低碳燃料：实现净零排放的最后一公里

2024 年 11 月 目录 03词汇表 执行摘要 1. 净零需要大量的低碳燃料 06 3. 释放合成燃料的脱碳潜力 16 4. 行动呼吁29 4.1 低碳燃料起飞面临的挑战304.2 前进的道路31 附录 尾注 36 执行摘要 实现到2050年的净零温室气体排放（GHG）需要对社会进行根本性的转型，从当前以化石燃料为中心的模式转变为高效、高度可再生和电气化的能源系统。 规模扩大。此外，到2050年，氢气生产、燃料合成和直接空气捕获总共需要高达10,000太瓦时（TWh）的清洁电力供应——相当于2023年全球电力发电量的三分之一。这超过了当前全球可再生能源发电量，并要求大幅增加可再生能源发电能力；远超目前取得的进步。 清洁氢气可以在一些难以减排的sector，如钢铁生产和化学工业中补充 electrification。然而，航空和海运的脱碳化需要其他方法。低碳燃料- 包括生物燃料和合成燃料 - 具有比氢和电更高的能量密度。 虽然合成燃料是航空和航运脱碳的关键，但它们仍处于部署的早期阶段，几乎缺乏任何监管框架，并且与化石燃料相比成本显著更高。全球统一的监管框架至关重要为了开发航空和海运等固有的国际领域所需的合成燃料。然而，如果没有公众支持，合成燃料的成本将比传统化石燃料高两到十倍，这是因为低成本CO原料供应有限以及固有的能量不效率所致。 生物燃料可以方便地作为滴入式燃料在现有的内燃机和燃料基础设施中使用，从而在短期内实现显著的排放减少。然而，由于可持续生物质生产所需的有限原料供应将在不同行业之间引发激烈竞争，这预计将阻碍其大规模采用。因此，合成燃料如氨气、甲醇和合成航空煤油等预计将在长期内成为低碳燃料供应的主要来源。 在过程中，以及清洁氢气领域的跨行业竞争。要达到如此规模的合成燃料供应，需要显著的投资需求；从2050年来看，平均每年需要约1300亿美元。尽管这一数字占全球化石燃料投资（2024年为11000亿美元）的比例仍然很小，但它与航空和海运燃料的整体支出相当。通过全球贸易，提供了一个重要且必要的杠杆来增强其经济竞争力。通过将成本最低的资源地点与有限的可再生能源和气候中性CO₂排放地缘中心连接起来，可以实现这一点。全球贸易可以帮助缓解地理2 德勤全球的展望 ， 利用数据驱动和基于模型的定量分析 ， 探索合成燃料是航空和海运脱碳的关键推动者。在这种展望中 ， 航空经历了二氧化碳 (CO) 的停滞2 不平衡在供需之间 ， 提高整体经济效率 ， 促进经济发展。 截至2030年，排放量减少约75%，到2050年减少约95%。海运业在2050年几乎达到净零排放，排放量减少95%。这些减排主要由效率措施和低碳燃料的使用推动，尤其是合成燃料。尽管当前燃料组合中几乎不存在，合成燃料在2030年仅能供应26 EJ消耗量中的1.6 EJ。然而，根据德勤的展望，到2050年，合成燃料将成为空域和海域的主要能源来源，占燃料消费量的近16 EJ。 合成燃料的成本竞争力仅仅是航空和海运去碳化更广泛的技术挑战之一。尽管航空业的去碳化不需要对基础设施或发动机进行重大修改，但实现海运业的去碳化则表明了需要在多个方面进行技术改进和基础设施建设。多燃料未来由甲醇和氨气组成。这需要在转型期间利用现有基础设施，并开发新的加注、发动机技术和加油基础设施。因此，与脱碳相关的技术挑战超出了燃料供应的范畴。 达到如此水平的合成燃料供应需要大约150万吨可持续氢气和700万吨气候中性二氧化碳。这代表了巨大的工业和技术挑战。2 挑战在于清洁氢气sector仍处于起步阶段，而CO捕获技术尚未实现大规模开发。2 总之，航空和海运领域的脱化石燃料转型很可能需要航空和海运价值链中每个参与者的协调且雄心勃勃的努力： 窗口期快速关闭，航空和海运业仍几乎完全依赖化石燃料。尽管存在巨大的复杂性，通过有针对性的政策制定和关键供应链参与者之间的协调行动，这些行业从化石燃料向清洁能源的转型是可行的。这种合作可以为清洁和可持续的未来铺平道路：一个支持全球去碳化、促进公正过渡并推动公平经济增长的未来。 •政策制定者是在创造初始条件、所需的监管框架和持续动力方面发挥关键作用。他们应通过国家和部门战略来创造可见性，通过机制如混合配额要求等方式促进需求，从而帮助推动市场接受度，并通过为低碳燃料提供经济支持来降低供应链参与者的经济障碍。长期来看，持续调整配额和经济支持将是确保转型的关键。 •国际组织处于支持协调全球过渡的理想位置，可以通过建立共同规则集来实现。它们可以支持价值创造，并因此促进合成燃料的全球采用，通过 robust 认证机制，这些机制可以启用记账和索赔机制。 harmonized 和共同定义可以避免碳泄漏或套利机会。 •燃料供应商可能需要主动确保低成本可持续能源原料，尤其是清洁氢气和气候中性CO₂，以应对合成燃料需求的增长。 得益于早期的投资以及与上游合作伙伴的协作。在合成燃料价值链构建阶段，通过掺混生物燃料，他们可以支持技术规模化发展并推动必要基础设施的建设。 •飞机制造商和造船厂应该适应他们的产品旨在满足可持续性需求。这意味确保飞机发动机能 够运行在高比例合成燃料上，并且船舶兼容新型燃料，尤其是氨和甲醇。此外，他们应该通过在研发方面的投资开发效率措施，并将这些措施整合到制造过程中，从而降低燃料成本和CO₂排放。2 •机场和港口当局是在建立合成燃料采用基础方面至关重要的，通过部署必要的加燃料基础设施并确保连续的燃料供应。这需要在机场无需新的特定基础设施开发的情况下进行，而海运港口则需实现多燃料基础设施的能力。 •航空公司和航运公司在中心转型，将上游活动与最终消费者连接起来。通过营销可持续的 海运和旅行选项，他们可以启动技术创新、低碳燃料采购，并协调供应链上所有参与者的进步。当他们在活动中采用运营效率措施时，可以在短期内立即释放显著的成本节约和减排效果。 1. Net - zero 需要大量低碳燃料 为了将全球变暖限制在 1.5 ° C ， 要求在 2050 年之前实现温室气体(GHG) 的净零排放。1 和工业原料需求。3, 6此外，大多数重型运输应用，尤其是航空和海运领域，需要高能量密度，这使得它们难以电气化。6,7,8 考虑到能源消耗和工业过程占全球温室气体排放量的80 ％ 以上 ，2这需要实现整个能源系统的全面去碳化。因此，能源系统去碳化的根本要求是从当前以化石燃料为中心的模式转变为高度可再生能源和电气化的能源系统。3现有的关于去碳化的文献强调，电气化、大规模可再生能源开发和效率改进是关键的技术解决方案。4 互补于直接电气化，如果氢气由清洁来源生产（如低碳电力的电解或化石燃料减排），则可以实现显著的减排。例如，它可以作为原钢冶炼的还原剂，用于生产其他分子（如合成燃料和化学品），或者作为产生热能和电能的能量来源。 图 1 显示了全球与能源相关的 CO 排放量 ， 以及2主要经济部门的关键去碳化选项。一些部门，如建筑和轻型道路交通，几乎可以完全依赖电气化进行去碳化。这种电力可以完全来自可再生能源，如水力、风能和太阳能。5尽管如此，钢铁和水泥等重工业在高温加热方面仍需超出电气化以外的解决方案。 Alongside 生物质和生物气，清洁氢能在重工业领域具有重要的脱碳潜力。它还可以为重型公路运输的脱碳做出贡献，克服电气化带来的限制。然而，其较低的能量密度使其不太适合用作航空燃料或海运燃料，尤其是那些需要在有限的燃料存储体积中具备较高能量密度的应用。因此，这些重型运输部门的脱碳将依赖于低碳燃料——生物燃料和合成燃料，这些燃料具有与化石燃料相似的特性，但采用的是低碳原料生产。 生物燃料包括生物柴油、生物航空煤油和生物乙醇，这些可再生燃料来源于有机材料，如植物生物质、农业废弃物，甚至藻类。16这些燃料的燃烧释放出以前的 CO 在其生长过程中被生物质吸收 ， 或者被认为是自然排放的。17当燃料生产过程中没有其他排放发生时，生物燃料可以被视为碳中性的。这一封闭的碳循环有助于抵消大气中二氧化碳净增量，从而使生物燃料成为一种有吸引力的选择。 可持续燃料替代选项。然而，可持续生物燃料的有限供应要求寻找其他燃料来补充它们，尤其是在航空和海运领域。18 作为两大最难减排的行业，航空和海运各自每年负责排放约10亿吨二氧化碳。2 (1 GtCO / 年11, 12约占全球 CO 排放量的 6%13). 合成燃料是指通过以氢气为原料的化学反应产生的液态或气态燃料。如果用于生产这些燃料的原料（包括氢气）及其能源是低碳的，那么这些燃料可以被视为传统石油产品的清洁替代品，并且有潜力减少交通运输领域的二氧化碳排放。在合成燃料中，2 作为温室气体（GHG）排放的重要来源，这些行业的去碳化尤为具有挑战性：某些行业，如钢铁生产和化工行业，可以通过将生产转移到拥有丰富清洁能源的地区来管理排放。14随后进口最终产品。15尽管如此，在航空和海运行业中，排放无法转移到其他地方，因为这些行业的本质要求飞机飞行和船舶航行全球，直接向大气中排放温室气体。因此，与其它行业中的供应链优化不同，航空和海运部门必须直接面对排放问题。这需要多管齐下的方法，包括提高飞机和船舶的效率、优化物流，并且最重要的是，用生物燃料和合成燃料等清洁替代品取代传统化石燃料。 氨、甲醇和合成航空煤油被视为实现航空和海运去碳化最具前景的解决方案。19, 20氨可以通过 Haber - Bosch 反应由氢气和环境氮气产生 (图 2) 。21合成甲醇和合成航空煤油通过甲醇合成和费托过程从二氧化碳 和氢气中制备。2 分别为 Tropsch 反应。22 利用数据驱动和模型为基础的方法，它为这些燃料的发展提供了基于科学的视角。分析表明氢通路探测器 虽然氨是一种无碳分子，但合成烃类如甲醇和合成航空煤油的燃烧会产生CO排放，从而释放用于制造这些燃料的CO。 生产。如果这种 CO 有生物来源 ，23或直接捕获 利用德勤的(见附录1)，一种通过学术同行评审验证并发表在知名科学期刊上的新兴氢能源和低碳燃料市场的 techno-economic 模型。24, 25, 26德勤的设想建立在国际能源署的长期观点之上27政府间气候变化 从空气中通过化学过程（如直接空气捕获-DAC）获取，可以被视为低碳的，甚至可以视为气候中性。在这种情况下，燃料燃烧产生的温室气体排放可以通过捕获/生物源CO₂作为碳循环的一部分进行抵消。2 专门委员会 (IPCC)1并且完全符合《巴黎协定》旨在将全球 warming 限制在 1.5°C 的目标。该情景假设一个 benign 地缘政治环境，依托一个高效的金融体系，并且看到各国采取坚定的政策行动以实现超过 140 个国家为自己设定的净零目标。 低碳燃料（例如，生物燃料和合成燃料）对于实现最难减排 sector 的去碳化至关重要，补充了电气化和氢能的应用，这得益于它们的高能量密度。 然而，未来的低碳燃料市场及其兴起充满了不确定性，这些不确定性围绕着关键技术选择、燃料与发动机组合选项以及这些燃料及其原料的来源。由于这些燃料相对容易运输，它们有可能显著影响和重塑未来的能源贸易流动，强调了对未来供应链进行前瞻性评估以最大化其整体潜力的必要性。 在这种背景下，本展望旨在描述低碳燃料如何繁荣并为其实现气候中立目标做出必要的贡献。因此，该情景可以作为公共和私营部门战略决策的“北极星”。此外，它还可以通过监测低碳燃料市场建立进程、识别需领导者解决的监管、经济和技术缺口来帮助监控进展。不应将其视为最有可能的未来结果。 这份报告呈现了德勤对低碳燃料在未来净零情景下航空和海运领域脱碳作用的看法及其角色。 2. 最后一英里脱碳 ：航运和航空 航空和航运的脱碳依赖于类似的策略和相同的行动杠杆。 both效率措施和行为措施都被视为快速见效的方法，可以带来显著的燃料节省，并因此有助于减少碳排放。然而，它们并不能完全消除CO排放，因此实现2 首先 ， 需要向使用排放