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德国如何使不断增长的货运部门实现绿色以实现气候目标

货运路线构成了现代经济的动脉。城市居民期望超市货架上的新鲜农产品不断供应,并能迅速将网上购物送货上门。准时交货对于陷入更加复杂的生产网络的公司至关重要。   


对于德国来说尤其如此。以其工业和出口能力而闻名的世界第四大经济体位于日益一体化的欧洲的中心。安全,快速和经济高效的货物运输对于维持其财富和经济强国的地位至关重要。每天有大量的原材料和工业组件通过复杂的公路,铁路,水路和机场网络进入该国。从汽车到机械和化学制品的“德国制造”产品销往全球市场。此外,看似无止境的卡车,火车,轮船和飞机流经该国,与其他9个国家接壤。


难怪德国的交通基础设施极为密集:它拥有约23万公里的公路(甚至不算城市街道),覆盖38,500公里的铁路网络和7,600公里的水路。


凭借精心设计的基础设施,能源转型先驱德国刚刚开始考虑货运将如何纳入其雄心勃勃的减排目标,这似乎令人感到惊讶。当然,还有很大的发展空间:尽管多年来,德国经济的其他部门,例如能源和工业,已经实现了可观的二氧化碳减排,但运输排放在过去25年中基本上保持不变。


决策者现在原则上同意运输部门需要改变路线。总理安格拉·默克尔(Angela Merkel )6月份在谈到德国的气候雄心时说: “我们最大的问题是交通。”


本届政府在其联合协议中重申了德国对《巴黎气候协议》运输目标的承诺。但自2018年3月上任以来,它几乎没有果断地引导该行业朝着更加气候友好的方向发展。恰恰相反:在涉及启动过渡的具体步骤时(例如,推动制定更严格的欧盟汽车排放法规或引入蓝色标志以标识干净的柴油车),交通运输部一直在踩刹车。 


气候碰撞过程


公众讨论并没有使增长中的货运部门绿色化,而是转向了电动乘用车,这种趋势对中国标志性的汽车制造商宝马,戴姆勒和大众及其员工和供应商产生了影响。[ 宝马,戴姆勒和大众誓言要进行绿色交通革命的所有细节。


 可再生运输智囊团Agora Verkehrswende *的货运专家Urs Maier 告诉《清洁能源通讯》:“在德国,如何减少货运排放量的问题已被忽略,因为目前乘用车的未来更加紧迫。” “货运为减少排放量提供了巨大的潜力,但其增长率巨大,而且该行业脱碳的确切途径仍不清楚。”


它的快速增长将把货运无情地推向气候政策的风口浪尖。从1990年到2014年,公路,铁路,水上和空中的货运总量翻了一番,达到约6500亿吨公里,而二氧化碳排放量增长了60%,达到5900万吨。


德国如何使不断增长的货运部门实现绿色以实现气候目标(图1)

 1990-2017年德国温室气体排放趋势(按来源)。 数据-UBA,2018年。


德国运输部预测,到2030年,货运量将比2010年增长38%。但是到那时,德国希望将其总排放量与1990年的水平相比减少55%。为此,政府希望整个运输部门(包括客运和货运)在短短十年内将二氧化碳排放量至少减少40%。甚至许多绿色运输支持者都认为这是一个宏伟的目标。


但是,尽管在未来十年中清理货物运输已经被认为是一项艰巨的任务,但这仅仅是个开始:到2050年,如果德国要实现其官方目标,整个行业将必须“有效地实现温室气体中和”。联邦环境局(Federal Environmental Agency)的目标是将总排放量减少80%至95%。[CLEW档案能源转型和德国的运输部门对整个部门进行了概述。]


关于如何实现这些目标的细节仍然模糊不清,但是很明显,节能和全新的推进系统将是在货运量增加的同时减少排放的关键。


智库Agora Verkehrswende 认为: “鉴于这种增长,只有在最终能源需求大幅下降且化石燃料被风能,太阳能和可再生能源替代的情况下,货运才能实现脱碳。”


 1990-2014年德国货运量和CO2排放量。 


德国如何使不断增长的货运部门实现绿色以实现气候目标(图2)

资料来源-Agora Verkehrswende 2018。


该联邦环境局说,必须优先考虑到货运至铁路的“系统的转变,为Energiewende银行在后期化石设计和燃料[...]运输过渡必须齐头并进与能量转换。只有通过温室气体中性运输部门才能达到德国的气候保护目标。”


但是尽管设定了零碳货运部门的目的地,但德国仍然缺乏详细的路线图。对于所有货物运输方式(卡车,火车,轮船和飞机)都是如此。


清洁卡车-越重越棘手


迄今为止,货车和卡车是德国陆上最常见的货物运输方式,也是二氧化碳排放最密集的一种形式。卡车占货运量的71%,矮小的火车(占18%),轮船(占9%)和空运(占2%)。


因此,公路运输将成为减排的最重要重点。专家们同意采取两种方法:将尽可能多的货物转移到更清洁的运输方式上,例如铁路和长距离运输,以及小型电动汽车甚至城市中的自行车,同时将清洁的车辆上路。


广义上讲,清理公路运输的挑战随所涉及车辆的重量和范围而成倍增长。


城市物流的“最后一英里”,即从运输枢纽向居民和商店运送包裹,在很大程度上可以用现有的小型电动汽车甚至踏板动力来覆盖-德国有多个货运自行车试点项目。


电动汽车在城市送货方面正变得越来越流行-著名的是德国邮政的Streetscooter。汽车制造商拒绝了这个想法,但德国邮政 DHL集团选择购买一家初创公司来生产自己的电动送货车。令戴姆勒和大众感到惊讶和尴尬的是,这款车取得了令人瞩目的成功,如今在德国公路上已司空见惯。邮政也将车辆出售给第三方,由于需求旺盛,其年生产能力已提高至约20,000辆。


德国邮政 DHL集团表示,它是全球最大的邮件和物流公司,在全球范围内运营约92,000辆汽车。该公司希望通过清洁的上车和下车解决方案(例如自行车和电动车)来运营 “第一英里和最后一英里服务的70%”到2025年。该公司还致力于到2050年将所有与交通相关的排放量减少到零。


接到这次叫醒电话后,现有公司已开始提供其自己的运输车辆的电池电动版本,从较小的模型开始。例如,戴姆勒计划在2018年开始销售电动版“ Vito”厢式货车。


内燃机卡车仍然具有节省能源和减少排放的巨大潜力-例如,通过提高发动机效率,使车辆更轻,更符合空气动力学,或者通过更好的物流计划来避免空乘。戴姆勒说,卡车柴油发动机可以减少10%到20%的排放。


欧盟是全球唯一没有卡车排放法规的主要市场,但它目前正在计划效率目标,这可能会产生重大影响。但是,全新的推进技术对于将来真正减少排放必不可少。


德国汽车工业协会(VDA)表示: “从车辆技术措施到可再生燃料再到优化车辆操作,必须增强所有潜在的CO2减排源。”


首批配备替代发动机的卡车要大量驶入德国道路还需要一段时间。戴姆勒(Daimler)和大众汽车(MAN)目前正在争相将电动卡车推向市场,此前特斯拉(Tesla)于2017年末推出了电动“ Semi”。梅赛德斯汽车制造商的目标是开始生产其“ eActros”电池电动重型卡车2021年的续航里程为200公里。它还为美国市场推出了两种车型。


但是,在可预见的将来,电池将仍然太重,无法按通常所能行驶的距离为长途卡车供电。


戴姆勒表示,要达到与标准224升油箱的柴油驱动车型相同的功率范围,电动车型需要重达8吨的电池。这就是为什么仍不清楚明天的无排放卡车将如何供电的原因。现在的主要选择是电动卡车从主要路线上的架空线中汲取动力,或者使用风能和太阳能(“气转气”或“气转液”)运行的可再生燃料运行的内燃机。戴姆勒认为,由可再生氢驱动的发动机是最有前途的技术,但一直在原型和推广方面保持沉默。  


“针对无排放车辆的各种技术的激烈竞争将继续在公路货运中展开,在这种情况下,架空电线上行驶的卡车,使用汽油的发动机,燃料电池卡车,具有动力的液体和纯净的柴油卡车之间的竞赛电池卡车仍未定。”德国工业协会BDI说。“根据主要用例,似乎可能会建立几种技术和合适的组合。”


电动高速公路


为德国的高速公路配备类似于市区内有轨电车和铁路使用的架空电力线,可能使纳税人损失数十亿欧元,但同时也为工业带来了巨大的商机。


在试点项目之后,德国第一条卡车电子高速公路已开始建设。在2019年,五辆测试卡车将开始使用黑森州5公里长的高速公路。工程巨人西门子,达姆施塔特技术大学和五家运输公司参与了悬链线(架空电线)项目[请参见情况说明书德国西门子:Energiewende行业动荡的案例研究 ]


 在2019年,五辆测试卡车将开始在德国黑森州首条用于卡车的电子高速公路上使用高速公路5公里的部分。 图片-CLEW。

西门子运营的高架接触线电动卡车的测试站点。在2019年,五辆测试卡车将开始在德国黑森州首条用于卡车的电子高速公路上使用高速公路5公里的部分。图片-CLEW。


强大的行业协会BDI在其具有里程碑意义的2018年气候政策研究中指出,德国将需要尽快缩小本世纪中叶的气候目标,因为该决定将对实现这些目标的投资产生巨大影响,而不仅限于交通运输。到目前为止,德国政府仅设定了目标走廊,目标是到2050年将温室气体排放量减少80-95%。


为了避免德国的气候保护“严重失败”,德国能源署(dena)负责人安德烈亚斯·库尔曼(Andreas Kuhlmann )最近建议迅速决定减排95%,因为此时此刻的政策决定都依赖于此。


在BDI 研究认为,德国应帮助其整个高速公路网共13000公里电动架空线卡车的情况下,它的目的是为减少80%的最繁忙的4000公里。根据BDI的数据,减少95%的排放量(德国目标范围的最大目标)将需要8,000公里的架空线。“按今天的情况来看,只有在部署接触网卡车的情况下,才能使大部分重型货运电气化才是现实的。尽管进行了必要的基础设施投资,但此选项目前仍是减少温室气体排放的最具成本效益的方法。”


但是行业协会也警告说,如此大的基础设施投资会带来风险,因为电池,燃料电池或合成燃料的技术进步可能会使这些选择的价格在未来更加便宜。它建议等待五到七年再做出最终决定。


悬链线系统可以节省大量能源,因为直接使用可再生能源,避免了合成燃料固有的转换损失。许多专家说,可能没有足够的可再生电力来为整个运输系统供电。


“ 交通部门的巨大能源消耗将需要产生额外的可再生电力以减少其二氧化碳排放,”智库Agora Verkehrswende的 Urs Maier说。“目前风能和太阳能容量的扩张速度-包括电网和存储系统的必要扩张-太慢了。”


根据德国能源署(dena)的说法,从长远来看,悬链线系统将减少数十亿欧元的合成燃料进口,并提供许多其他优势。混合式接触网卡车可以大大减少当地的环境排放。使用动力总成将避免发动机排气中的所有氮氧化物和细颗粒物,并且在低速时仅产生较小的噪音排放。”


但是该机构还指出了一个“鸡与蛋”的问题,需要公众的大力参与:一个接触网系统必须被许多卡车使用,并且只有在已经建立了广泛的网络的情况下才可以建立接触网。“相反,由燃料电池或液态天然气(LNG)供电的卡车,只要范围足够大,就已经可以经济地用于有限的加油站,” dena解释说。  


这个决定不太可能仅在柏林做出。德国作为欧洲中部的交通枢纽,这意味着该国必须与邻国合作-如果输电线在德国与其他9个国家的边界处终止,则悬链线系统根本不是可行的解决方案。


Agora Verkehrswende说: “尚不清楚将主导重型长途卡车运输的清洁能源推进方案。” “德国联邦政府和欧盟委员会必须在欧洲一级建立协调的推进系统。”


铁路运输–清洁但有限


每辆卡车运输一吨货物所产生的排放量是火车的四倍,而能源消耗则是火车的五倍,而德国电气化程度高的铁路系统已经可以用于长途货运。2016年,铁路运输约占德国货运的18%。


但是,尽管铁路被视为总体上减少排放的重要组成部分,但其在货运中的潜力还是有限的,尤其是在公路货运占主导地位的较短距离内。根据德国联邦环境署(UBA)的数据,在雄心勃勃的情况下,到2050年,铁路货运将占该国货运总量的30%。UBA表示,这代表了将货运转换为铁路的最大潜力,如果不与现有设施相比大幅增加容量(线路,枢纽,码头),就无法实现。尽管如此,仍有改进的空间。


德国最大的电力消费者之一德国铁路运营商德意志铁路公司(Deutsche Bahn)表示,自2018年初以来,其长途旅客列车完全由可再生电力提供动力,货运客户也可以选择使用绿色电力运输其货物。然而,据德意志铁路公司(Deutsche Bahn)的数据,2017年,可再生能源在铁路货运中的份额仅为27%。2017年,德意志铁路的电力结构中有 44%来自可再生能源,约三分之一来自煤炭,12%来自天然气,而13%来自核电。


德意志铁路公司(Deutsche Bahn)在2017年底决定到2030年将其温室气体排放量与2006年相比减少一半,并在2050年之前实现气候中和。子公司DB Schenker是第一家在不增加排放量的情况下在未来十年内实现增长的国际物流公司。根据碳披露项目CDP的数据,德国铁路已经是全球两个最气候友好的铁路运营商之一。


多年来,环保组织一直呼吁更好地利用德国的铁路,但到目前为止收效甚微。实际上,2011年至2016年间,铁路货运量下降了3%。


现在,许多运输专家看到了真正的变革机会,因为特定的运输气候目标增加了采取行动的压力,而数字化似乎提供了新的解决方案。


交通运输部在2017年提出了“ 铁路货运总体规划 ”,以增加火车货运。它承诺降低价格3.5亿欧元,并进一步投资基础设施,包括数字化和自动化,以增加网络容量,降低成本并提高效率。


这一点特别重要,因为当今的即时生产过程需要越来越小的有效负载,而传统上,铁路运输在长距离承运大负载方面表现出色。


Agora Verkehrswende说:“尽管采取了数十年的呼吁行动,但货运量仍未从公路转移到铁路的一个原因是不均衡的成本负担。”他指的是铁路费用和税金比柴油要高。


本届政府的联盟协议承诺到2025年使该网络的70%电气化,并采取进一步措施促进铁路运输。


为了减少不带电的不频繁火车线路的排放,德国计划在2021年之前使用世界上第一个氢燃料电池客运火车,取代柴油发动机-这种概念将来可用于货运火车。


航运和航空排在最后


到目前为止,由于重量和航程问题类似于阻碍重型卡车电气化的问题,货物清理工作几乎完全避开了运输和航空业,因为它们都不能使用电池供电的系统。


德国邮政 DHL在空运中也面临这个问题。该组织表示支持替代航空燃料,但补充说: “目前对这些燃料如何影响空中运营和环境知之甚少,排除了其大规模部署的可能性。”


根据BDI,合成燃料是碳中性运输和航空业的唯一选择。较小的飞机可以使用带有电池或燃料电池的混合动力发动机,但是在可预见的将来,它们不适用于较大的飞机。[有关详细信息,请阅读访谈无排放航空在技术上是可行的-DLR研究人员 ]


许多运输专家说,仅对税费进行大刀阔斧的改造,以使化石燃料变得更加昂贵,这将激励人们清理船只和飞机。但是这种措施目前不在政府的议程上。


“我们不会看到在减少航空运输或运输中的排放量方面取得真正的进展,” 拥有德国绿党的欧盟议员迈克尔•克莱默说,“直到消除了它们所拥有的税收优势,而铁路所没有的税收优势。目前,最脏的燃料正在得到回报。”


因此,通往气候中性货运系统的道路上仍然存在许多障碍。必要的技术正在可用,但是它们的大规模推广将取决于正确的策略。


“到2050年使德国的国内运输部门脱碳在技术上是可行的,”德国环境署(UBA)的马丁·道格拉斯(Martyn Douglas )说。“但是很难说这是现实的。尽管拥有可以实现的目标是很好的。”


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