路运输尾气排放量为 3.2 GtCO2e，约占2021年全球温室气体排放量的9%，合理化模型所用的15%的目标值。

在确定了关键的车辆全生命周期的基础排放量假设之后，可计算出车辆的基础排放量。随后，根据IHS Markit的数据与科尔尼的测算，科尔尼同样测出了不同种类车辆2000-2031年的运行车辆数量与销售金额。将基础排放量与预测的车辆数量相结合，可得出每一年的温室气体排放量。

建模结果与灵敏度分析

使用上述假设进行计算可得出，乘用车行业的碳排放量大。若不立刻采取行动，乘用车行业将在2027年就用完50%的配额，2035年用尽全部排放配额。最终，仅乘用车行业，就将导致全球1.5度的目标超标75%。

为了进一步分析，科尔尼对模型的关键假设进行了灵敏度测试。根据分析结果可知，达成排放量目标的关键在于延长车辆使用寿命、持续提升燃油经济性。

首先，应尽力延长BEV的使用寿命。模型假设HEV和ICE的平均寿命为 18年，而BEV为16年，且车辆寿命在模型测算年间不会改变（2000-2050）。据Geotab调查得出，一般而言电池的健康状态（SOH）在第7年时将降低10%-15%。不过据整车厂表示，未来电动车的预期车辆使用寿命或再增加15年，新车的电池寿命将超过24万公里。燃油车寿命的延长对排放量有负面影响，这意味着车队电气化的减速，从而增加燃油车使用阶段的排放。

其次，应持续性改善燃油经济性。模型承接了 ICCT 的关于2023年燃油经济性将优化10%预测，并将其放大至2050年。但更有可能的情况是，据2021年全球燃料经济研究所表示，燃油经济性的改善将停止。且根据国际能源署的数据，几乎40% 的燃油经济性改善已经被增加的重量和功率所侵蚀。其中，SUV增长是导致的车辆重量与油耗增加，燃油经济性下降的关键推手。

如何降低排放量？

在这个严峻的环境下，我们确定了整个行业需要发力的三大领域，以及每个领域的近期具体气候行动，以帮助缓解局面，满足排放要求。

首先，我们需要加快燃油车过渡至电动车的转型。为了实现行业向100%纯电动车过渡的高效进行，企业可以向当前优秀的绿色国家学习、参考积极的绿色转型方面区域政策、发表进程报告等。转型中最重要的是减少燃油车车辆运行阶段的排放量。燃油车在运行阶段产生其80%-85%的全生命周期排放，其中60 %-65% 是尾气排放。虽然过渡到BEV意味着在短期内，温室气体排放量将增加（主要来自电池生产相关排放），但从全生命周期排放的角度来看，纯电动车（BEV）所带来的使用阶段的减排量将超过增加的生产排放量，最终使得BEV的排放量很低或接近于零。

其次，应更多的使用可再生能源。过渡到100%使用BEVs后可进一步使用可再生能源为动力来源，消除全球车辆在车辆运行阶段的排放。当前，可再生能源（风能、太阳能、水能、核能、其他可再生能源）占全球电力组合的39%，仍有巨大的进步空间和改进潜力。我们应快速过渡到100%可再生能源、减少电网中的浪费。此举可消除BEV的大部分运行阶段排放，并减少ICE和HEV的部分排放。

最后，行业应共求减少供应链温室气体排放量。在前两项举措都实现的情况下，汽车供应链（主机厂、上下游企业）产生的排放仍阻碍排放量净零。这主要因为BEV的供应链排放比HEV和ICE的更大，因此若BEV占比增加，供应链排放的减少将愈加重要。减少整条供应链温室气体排放量有三种方法，1）生产制造优化，减少材料和制造工艺的碳强度，2）研发设计优化，减少车辆中碳密集材料的数量，3）报废回收优化，增强车辆与零部件的循环性和回收性。减排重点是上述第一点中4个最大排放源的管理：钢铁、铝、电池和汽车制造。次重点是电气化（electrification）与氢能替代化石燃料。

钢铁：钢铁行业的减排主要是生产方式的优化。煤炭提供了钢铁业生产中74%的能源，主要用于高炉制铁的还原反应。2019年高炉生产的粗钢占全球产量70%，主要源于中国。而低碳钢是在直接还原铁（DRI）工艺中利用绿色氢气生产的，取代了高炉或化石燃料燃烧。使用可再生能源发电为电弧炉（EAF）提供动力，将减少钢铁生产中约90%的排放。根据WEF的定义，钢铁的低排放生产应比目前排放量减少95%，包括直接还原铁和电弧炉工艺，另包含碳捕捉与存储（CSS）。

铝：铝行业中，使用可再生能源，降低能源强度（energy intensity）是降低电力消耗（占铝业排放的70%）的重要举措。铝产业链自主生产约55%的工业生产电力消耗，而以煤炭作为主要电力来源的中国和亚洲其他地区生产了全球65%的原铝。据WEF定义，铝的低排放生产需为比目前水平减少90%的排放。为达成这个目标，除使用再生能源以外，还需减少铝产量。据国际铝业协会估计，为使2050年全球升温控制在1.5摄氏度内，铝产量需减少95%，且2018年到2050年再生铝增加155%，原铝碳强度比2018年减少97%。

电池：电池方面的减排包含几种，首先，全面电气化单元电池（battery cell）生产和装配过程。该过程约30%的排放来自电力消耗，而这一过程的全面电气化，则可以消除电网碳密集度较低地区的耗气量，减少约98%的温室气体排放。其次，电池上游材料的生产可采用可再生能源发电。电池生产中20%-30%的排放来自于电池上游材料的生产，上游材料生产过程约50%的能源使用来自于电力消耗。若采用可再生能源发电，上游材料生产可实现约49%的潜在减排。此外，电池再利用和材料回收可实现额外25%的减排。最后，使用替代材料、提高能量强度以减少电池组总质量也能进一步减少排放。

通力协作是推动整个汽车行业走得更快更远的主要驱动力。基于上述降低排放量可实施的举措，希望整车厂可在以下所列措施实例中得到启示，采取更多减排行动。