一项由斯坦福大学能源建模论坛（EMF） 组织的交通能源模型比较研究（EMF-37）最新成果表明，交通运输部门在实现美国2050年全社会净零排放目标中具有至关重要的作用。该研究题为《Transportation in Net-Zero Emissions Futures: Insights from the EMF-37 Model Intercomparison Study》，已于2025年发表在《能源与气候变化》（Energy and Climate Change）期刊上（DOI: https://doi.org/10.1016/j.egycc.2025.100211）。
研究由来自美国国家可再生能源实验室（NREL）、电力研究院（EPRI）、美国环保署（EPA）、田纳西大学（UTK）、美国能源部（DOE）、华南理工大学（SCUT）、太平洋西北国家实验室（PNNL）、斯坦福大学、加拿大蒙特利尔高等商学院（HEC Montréal）、韩国科学技术院（KAIST） 等17家来自美国、中国、韩国、加拿大的研究机构、30余位专家学者共同完成。其中华南理工大学TRANS课题组的欧士琪教授为合作作者之一。该研究整合了12个不同经济-能源-环境模型的模拟结果，系统分析了多种净零路径下交通运输部门的减排潜力、能源结构转型和政策干预效果。
一、研究背景与紧迫性
交通运输是美国最大的二氧化碳排放源，占总排放量的35%。尽管2020年疫情期间排放短暂下降，但随着经济复苏，交通排放已恢复至接近疫情前水平。实现2050净零目标，要求该行业在三十年内完成深度脱碳，但其复杂性在于涉及多种交通工具、能源基础设施和行为模式，尤其是航空、海运等“难减排”领域缺乏成熟替代技术。
图 1. 美国环境保护署（EPA）报告的 2019 年各子部门交通相关二氧化碳排放量（左柱）与 7 个 TSG 模型估算的排放量对比。右侧箱线图展示了所有模型（包括未报告子部门分类数据的模型）的交通排放总量。“非公路交通” 和 “其他” 子部门未纳入统计（“其他” 子部门包含管道运输、军用运输及润滑油相关排放）
二、核心发现：交通脱碳路径与不确定性
- 技术替代是主导减排策略
所有模型一致表明，乘用车部门将主要通过电动化实现脱碳。到2050年，电动汽车在乘用车部门中的普及将成为减排主要推动力。电力在交通终端能源中的占比将从目前的不足1%显著提升，部分模型甚至预测电力将超过石油成为主要能源。
图 2. 三种情景下美国全经济领域二氧化碳排放量按部门划分2020年起年度减排量。为保证模型间一致性，未来各年份的减排量均相对于各模型报告的2020年排放量进行计算。CDR = 二氧化碳移除（包括土地利用、土地利用变化和林业（LULUCF）、碳捕集与封存（CCS）生物能源以及直接空气捕集）
- 生物燃料和氢能将发挥辅助但关键作用
重型卡车、航空和海运难以完全依靠电力，因此生物燃料和氢能成为重要补充。尤其是在航空领域，可持续航空燃料（SAF）被多数模型视为最主要的脱碳路径。
图 3. TSG 模型三种情景下交通部门按燃料类型划分的年度终端能源消耗量。注：MA3T模型因仅报告公路能源消耗量而未被纳入统计
图 4. 净零情景下交通部门按年份、燃料类型及出行方式划分的年度终端能源消耗量
- 残余排放仍依赖碳移除技术
即使采用最先进的技术和政策组合，几乎所有模型都显示2050年交通部门仍存在残余排放。因此，碳捕集与封存（BECCS）、直接空气捕集（DAC）及土地利用碳汇（LULUCF）等技术将是实现“净零”不可或缺的手段。
图 5. TSG “全先进” 情景下，报告子部门数据的 TSG 模型在不同时期的各子部门排放量。“非公路交通”及“其他”子部门未纳入统计。本图未纳入 GCAM-USA 模型，转而采用其内容更全面的对应版本；其余未显示的 TSG 模型均未报告各子部门排放量
- 行为转变与模式转换作用有限
尽管学界长期呼吁通过公共交通、非机动出行等方式减少交通需求，但多数经济系统模型显示，这类行为改变在国家级减排中的贡献较为有限。这可能与模型结构未能充分捕捉微观行为变化有关，也反映出美国高度依赖私人汽车的现状。
图 6. 5 个报告数据的TSG模型按出行方式划分的交通服务需求量。1个非TSG报告模型（US-REGEN 模型）报告了基准情景下的交通服务需求量，已将其纳入本图统计。
三、模型间差异揭示重大不确定性
各模型在减排幅度、能源结构转型、特别是航空和海运领域的脱碳路径上存在显著差异。例如：
- 在“全先进”情景（TSG All Advanced）中，2050年交通部门化石燃料使用量的预测范围从0.03 EJ至15 EJ不等；
- 航空需求增长预测从-30%到+68%，极大影响最终排放结果；
- 氢能在铁路和非道路机械中可能发挥较大作用，但在客运车辆中几乎无足轻重。
四、政策与技术建议
文章指出，单一政策或技术无法实现交通脱碳，必须采取多层次策略：
- 强化电动车辆推广政策，包括充电设施建设、购车激励和电网灵活性管理；
- 加快氢能和生物燃料研发与基础设施布局，尤其针对航空、海运和重卡；
- 引入碳定价机制，提高化石燃料成本，推动清洁技术竞争力；
- 加强交通与电力系统协同规划，以应对电动化带来的电力需求激增；
- 推动城市与交通规划改革，鼓励公交导向发展（TOD）和共享出行模式。
五、作者机构与合作背景
本研究的作者团队涵盖多家国际权威机构，包括：
- 美国国家可再生能源实验室（NREL）：在可再生能源技术和系统建模方面处于全球领先地位；
- 美国环保署（EPA）：负责美国温室气体清单和气候政策评估；
- 太平洋西北国家实验室（PNNL）：在能源系统和气候建模方面具有深厚积累；
- 电力研究院（EPRI）：长期支持电力部门低碳转型研究；
- 斯坦福大学：作为EMF的发起方，在能源经济建模领域具有广泛影响力；
- 华南理工大学（SCUT）：负责美国乘用车市场的技术渗透及产业政策评估，并提过国际研究视角。
- 加拿大蒙特利尔高等商学院（HEC Montréal）和 韩国科学技术院（KAIST）则带来了国际视角和跨区域建模经验。
这种跨机构、多模型的合作模式，增强了研究结论的鲁棒性和政策参考价值。
结语
该研究不仅明确了交通运输在实现美国净零目标中的核心地位，也揭示了当前模型在表征行为变化、新兴技术和跨部门耦合方面的局限。作者呼吁加强政策干预、技术创新和模型改进，以应对未来三十年交通脱碳的艰巨挑战。
DOI: https://doi.org/10.1016/j.egycc.2025.100211
初稿：欧士琪、石兰馨
终审：欧士琪