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機動車溫室氣體排放控制(一)認識機動車溫室氣體

2021-12-22 00:31:43·  來源:國際清潔交通委員會北京代表處  
 
在碳達峰和碳中和的全球愿景下,國際清潔交通委員會(ICCT)為支持交通領(lǐng)域溫室氣體減排開展了許多工作,包括國家自主貢獻亞洲交通減排倡議(NDC-TIA)項目、零
在碳達峰和碳中和的全球愿景下,國際清潔交通委員會(ICCT)為支持交通領(lǐng)域溫室氣體減排開展了許多工作,包括國家自主貢獻亞洲交通減排倡議(NDC-TIA)項目、零排放汽車項目、能效以及低碳化項目等。在此基礎(chǔ)上,ICCT將在近期推出【機動車溫室氣體排放控制】系列短文,為您介紹國際和國內(nèi),輕型車和重型車溫室氣體排放政策法規(guī)、管理措施、技術(shù)經(jīng)驗等內(nèi)容。今天將為大家?guī)肀鞠盗械牡谝黄?,介紹什么是機動車溫室氣體排放。
什么是機動車溫室氣體排放?
你是否有過類似的疑問,什么是機動車溫室氣體排放?他們從何而來?我們又為什么需要減排,以及如何減排?
什么是機動車溫室氣體排放?
當我們談到機動車溫室氣體排放時,我們不單單指因燃料燃燒而從尾氣管排出的二氧化碳,而是在機動車全生命中的各個過程中所有能導(dǎo)致溫室效應(yīng)的排放。在深入認識機動車溫室氣體排放之前,必須明確一些概念:
關(guān)于生命周期
全生命周期:產(chǎn)品的全生命周期指其從自然界或自然資源中獲取原材料,直至最終處置的過程。一般講這個過程描述為“從搖籃到墳?zāi)埂?。一輛機動車的生命周期中一般包括燃料周期和材料周期兩部分,詳見圖1。
燃料周期:汽車燃料周期就是通常所說的“從油井到車輪”的過程,包括了上游(“從油井到油泵”,WTP)和下游(“從油泵到車輪”,PTW)兩個階段。上游包括了一次能源的開采、運輸和存儲,和燃料的生產(chǎn)、運輸、分配、存儲等階段;下游為汽車運行中的燃料消耗階段。
材料周期:汽車材料周期涵蓋原材料的開采與運輸、車用材料的生產(chǎn)與加工、整車及零部件制造、使用階段的零部件替換以及車輛報廢回收等過程。
圖1 車輛全生命周期示意
關(guān)于溫室氣體
溫室氣體(GHG):溫室氣體指任何會吸收和釋放紅外線輻射并存在大氣中的氣體。根據(jù)《京都議定書》,溫室氣體包括:二氧化碳、臭氧、氧化亞氮、甲烷、氫氟氯碳化物類(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物及六氟化硫等。
全球增溫效應(yīng)(GWP):全球變暖潛能值表示這些氣體在不同時間內(nèi)在大氣中保持綜合影響及其吸收外逸熱紅外輻射的相對作用,可以用來評價每種溫室氣體對溫室效應(yīng)的影響比重,同樣能夠評價溫室氣體在未來一定時間的破壞能力。IPCC給出了不同溫室氣體在20年、100年和500年的GWP值,通常以100年尺度衡量。一些典型溫室氣體的停留時間和GWP-100年值詳見表1:
表1《IPCC第五次評估報告》部分溫室氣體GWP-100值
輻射強迫:輻射強迫其實就是地球輻射能量收支的變化。除氣態(tài)的溫室氣體外,氣溶膠和一些固態(tài)物質(zhì)等都會產(chǎn)生溫室效應(yīng)并導(dǎo)致氣候變化。由于這些強迫因子的壽命較短,且種類多樣,因此一般選擇從輻射強迫的角度而非濃度的角度來討論它們對氣候的影響。正強迫,例如由于溫室氣體的增加,傾向于使系統(tǒng)變暖,而負強迫則代表冷卻效應(yīng)。
圖2 各類物質(zhì)對大氣層輻射強迫的貢獻值
(圖表來自IPCC《AR5》報告,原始研究為Myhre G., D. Shindell, F.-M. Brèon, et al., Anthropogenic and natural radiative forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. 2014)
二氧化碳當量:由于除了CO2以外,所有的溫室氣體、短期的氣體污染物和氣候強迫因子排放(如交通領(lǐng)域的黑碳排放)都具有各自不同的全球變暖效應(yīng),因此為了便于比對,引入了二氧化碳當量概念描述不同排放影響等同于多少CO2排放影響。
為什么溫室氣體排放問題迫在眉睫?
國家地理頻道(國際)(National Geographic Channels International, NGCI) 在2008年發(fā)布的紀錄片《改變世界的六度》中指出,每一度全球平均溫度的上升都將帶來不可挽回的災(zāi)難。而據(jù)中國氣象局編制的《中國氣候變化藍皮書(2021)》全球變暖的趨勢仍在繼續(xù),2020年全球平均溫度較工業(yè)化前水平(1850~1900年平均值)高出了1.2℃。
以我國為例,中國是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū),1951年~2020年中國地表年均氣溫以0.26℃/年的速度升高。這期間,我國區(qū)域降水量差異不斷增大,高溫、強降水等極端事件明顯增加,都是氣候風險水平趨于上升的表現(xiàn)。
因此,《巴黎協(xié)議》設(shè)定了控制本世紀全球變暖幅度“遠低于” 2°C 的目標,而聯(lián)合國氣候變化框架公約進一步提出了要控制溫度升幅1.5°C的目標。而控溫目標的實現(xiàn)需要所有領(lǐng)域達成巨大的減排目標。而在這其中,交通運輸領(lǐng)域,尤其是機動車貢獻了龐大的溫室氣體排放,任務(wù)十分艱巨!
機動車溫室氣體排放幾何?
我們先從宏觀角度了解一下交通部門的排放總量。交通部門貢獻了全球約1/4的人為CO2排放。2015年,全球交通領(lǐng)域的碳排放達到了驚人的109億噸二氧化碳當量。同時,ICCT預(yù)測當前(大致在2019-2022年間)全球交通領(lǐng)域的二氧化碳當量排放將增長至119億噸。圖2中展示美國2019年及歐盟2018年的溫室氣體排放清單結(jié)果,美國(USEPA,2019年)和歐盟(EC,2018年)的交通運輸部門均貢獻了29%溫室氣體排放.中國發(fā)布的《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》顯示2014年交通運輸部門的溫室氣體排放約占8%,尚未有更新的數(shù)據(jù)公布。
進一步來看圖2中展示的交通部門內(nèi)部碳排放分布,可以發(fā)現(xiàn)美國和歐盟道路機動車分別貢獻總交通部門排放的82%和69%,可謂 “冠絕”全場(非道路交通包括鐵路、船舶、航空等)。同時我們希望強調(diào),雖然重型車的占比略低于輕型車,但是要知道在整體車隊保有量中,重型車遠遠低于輕型車。比如,在中國,重型車保有量只占道路機動車的10.9%,卻貢獻了高達83.5%的氮氧化物排放及90.1%的顆粒物排放,溫室氣體排放也占到了全部道路交通的46.9%,因此重型車相對排放是非常高的。其中顆粒物,包括黑碳(圖3中未包括)的排放也會帶來極高的短期增溫效應(yīng)以及嚴重的空氣污染,對氣候、環(huán)境以及公眾健康造成巨大的影響。
圖3 2020年交通領(lǐng)域不同模式的“從油井到車輪” CO2排放量占比
最后,讓我們聚焦于車輛個體,溫室氣體排放究竟從何而來?所有人第一時間想到的可能都是機動車行駛過程中燃料燃燒會產(chǎn)生大量CO2排放,而這部分確實也是機動車碳排放最主要的部分。通常情況下,機動車燃燒1L汽油排放約2.3kg CO2,柴油則為2.7kg。這里為了更具體一點,一輛典型小客車全年因燃油排放CO2約為4.6噸(假設(shè)實際油耗為10L/100km,年均行駛里程為20000km)。其實,機動車在行駛過程中還會非二氧化碳溫室氣體和氣候污染物,包括燃油燃燒的尾氣CH4,N2O,黑炭、天然氣車輛在燃料加注和運輸、車輛使用過程中泄露的CH4,車用空調(diào)泄漏的氫氟碳化合物(一般為HFC-134a、R-410A)等。
而在車輛行駛過程之外,車輛生產(chǎn)、運輸和分配燃料等過程中同樣會產(chǎn)生溫室氣體排放。比如,汽油要經(jīng)過油田開采原油、原油運輸至煉油廠,煉油廠精煉為汽油,最終運輸至各個加油站等過程,而這其中每個過程都會產(chǎn)生額外的溫室氣體排放。因此,即使你駕駛的是完全么有尾氣排放或只有水排放的電動車或者燃料電池車,他們同樣會在發(fā)電或者制氫,輸電或輸氫的時候產(chǎn)生溫室氣體排放。但在多數(shù)情況下,純電車和燃料電池車的整體排放會比傳統(tǒng)燃油車低很多。
結(jié)語
殘酷的現(xiàn)實是,我們還有大概15年的時間來實現(xiàn)CO2排放減半,還有大概30年的時間來實現(xiàn)凈零排放,只有這樣才有可能將全球變暖的幅度控制在1.5攝氏度以下。并且我們必須在全球交通總量增至目前3倍的情況下實現(xiàn)上述減排目標。但是ICCT確信,這一目標是可以通過有效的機動車排放控制政策措施、能效和減排技術(shù)進步等方法實現(xiàn)的。下一期我們將為您解答如何控制機動車溫室氣體排放,以達成我們的目標。
參考文獻
1. T/CASE 93 – 2018, group standard on vehicle life cycle GHG emission inventory, SAE China.
2. GB/T 24040-2008, Environmental management – Life cycle assessment – Principles and frameworks.
3. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). 2014. Climate change 2014: Mitigation of climate change. Working Group III contribution to the IPCC Fifth Assessment Report (AR5). Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press.
4. ICCT, Vision 2050.
5. ICCT, Transport could burn up the EU’s entire carbon budget.
6. US EPA, GHG from a typical Passenger Vehicle.
7. U.S. EPA, Fast Facts on Transportation Greenhouse Gas Emissions.
8. EU GHG emission inventory.
9. 生態(tài)環(huán)境部,《機動車環(huán)境管理年報》
10.《中國氣候變化藍皮書(2021)》
11.《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》
12. National Geographic, Six Degree Could Change the World, 2008.

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