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机动车温室气体排放控制（一）认识机动车温室气体

2021-12-22 00:31:43·  来源：国际清洁交通委员会北京代表处  
　
在碳达峰和碳中和的全球愿景下，国际清洁交通委员会（ICCT）为支持交通领域温室气体减排开展了许多工作，包括国家自主贡献亚洲交通减排倡议（NDC-TIA）项目、零
在碳达峰和碳中和的全球愿景下，国际清洁交通委员会（ICCT）为支持交通领域温室气体减排开展了许多工作，包括国家自主贡献亚洲交通减排倡议（NDC-TIA）项目、零排放汽车项目、能效以及低碳化项目等。在此基础上，ICCT将在近期推出【机动车温室气体排放控制】系列短文，为您介绍国际和国内，轻型车和重型车温室气体排放政策法规、管理措施、技术经验等内容。今天将为大家带来本系列的第一篇，介绍什么是机动车温室气体排放。
什么是机动车温室气体排放？
你是否有过类似的疑问，什么是机动车温室气体排放？他们从何而来？我们又为什么需要减排，以及如何减排？
什么是机动车温室气体排放?
当我们谈到机动车温室气体排放时，我们不单单指因燃料燃烧而从尾气管排出的二氧化碳，而是在机动车全生命中的各个过程中所有能导致温室效应的排放。在深入认识机动车温室气体排放之前，必须明确一些概念：
关于生命周期
全生命周期：产品的全生命周期指其从自然界或自然资源中获取原材料，直至最终处置的过程。一般讲这个过程描述为“从摇篮到坟墓”。一辆机动车的生命周期中一般包括燃料周期和材料周期两部分，详见图1。
燃料周期：汽车燃料周期就是通常所说的“从油井到车轮”的过程，包括了上游（“从油井到油泵”，WTP）和下游（“从油泵到车轮”，PTW）两个阶段。上游包括了一次能源的开采、运输和存储，和燃料的生产、运输、分配、存储等阶段；下游为汽车运行中的燃料消耗阶段。
材料周期：汽车材料周期涵盖原材料的开采与运输、车用材料的生产与加工、整车及零部件制造、使用阶段的零部件替换以及车辆报废回收等过程。
图1 车辆全生命周期示意
关于温室气体
温室气体(GHG)：温室气体指任何会吸收和释放红外线辐射并存在大气中的气体。根据《京都议定书》，温室气体包括：二氧化碳、臭氧、氧化亚氮、甲烷、氢氟氯碳化物类（CFCs，HFCs，HCFCs）、全氟碳化物及六氟化硫等。
全球增温效应（GWP）：全球变暖潜能值表示这些气体在不同时间内在大气中保持综合影响及其吸收外逸热红外辐射的相对作用，可以用来评价每种温室气体对温室效应的影响比重，同样能够评价温室气体在未来一定时间的破坏能力。IPCC给出了不同温室气体在20年、100年和500年的GWP值，通常以100年尺度衡量。一些典型温室气体的停留时间和GWP-100年值详见表1：
表1《IPCC第五次评估报告》部分温室气体GWP-100值
辐射强迫：辐射强迫其实就是地球辐射能量收支的变化。除气态的温室气体外，气溶胶和一些固态物质等都会产生温室效应并导致气候变化。由于这些强迫因子的寿命较短，且种类多样，因此一般选择从辐射强迫的角度而非浓度的角度来讨论它们对气候的影响。正强迫，例如由于温室气体的增加，倾向于使系统变暖，而负强迫则代表冷却效应。
图2 各类物质对大气层辐射强迫的贡献值
(图表来自IPCC《AR5》报告，原始研究为Myhre G., D. Shindell, F.-M. Brèon, et al., Anthropogenic and natural radiative forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. 2014)
二氧化碳当量:由于除了CO2以外，所有的温室气体、短期的气体污染物和气候强迫因子排放（如交通领域的黑碳排放）都具有各自不同的全球变暖效应，因此为了便于比对，引入了二氧化碳当量概念描述不同排放影响等同于多少CO2排放影响。
为什么温室气体排放问题迫在眉睫？
国家地理频道（国际）(National Geographic Channels International, NGCI) 在2008年发布的纪录片《改变世界的六度》中指出，每一度全球平均温度的上升都将带来不可挽回的灾难。而据中国气象局编制的《中国气候变化蓝皮书（2021）》全球变暖的趋势仍在继续，2020年全球平均温度较工业化前水平（1850~1900年平均值）高出了1.2℃。
以我国为例，中国是全球气候变化的敏感区和影响显著区，1951年~2020年中国地表年均气温以0.26℃/年的速度升高。这期间，我国区域降水量差异不断增大，高温、强降水等极端事件明显增加，都是气候风险水平趋于上升的表现。
因此，《巴黎协议》设定了控制本世纪全球变暖幅度“远低于” 2°C 的目标，而联合国气候变化框架公约进一步提出了要控制温度升幅1.5°C的目标。而控温目标的实现需要所有领域达成巨大的减排目标。而在这其中，交通运输领域，尤其是机动车贡献了庞大的温室气体排放，任务十分艰巨！
机动车温室气体排放几何？
我们先从宏观角度了解一下交通部门的排放总量。交通部门贡献了全球约1/4的人为CO2排放。2015年，全球交通领域的碳排放达到了惊人的109亿吨二氧化碳当量。同时，ICCT预测当前（大致在2019-2022年间）全球交通领域的二氧化碳当量排放将增长至119亿吨。图2中展示美国2019年及欧盟2018年的温室气体排放清单结果，美国(USEPA，2019年)和欧盟（EC,2018年）的交通运输部门均贡献了29%温室气体排放.中国发布的《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》显示2014年交通运输部门的温室气体排放约占8%，尚未有更新的数据公布。
进一步来看图2中展示的交通部门内部碳排放分布，可以发现美国和欧盟道路机动车分别贡献总交通部门排放的82%和69%，可谓 “冠绝”全场（非道路交通包括铁路、船舶、航空等）。同时我们希望强调，虽然重型车的占比略低于轻型车，但是要知道在整体车队保有量中，重型车远远低于轻型车。比如，在中国，重型车保有量只占道路机动车的10.9%，却贡献了高达83.5%的氮氧化物排放及90.1%的颗粒物排放，温室气体排放也占到了全部道路交通的46.9%，因此重型车相对排放是非常高的。其中颗粒物，包括黑碳（图3中未包括）的排放也会带来极高的短期增温效应以及严重的空气污染，对气候、环境以及公众健康造成巨大的影响。
图3 2020年交通领域不同模式的“从油井到车轮” CO2排放量占比
最后，让我们聚焦于车辆个体，温室气体排放究竟从何而来？所有人第一时间想到的可能都是机动车行驶过程中燃料燃烧会产生大量CO2排放，而这部分确实也是机动车碳排放最主要的部分。通常情况下，机动车燃烧1L汽油排放约2.3kg CO2，柴油则为2.7kg。这里为了更具体一点，一辆典型小客车全年因燃油排放CO2约为4.6吨（假设实际油耗为10L/100km，年均行驶里程为20000km）。其实，机动车在行驶过程中还会非二氧化碳温室气体和气候污染物，包括燃油燃烧的尾气CH4，N2O，黑炭、天然气车辆在燃料加注和运输、车辆使用过程中泄露的CH4，车用空调泄漏的氢氟碳化合物（一般为HFC-134a、R-410A）等。
而在车辆行驶过程之外，车辆生产、运输和分配燃料等过程中同样会产生温室气体排放。比如，汽油要经过油田开采原油、原油运输至炼油厂，炼油厂精炼为汽油，最终运输至各个加油站等过程，而这其中每个过程都会产生额外的温室气体排放。因此，即使你驾驶的是完全么有尾气排放或只有水排放的电动车或者燃料电池车，他们同样会在发电或者制氢，输电或输氢的时候产生温室气体排放。但在多数情况下，纯电车和燃料电池车的整体排放会比传统燃油车低很多。
结语
残酷的现实是，我们还有大概15年的时间来实现CO2排放减半，还有大概30年的时间来实现净零排放，只有这样才有可能将全球变暖的幅度控制在1.5摄氏度以下。并且我们必须在全球交通总量增至目前3倍的情况下实现上述减排目标。但是ICCT确信，这一目标是可以通过有效的机动车排放控制政策措施、能效和减排技术进步等方法实现的。下一期我们将为您解答如何控制机动车温室气体排放，以达成我们的目标。
参考文献
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. 生态环境部，《机动车环境管理年报》
10.《中国气候变化蓝皮书（2021）》
11.《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》
12. National Geographic, Six Degree Could Change the World, 2008.

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