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【双碳论坛】中国汽车技术研究中心有限公司首席专家、中国汽车战略与政策研究中心副主任刘斌:对双碳下汽车产品技术路线的思考

发布日期:2022-09-06   浏览次数:2829

由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社联合主办,天津经济技术开发区管理委员会特别支持,日本汽车工业协会、德国汽车工业协会联合协办的第十八届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛(简称“泰达汽车论坛”)于2022年9月2-4日在天津市滨海新区召开。本届论坛以“强信念 稳发展 开新局”为年度主题,邀请重磅嘉宾展开深入研讨。

在9月4日 “双碳论坛:双碳战略的近策与远景”中,中国汽车技术研究中心有限公司首席专家、中国汽车战略与政策研究中心副主任 刘斌发表了题为“对双碳下汽车产品技术路线的思考”的演讲。
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中国汽车技术研究中心有限公司首席专家、中国汽车战略与政策研究中心副主任 刘斌
以下为演讲实录:

谢谢各位领导、来宾来参加我们今天的“双碳”分论坛。由于疫情关系,线下组织会议、参会都不容易。今天能来现场的,对中汽中心、泰达论坛都是真爱,下面我将中汽中心对“双碳”的研究给大家进行一个分享。

按照论坛的设计,我的题目是“对双碳下汽车产品技术路线的思考。”去年初,工业和信息化部委托中汽中心开展汽车产业绿色低碳发展路线图研究工作,与此同时,中汽中心作为央企,积极履行央企责任,也启动了重大专项课题“面向碳中和的汽车产业路线图”的研究工作,黄永和总带领我们6个院所进行一年多的研究,研究之后有什么收获呢?我个人认为“双碳”对汽车产业最大的影响是对产品的技术路线的影响。

为此,我将分为三个部分跟大家进行分享。第一部分是梳理了一下汽车产品有十大技术路线之争问题,在“双碳”下,它们是否符合低碳的要求,未来这十大技术路线何去何从,值得我们关注。第二部分,我认为研究“双碳”下的汽车产品技术路线,可能需要跳出汽车产业来看技术路线,否则我们就会陷入误区。第三部分,对碳中和下技术路线有几个初步的认识,抛砖引玉供大家指正。

首先这十大产品技术路线,第一个问题,是燃油车的问题。2035年,中国是否禁燃?今年欧盟已经提出:到2035年,禁止任何内燃机形式的轻型车的销售,也就是说轻型车在2035年只允许纯电动和燃料电池汽车销售,而插电式混合动力汽车、普通的混合动力汽车都不允许在2035年销售。当然,它也留了一个后门,在2026年,将对PHEV和碳中和燃料(合成燃料)评估,看禁止销售还是允许销售。

美国的加州也是零排放汽车的急先锋,他们最近也通过了一个法规,在2035年要禁止非零排放汽车,跟欧盟一样,只允许纯电动和燃料电池乘用车的销售。

而日本的丰田章男提出:我们的敌人是碳,而不是内燃机,为此日本的战略是允许普通混合动力汽车在2035年后继续销售。

中国新能源汽车产业2021-2035年规划提出,2025年20%的新能源汽车占比目标,碳达峰方案则将2030年定为40%,2035年,中国的新能源汽车占比是多少?是60%,还是激进到百分之百?激进到百分之百的话,是什么类型的车辆?是指新能源汽车,还是也包括普通混合动力汽车?

第二个问题,车用内燃机的尽头在哪?国家发改委基础司负责交通碳达峰的方案研究,他们问我们的问题就是内燃机的热效率极限是多少?现在行业比较好的是42%,将来是55%还是60%?同时,混动比纯燃油版油耗可能更优,它未来还有多大的降幅空间?以及不同的低碳或者零碳燃料也有很多种,生物质能、氢、氨,谁将胜出?这都是值得行业深入研究的问题。

第三个问题,混合动力汽车(HEV)技术路线,大家都认为这是过渡路线,它的过渡期是多久?节油潜力有多大?油耗水平吉利汽车提出2030年可能是3升左右,未来它的降碳潜力还有多大?去年,它的市场份额是3%,未来是像学会的路线图一样到2035年50%,还是多少?如果说混合动力是过渡期技术,这个过渡期究竟多久,HEV什么时候退出市场?是2035还是2045或者2050年后?这都是影响我们行业其他研发和技术投入的一个关键问题。

第四个问题,PHEV是否还归为新能源汽车?PHEV本身并不是零排放汽车。在政策上,欧盟也在收紧,2035年可能会面临禁售。北京实质上把它从新能源汽车剔除出去了,明年上海也将它剔除出享受特殊号牌的范围。现在PHEV电池容量和纯电续驶里程正在增加,未来PHEV的技术发展,也会变得更加环保吗?值得我们关注。

第五,增程式(REEV)是否真的低排放?理想汽车靠一款增程式获得了比较大的销量,与此同时,也有跨国车企提出,增程是过时的技术,不符合减碳方向,因为它仍然是通过化石燃料的燃烧来发电,这样根本没有必要。理想为此回应:可以用产品PK一下——进行节能环保的测试。

第六个问题,纯电动汽车是否低碳,有的专家认为从全生命明周期来看——比如昨天还看到,有人在转发朋友圈,说电动汽车在增加碳排放——特斯拉也曾被新加坡列入污染的范畴,纯电动汽车是否低碳也是大家争议的一个点。

第七个问题,动力电池减碳哪家更强?新能源汽车中动力电池生产过程中的碳排放比较高,对不同材料、不同结构、不同体系和不同工艺的电池,可能碳排放都存在着不同。比如百人会的研究认为,811电池生产过程的碳排放,是磷酸铁锂电池的1.5倍,是否真的如此?,本田、日产都提出未来几年都会量产全固态电池,全固态电池的碳排放究竟是多少?另外,电池拆解和回收究竟是增加了碳排放,还是由于稀有资料的回收会产生30%的减碳效果,这都是值得探讨的问题。

第八个问题,燃料电池汽车真的是终极脱碳技术路线之一吗?我们的研究显示,制氢的方式决定了燃料电池汽车是否低碳。如果仍然是煤制氢,会产生20-30公斤碳排放的话,燃料电池汽车的碳排放从全生命周期来看,要比燃油车高,但是如果我们用风电、光伏发电制氢的话,就会显然低于燃油车。行业认为2030年后,FCEV保有量会达到100万辆,这100万辆主要是在商用车,还是乘用车也有一定的份额?这可能也是重点关注的一个技术路线。

第九个问题,天然气汽车在双碳背景下,是否值得推广?国家的碳达峰方案提出鼓励车船使用液化天然气,但世界资源研究所的研究显示,天然气货车二氧化碳的排放虽然比柴油货车低20%,但是增加的甲烷排放把减碳的效果抵消掉了。是否真的如此,也值得深入研究。

第十个问题,生物燃料和合成燃料,日本叫碳中和燃料,它们是传统燃油车脱碳的必由之路吗?一方面,有的专家提出来,碳中和燃料和燃油相比,它的减排潜力比较大,但是国际清洁交通委员会ICCT研究说不同的生物燃料并不一样。右边的图中间的线是传统的化石燃料碳排放,我们会看到红圈内的三个比传统的化石燃料碳排放还高,但是右边的两个生物燃料要显著低,甚至还有合成燃料是负碳。所以不同的生物燃料或者合成燃料,可能也要进行细分后深入地研究,而不能一概而论,这也是行业值得深入研究的。

在看这十大技术路线何去何从的时候,我个人认为,单独站在汽车行业,并不一定能够看清,为此我们必须跳出汽车行业,站在更大的视角才能看得更加清晰。第一个视角是从能源的视角,碳达峰碳中和下,我们在研究汽车产品技术路线的选择,看起来我们是在探讨汽车的技术路线,实际上我们是在研讨车用能源的转型问题。

以前汽车用油为主,将来用什么?车用能源的转型和国家的能源转型一样,首要的是考虑能源安全。习总书记在胜利油田明确指出,能源的饭碗必须端在自己的手里。所谓能源安全,我认为可能就是在能源转型的过程中,能源的饭碗必须端在自己的手里,俄乌冲突,德国还重启燃煤电厂,可能就是能源的饭碗没有端在自己手里,所以不得不走回头路。中国在这个转型过程当中,一定要注意先后的顺序。一方面,从国际政治的视角来看和传统的化石能源相比,中国所用的太阳能和风能不容易受到国际政治的冲击,相对更加安全。但是我们现在能源的结构,生态环境部司长文章的数据,大概是56%一次能源中依靠煤炭等化石燃料的结构——这些传统能源的退出,未来要转向新能源,必须建立在新能源安全可靠的替代基础上。也就是说我们要先立后破,先把新能源安全可靠之后再转,而不是说先破后立,先把传统能源抛弃了,然后再去向新能源转,这条路是不行的。

左图中,从GDP视角来看,中国是GDP大国,同时也是汽车消费大国,中国的汽车市场占全球的30%。它可能和小国有不一样的战略选择,比如欧洲、非洲的一个小国可能仅相当于中国的一个省,小国可以把鸡蛋放在一个篮子里,可以依靠一种能源。但是中国作为大国,应该选择能源多元化,也就是说,把鸡蛋放在几个篮子里,选择不同的能源来分散风险。能源多元化,需要多元化的汽车产品相适应。这是第一个,从能源的视角来看需要多元化的汽车技术路线。

第二个跳出汽车的视角,我们从技术视角。无论是内燃机汽车还是电动汽车,未来的技术进步都存在着较大的不确定性,面向碳中和有40年——过去的10年,我们无法预测到电池技术的进步幅度如此之快,但是未来40年,我们也无法预测电池技术还是内燃机技术等等不同的技术进步幅度,也许会有颠覆技术的产生,同时也会在一段时间内有技术停滞的风险。在我们无法看清楚技术演进趋势的情况下,还应该坚持技术中性的原则。

所谓技术中性,就是通过设定低碳发展的目标,允许各类符合低碳目标的技术路线竞相发展,相互竞争,共同发展。

第三个跳出汽车的视角,是市场的视角来看。在2019年,行业对新能源汽车比较悲观,我们对2035年规划研究过程当中新能源汽车市场占比的预测,认为2025年到20%已经差不多了,之前改过25%,但认为有一定的挑战性,最终选择了20%左右。近两年新能源汽车发展比较迅猛,现在我们看又觉得这个占比太低了,实际上无论是专家,还是企业,对市场都无法精准预测。

1990年加州空气资源委员会ARB提出了1998年零排放汽车2%的零排放目标,后来也发现无法达到,大概在1996年就放水,把混合动力也放进去了。我认为,可能对未来的可再生电力市场,还是新能源市场的占比,都是无法预测的,为此我们研究人员有一个技巧,就是设置中观、乐观、悲观的场景。但是在政策,或者变成法规的时候,我们能提这样的三个场景目标吗?是不可能的。

第四个视角,从政策的视角,我们都在说新能源汽车已经从政策驱动向市场驱动转变。什么是政策驱动向市场驱动转变?简而言之就是淡化政策的作用,而不是对政策形成更强的依赖。但是我发现有的行业人员建议,一方面建议要更加推动政策驱动向市场驱动转变,另一方面,呼吁出台更多更强的政策,这有点奇怪。

第五个视角,技术路线的选择问题,我觉得企业的选择不等于国家的选择。一个国家有若干企业,比如在工信部有资质的汽车整车企业大概有230多家,这200多家企业可以选择单一的技术路线,也可以选择多技术路线,但是作为国家,可能是若干企业选择的技术路线之和,它不可能把某一家企业的技术路线就作为国家的技术路线。

基于以上的五个跳出汽车看技术路线的视角,我对碳中和下汽车技术路线选择有7个初步的认识。

首先,纯电动汽车是最重要的低碳技术路线。因为在IPCC的国家温室气体清单当中,汽车的碳排放最大的就是交通环节,我们测算一年可能有9亿吨左右。纯电动汽车在交通环节就是视为零,就是行驶阶段零排放。另外我们从全生命周期角度,一辆纯电动乘车跑15年来看,和内燃机汽车相比,减碳就是40%。这两个维度来看,毫无疑问,纯电动汽车是最重要的低碳技术路线。

第二,我们题目提到近策和远景,近,我认为是面向碳达峰2030年,从全生命周期的视角来看,混合动力和PHEV虽然减碳效益没有纯电动的40%那么大,但是和内燃机汽车相比仍然有23%和30%的减碳效果。为此,面向碳达峰,HEV和PHEV也是重要的技术路线,它具有较好的减碳效果。

第三,远期,面向碳中和。零碳燃料和内燃机也是重要的技术路线之一,黄震院士提出,内燃机是否排碳,取决于它的燃料。零碳燃料怎么回事呢?把空气中的二氧化碳捕捉,用清洁的电力制备生产为燃料供汽车使用,这样它相当于把空气中的二氧化碳捕捉之后,通过燃烧又放出来,实际上并没有人为增加碳排放,也可以称之为零碳动力。由于零碳燃料的数据相对比较缺乏,我们用现行的生物燃料如乙醇玉米来和汽油车比较一下,这个应该是低碳燃料。选取的是一辆轻型货车,无论是生物乙醇还是传统的汽柴油,它的使用环节碳排放可能是差不多的。从车辆周期来看,因为还是那个车,车辆周期它的原材料、生产制造我们视为一致,它们的差异主要在燃料周期,生物乙醇在燃料的生产环节有一定的负碳效应。而车辆周期的碳排放和燃料使用阶段的碳排放两类车辆可能差别不大,所以主要是在燃料生产环节的负碳效应,导致生物乙醇车辆相比汽油车减碳效果更大,从全生命周期来看,比汽油车有40%的减碳效果。未来技术的发展,也可能有更低碳的燃料甚至零碳燃料,会在生产环节产生更大的负碳效应,导致它在车上使用后全生命周期碳排放,也可以和纯电动汽车媲美。

第四,我认为面向碳中和汽车产品或存在4种技术路线竞相发展。左边是燃烧化石燃料的内燃机汽车,是高碳的车辆,如果仍然用传统的化石燃料,它可以运用混合动力的技术来降低碳排放,未来,它会用低碳的燃料,甚至使用零碳的燃料,未来它也会是实现零碳动力的汽车。如果是PHEV,一部分用油一部分用电,未来用低碳、甚至零碳的燃料和电力,也能实现零碳汽车。如果车用能源全部切换为电力驱动,纯电动汽车未来应用低碳电力、零碳电力,也能实现零碳汽车。氢燃料电池汽车用蓝氢、绿氢最终也能够实现。目前这4种技术还在互相竞争、共同发展。未来哪种技术占市场份额大头,可能取决于谁的低碳效应更大,谁的成本更低,它就能够获得更多的市场份额。

第五,对纯电动汽车,我认为纯电动汽车的电池容量(或者是电池能量)和续驶里程应该适可而止。带电量为46千瓦时的乘用车大概续驶里程是400公里,电池在生产环节就会产生4.4吨的碳排放,如果是跑1000公里的纯电动装的电池会翻倍,可能接近10吨的碳排放。而内燃机汽车全生命周期也就20多吨的碳排放。由此可见,我们一味增加电池,一味扩大纯电续驶里程,从碳排放的角度来说是不合适的。

第六,新能源汽车和传统的内燃机汽车一样,燃油车在引进国内的时候会在原来的基础上加长,推出适应中国市场的加长版——新能源汽车现在也有一个不好的倾向,就是以大为美,我们的车有多长,有多重,2021年乘用车的整备质量达到1510公斤,比之前多了200多公斤。我们的数据分析显示,小型化可显著降低全生命周期的碳排放,宏光mini ev比秦EV要降低37%的碳排放。为此,从碳排放的角度来看,不建议车企一味地增加车长、车重,大型的纯电动汽车就不要说自己是一个低碳的车辆了。

第七,新能源汽车的发展,我认为之前可能是一个野蛮的生长,未来也应该关注能效等核心技术指标的提升。“无技术不进步”,如果技术评价指标缺失,我们根本无法知晓行业的技术究竟是进步还是在后退。2021年,乘用车行业平均油耗是百公里5.1L,2025年的标准是百公里4.6L。从2005年开始,中汽中心标准所协助相关的部委出台强制性的油耗法规,分阶段实施后在推动行业技术进步还是起了很显著的作用。纯电动汽车也一样需要关注能效等指标。2021年纯电动乘用车百公里电耗是12.24kWh,2025年是12度,2030年是多少?我认为仍然是值得深入研究,并且需要引导行业不断降低碳排放。就算新能源汽车用的全部是可再生的风能和光能,节能仍是很重要的工作。

最后有一个很小的期望,我期望无论是做电池的,还是做内燃机的、氢燃料的等等,在讨论技术路线的过程中,希望能以低碳为统一的尺度,以开放的心态,客观评价不同技术路线的碳排放水平,选择适合自己的技术路线。

我们为了做好汽车双碳研究工作,也是以开放的心态,邀请行业的不同专家,包括院士来共同探讨“双碳”汽车技术路线的“大咖谈”,感兴趣的可以关注我们的“汽车碳中和”公众号,微信号是CATARC_neutral,已经有20多位专家发表了他们对技术路线的看法。我们的专家也是一个开放的心态,20多位专家可能都有各自不同的观点,但是大家仍然是心平气和地一起来探讨、发表自己的观点,同时也允许、听取不同视角或者不同技术路线的专家的意见,补充自己的认知。现在的专家有汽车的专家、也有能源的专家,也希望更多的专家加入我们的双碳汽车技术路线大咖谈,以共同推动汽车产品技术的进步。我的分享就到这里,一孔之见,不正确之处,请大家多多包涵、不吝指正。谢谢各位! 

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