从产业投资视角看航空公司碳中和路径_施喆闻.pdf

25 民航管理CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 nullnullnullnullnullnullnullnull 碳中和的背景 我国实现双碳目标面临时间短、碳排放降 幅大等一系列难题。根据 CEADs（中国碳核算 数据库）的统计，2018 年我国碳排放为 96.21 亿吨，从2013年左右开始，我国碳排放上升 速度已显著趋缓进入平台期，反映了我国工业 化水平已经具备实现双碳目标的基础。 我国每年大约排放二氧化碳中，发电端占 比约40～45%，工业与制造业碳排放占比约 25 ～ 35%，建筑部门占比 10 ～ 15%，交通 从产业投资视角 看航空公司碳中和路径 Airlines carbon neutrality path：From the perspective of industrial investment □ 东方航空产业投资有限公司 施喆闻 / 文 运输部门占比约7～9%。各部门实现减排的 规划有所不同，如电力部门主要通过清洁能源 替换，剩余通过 CCUS（碳捕集、封存和利用） 的方式实现碳中和；地面交通运输预期主要通 过新能源驱动的替代实现，航空业则预期通过 生物燃油和飞行器的清洁能源替代等技术进步 实现减排。 在实现双碳目标的过程中，各行业因不同 的减排路径，成本和技术突破进度时间将有所 不同，在 2021 ～ 2060 年的四十年中，各行业 基于其不同的减碳进度，会通过碳交易形成碳 资产和碳负债，通过供需匹配形成市场化的碳 编者按： 民航“十四五”规划对降低吨公里二氧化碳排放以及机场单位旅客能耗等指标数值提出了 明确要求。在双碳目标（2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和）的影响下，如何更好 地解决行业规模增速与绿色低碳发展之间的矛盾，是一个十分重要的话题。本期刊发的三篇专 题文章，作者从不同视角提出了分析和建议，供广大读者参看。 2022·1 26 民航管理 CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 Special subject 定价，这会极大改变碳配额行业的盈利与成本 结构，碳负债方需要额外付出成本给碳资产方。 世界银行2020年5月发布的《碳定价机制发 展现状与未来趋势 2020》报告指出，每吨二氧 化碳定价在2020年前至少需达到40～80美 元，在 2030 年前达到 50 ～ 100 美元。国际 能源署的可持续发展情景预测2030年碳价需 设立在每吨75美元到每吨100美元之间。参 考欧盟碳交易体系和价格，初期由于配额过于 宽松，导致了供过于求的问题，后期随着配额 逐步收紧和减排压力的提升，欧盟碳价于 2018 年进入了稳定上涨通道。 综合来看，在减排目标的驱动下，各行业 边际减排的成本不断上升，总配额不断降低， 供需关系会推动碳价格未来持续上升，意味着 碳资产方的收益和碳负债方的成本都会持续上 升，形成落后就要付出成本的局面，进而对各 行各业都形成深远的影响。 碳中和的进程推演 （一）早期碳资产：自然固碳和 CCUS 早期较低的碳价决定了成本最低、技术最 为成熟自然固碳和 CCUS 是最具有经济性的碳 资产。 1. 自然固碳成本低 中国科学院关于我国碳收支项目的研究显 示，我国目前地表碳储量相当于 363 亿吨二氧 化碳，基于不同的测算方式，每年固碳速率可 以实现 10 亿到 40 亿吨二氧化碳。自然固碳成 本低且固碳效果好，陆地通过林业种植固碳不 仅使作物具有一定经济性，生产方式成熟，还 可以通过核证减排获得林业碳汇在碳交易市场 上获取收益，当前成本远低于国内碳市场40 元/吨左右的价格，因而林业碳汇等自然固碳 产业是在双碳早期最先形成规模化碳资产的行 业，但自然固碳存在上限，可作为核证碳减排 的碳汇资产会成为较为稀缺的资源。 2. 工业固碳正加快规模化应用 应用CCUS，加快工业固碳进程。根据中 国生态环境部环境规划院发布的《中国二氧化 碳捕集利用与封存（CCUS）年度报告（2021）》 的测算，按照每吨碳捕集、运输和封存总成本 400元计算，CCUS当前成本较高。中国现在 每年约 100 亿吨的二氧化碳排放，若全部采用 CCUS 的情况下，总成本高达 4 万亿元，而承 担主要碳排放的中国能源企业和工业将面临沉 重的成本负担，CCUS 大规模应用的成本需要 进一步下降。 当前中国已投运或建设中的 CCUS 示范项 目总捕集能力约300万吨/年，据光大证券研 究测算，至 2060 年国内 CCUS 的规模约 10 亿到18.2亿吨/年，未来CCUS规模化还有 数百倍的增长空间。 CCUS虽然成本高于自然固碳，但CCUS 在部分领域的工业化应用已经趋于成熟，随着 未来大规模的应用，成本有望进一步下降。现 阶段碳配额较为充裕，碳市场价格低于 CCUS 的成本，未来随着碳价格的上升和成本的下降， CCUS 项目也有望通过形成核证减排量成为双 碳相对早期的碳资产之一。 （二）中期碳资产：清洁能源 清洁能源全面转换的难度相较于自然固碳 和CCUS工业固碳更大，成本高且所需时间长， 早期的碳价较低，无法满足清洁能源全面转换 的成本，因而清洁能源将随着碳价的上升和技 术成熟才能成为碳资产。 1. 一次能源清洁化仍需较长时间 当前我国能源消费的主力是化石能源， 2020年煤炭、原油的消费比重仍然高达 75.7%，水电、核电、风电占比持续上升，但 可再生能源的使用比率依然较低，2020年水电、 2022·1 27 民航管理CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 nullnullnullnullnullnullnullnull 核电、风电占比只有 15.9%。 我国可再生能源虽然效率不断提升，但未 来风能、太阳能等清洁能源全面替代火电仍然 存在一些障碍。清洁能源的主要难点是非连续 性供电，太阳能每年发电小时数在1100小时 到2000小时之间，风能发电时间约2000小 时左右，2019年全国的风能和太阳能发电总 量相当于约 1.92 亿吨标准煤的发电量，上网的 风能和太阳能发电总量大约只取代了煤炭发电 的 12.5% 左右。 虽然储能可以解决非持续性供电的问题， 但储能所需要的电池和总发电量仍然存在较大 的差距。对应储能目前的电池产量，从我国产 能最大的动力电池数据来看，2020年动力电 池装机量相当于 0.636 亿千瓦时，只占到每天 发电量（213 亿千瓦时）的 0.298%，现阶段 锂电池的产能难以满足储能的需要。如果太阳 能、风电等有4/5的时间或者5/6的时间要靠 电池储电，则所需的电池产能和用电需求之间 差了几个数量级，且全世界目前探明的钴和锂 的产量也无法满足庞大的储能电池的需求。 核电技术是目前相较于太阳能、风能更具 有优势的清洁能源，可以实现持续的供电且不 受天气等各类因素的影响，但核电站最大的难 点是安全性需要得到充分保证，核裂变的污染 性会导致任何事故都极为严重。 在能源领域的可再生能源完全替代化石能 源仍需要储能成本下降，在非持续供电的电网 容纳技术上有所突破，届时清洁能源才能实现 较大规模替代，并通过获取核证减排量成为中 期重要的碳资产。 2. 氢能源需克服诸多难点 汽柴油、液化气、天然气等化石能源是当 前主要的二次能源，在交通、工业、建筑等行 业中广泛使用。氢能源被认为是最佳化学能源， 且氢产业已经具备了相对成熟的技术和完整的 产业链。有观点认为通过大规模生产，降低氢 能源在各个环节中的使用成本，就可以实现对 化石能源的完全替代，氢能源汽车、氢能源飞 机等在交通领域也是各大制造企业投入研发的 重要领域。 氢能源作为清洁环保的二次能源，由于其 物理特性，在应用中仍有诸多难点尚未解决， 主要表现在：一是在移动端使用氢气的体积能 量密度不足。二是超高压气体导致极高的成本。 三是氢长期存储的难度很高。四是安全性问题。 因此，对氢能源完全取代汽柴油、天然气， 甚至作为储能的手段，还需要在应用成本等方 面有所突破，由于目前运输、存储极高的成本， 核证减排量的收益无法抵消，因而在短期到中 期，氢能源尚难成为较好的碳资产。 3. 生物能源有待规模化 相较于直接的清洁能源转换和氢能源的直 接使用，生物能源可以实现全生命周期的减排， 通过植物光合作用固化大气中的二氧化碳，再 通过提取植物的油脂等成分制成甲醇、合成燃 油等液体能源，可以有效克服氢气的物理弊端。 但生物燃油目前产能规模较小，原料相对供应 不稳定，使用比例偏低，有待形成大规模生产 和应用的普及。 生物质能源可以在不改变现有应用条件的 情况下，直接替代汽柴油和煤油等化石能源， 具有其他清洁能源不具备的优势，但其上游原 材料还未形成稳定的供应链，在能实现规模化 生产的条件下，有望成为较好的碳资产。 （三）航空运输：碳负债方 航空运输对国内以及国际经贸发展都有着 不可替代的赋能作用，我国航空业正处于成长 期，飞机的数量不断增加，但随着双碳目标的 实施和推进，航空业的碳减排迫切性日渐提升： 2019年民航业总碳排放量已经占到全球交通 运输行业碳排放量的 10%，占全球碳排放总量 2022·1 28 民航管理 CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 Special subject 约 2%。如果不加控制，到 2050年全世界将有 25% 的碳排放量来自于航空业，而同时民航业 的减排路径难度较大，在碳达峰和碳中和进程 中，航空运输业本身将不可避免成为碳负债方， 需要持续付出碳减排的成本。 1. 航煤替代的路径和难点 航空运输业的碳排放主要来自三个方面： 一是航空飞行的燃料排放约占总排放量的 79%；二是与飞机相关的地面排放约占总排放 量的 20%，包括飞机燃油的运输、飞机维修与 回收，以及飞机服务配套地面交通等；三是航 空相关的用电量间接产生约 1% 的碳排放。 当前民航客货机主要依赖航空煤油，且 在碳中和阶段难以实现较大转变。ATAG（航 空运输行动组织）于2020年9月发布的 Waypoint 2050 报告分析了航空业的减排情 形，报告认为到2050年SAF（可持续生物燃油） 是最为主要的减排手段，需要贡献50～75% 的碳减排量。即便在氢能源和电动飞机技术突 破最激进的假设情形中，通过 SAF 也需要抵消 50% 的碳排放，氢能源和电动驱动技术发展则 需贡献 42% 的减排量，而当前氢能源和电动飞 机的技术成熟度还远落后于 SAF 的应用。 从规划时间来看，各情形下 SAF 和清洁能 源动力飞机发力的时间普遍在2035年之后才 开始逐步加快，主要是当前 SAF 还需要克服许 多关键挑战才能取代传统的航空煤油，难点在 降低成本、扩大并稳定供应链以及在航发上实 现 100% 的单独使用。 目前ASTM（美国材料实验协会）批准了 七种可持续航空燃料生产途径，具体如表 1。 其中，脂肪酸加氢（HEFA）是目前最具 商业可行性的选择。通常采用废弃食用油作为 原材料，例如来自油菜籽或大豆的油等植物油， 短期原材料供应还不够稳定，但在中期有望更 容易获得，缺点是采用植物油作为来源会直接 与粮食作物竞争耕地和水，因此可生产的总量 较为有限。HEFA也可以通过非竞争性植物作 为原材料，现处于开发的早期阶段（例如在沙 漠中种植植物的油脂、用于 HC- HEFA 的藻类 原料等）。成本方面，HEFA初期可以实现约 1200～ 1600美元 /吨的成本，未来通过规模 化生产之后成本有望降至 1000美元 /吨以内。 电力到液体能源（PtL）的潜力很大，PtL 用可再生电力作为主要能源，将水和二氧化碳 作为生产主要原料，将碳原料与绿色氢通过费 托工艺（FT）合成液态烃，再转化成一种煤油 的合成物。目前 PtL 尚未实现大规模生产且成 途径 原料（示例） 批准日期 最高混合限值 费托合成烃煤油组分（FT-SPK） 生物质能（林业残留物、杂草和城市固体废物） 2009 达到 50% 加氢处理酯和脂肪酸（HEFA） 油基生物质能，如亚麻荠油、卡里纳塔油和废油 2011 达到 50% 加氢处理发酵糖- 合成异链烷烃 （HFS-SIP） 甘蔗、蔗糖 2014 达到 10% 具有芳烃的FT-SPK （FT-SPK/A ）生物质能（林业残留物、杂草和城市固体废物） 2015 达到 50% 乙醇喷射合成煤油（ATJ-SPK） 农业废物（干草、杂草、林业残留物和稻草）、玉米 和甘蔗、工业生产过程中排放的废气 2016 达到 50% 催化水热解法喷气燃料（CHJ） 大豆油、麻风果油、茶花油、亚麻荠油和卡里纳塔油 2020 达到 50% 加氢处理碳氢化合物（HH-SPK） 海藻油 2020 达到 10% 表 1：ASTM 批准的 SAF 生产途径 资料来源：ASTM 2022·1 29 民航管理CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 Special subject 本远高于其他 SAF 生产方式，未来随着可再生 能源的成本不断降低，PtL 的成本也有望大幅 度降低，成本有望达到1000美元/吨以内， 接近化石能源的平均成本，并且 PtL 不存在原 材料的限制。. 根据 Waypoint 2050 报告测算，各类 SAF 生产成本均较高（见图1），如当前阶段的 HEFA 的成本约 1400 ～ 1500 美元 /吨，相当 于人民币超过 9000元 /吨，按照 1吨燃油产生 3.15吨二氧化碳的比例计算，相较于化石能源 的减排成本高达1500元/吨，远高于CCUS、 林业碳汇等现阶段的碳减排成本，也远超过国内 市场 CCER 约 40 ～ 50 元 /吨的价格。 参考skyNRG 对欧盟市场的SAF结构预 测，2027 年前 HEFA 是 SAF 早期主要的生产 方式，因其可以较早实现较低的生产成本， 2027年后 FT 和 AtJ 方式的规模将逐步扩大， 到2040年前后，三种生产方式均趋于稳定不 再上升，PtL 则保持持续的增长，2040 年后成 为 SAF 最主要的生产方式。 国际能源署测算的2019年全球总燃料需 求约 29亿吨，其中航空煤油为 3.68亿吨，根 据罗兰贝格发布的报告，2019年SAF 产量仅 约5000万升（约4万吨），仅占全球航空燃 料消耗量的0.01%。罗兰贝格预计到2025年 SAF 约使用70亿升，占全球喷气燃料需求的 约 2%。EIA（美国能源信息署）的 2019 年展 望数据显示，预计全球航空煤油需求到2050 年为6.49亿吨，而IEA（国际能源署）预测 2060年SAF 的需求为1.5亿吨，相较于全球 航煤的比例仍然较低。 虽然 SAF 被认为是民航减排最成熟、占比 最重的减排手段，但是从经济性和时间规划角 度来看，SAF 前期每吨减排成本远高于全球各 市场的碳价，且实现规模化低成本生产的时间 上相较于其他行业的减 排不具有优势。 2. 电动和氢能源仍 待技术突破 （1）电动技术仅 用于小飞机 Waypoint 2050 报 告中将电动能源和氢能 源作为民航业未来实现 技术突破的主要途径， 但目前主流的三元电池 能量密度仅有燃油的约 1/60，现有电池技术无 法在商用飞机上直接作 为动力使用。即便采用燃料电池，也只能作为 小型飞机的动力。2020 年 9 月 23 日全球首架 试飞的纯氢燃料电池驱动的飞机仅为一架六座 飞机，而制造方ZeroAvia称该飞机是目前世 界上最大的氢动力飞机。 （2）氢燃气轮机仍需较长研发时间 1988年，世界上第一架使用液化氢气运 行的试验性民用飞机图 155 试飞成功，但并非 是纯氢动力，图 155 配备三台发动机，其中， 资料来源：ATAG 图 1：Waypoint 2050 测算的各类 SAF 成本 2022·1 30 民航管理 CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 Special subject 两台使用传统航油，一台采用液氢。图 155 虽 然实现了氢燃料作为航发的动力，但未实现纯 氢燃料的驱动，一方面成本过于昂贵，导致了 1990年图155被改为图156采用液化天然气 作为原料，另一方面体积巨大的燃料储备占用 了客舱而大幅降低了飞机的载客量。 2020 年空中客车公布了全球首款零排放民 用飞机的三种概念机型，并计划于2035年投 入使用，新机型命名为 ZEROe，采用涡轮风扇 发动机、涡轮螺旋桨和“翼身融合”的设计方案。 而当前GE、罗罗、赛峰等航空发动机企业未 明确氢燃料的使用和规划路径，仅有GE在燃 气轮机上测试了燃烧室测试证明 100% 的燃氢 能力的可行性，尚未有航空发动机企业发布清 晰的氢能源航空发动机路线图和相关规划，可 见氢燃料作为航空发动机的主要燃料驱动商用 飞机仍然有较长的路。 3. 航空运输将成为碳负债方 由上述分析可知，由于民航业面临减排技 术发展周期长于其他行业（见图2），且碳减 排上经济性相对较弱，参考中国民航大学、中 国民航环境与可持续发展研究中心的研究，航 空运输领域的碳达峰和碳中和时间预计会晚于 全行业平均水平，若航空公司不主动作为、布 局早期碳资产，将背负较高的碳负债成本，随 着碳价格的持续上升，碳资产价格也不断上涨， 碳负债将给航空公司形成较重的负担。 因此，航空公司应高度关注各行业的碳中 和布局机会，尽早规划可以产生碳汇、能早期 实现减排的碳资产进行布局，抵消自身减排实 现较晚、减排成本过高的问题。 航空公司的双碳产业布局路径 从航空业相关的减排路径来看（见图3）， 上游是清洁能源动力的飞机，包括氢能源和电 动飞机，其中氢能源产业链和电动飞机的部分 产业已经商业化，但在氢燃料燃气轮机、大功 率燃料电池、液体燃料在线制氢、高密度电池 等环节仍处于早期的理论阶段，而氢气存储等 有进入试验性的生产和验证阶段，并未形成产 业。中游环节 SAF 生产中，利用动植物油脂通 过 HEFA 方式生产已经到了具备初步产业应用 的阶段，而FT、ATJ等SAF的生产仍处于试 验阶段。下游碳市场正随着双碳目标的推进加 速发展。 产业投资的布局需要根据技术的成熟度和 产业发展、市场预期等因素综合考虑风险、收 益等各项因素进行布局，投资过早可能带来失 败的风险和较高的资金成本，投资过晚则面临 较高的估值压力。 在碳达峰的早期，在航空基础减排环节和 涉及碳市场、碳资产的各个领域寻找碳交易市 场快速成长带来的产业投资机会，如碳交易、 核查、服务等中介机构细分市场的发展。在碳 资产方面，重点关注林业、海洋蓝碳等早期能 以较低成本产生碳汇的碳资产主体。 从达峰到中和的阶段，碳排放的配额将在 达峰后逐年减少，碳排放配额的供给将不断下 降，碳价跟随边际减排成本的上升而上升，低 成本、规模化的 CCUS 等负碳项目的经济性会 逐步体现，并且进入产业发展的快车道，SAF 的规模化生产也将在这个阶段推进，各大航空 注：此图仅为示意，不代表真实的时间节点和数据 图 2： 航空公司与其他行业的双碳进度 2022·1 31 民航管理CIVIL AVIATION MANAGEMENT 专题 nullnullnullnullnullnullnullnull 图 3：航空产业链减排全景 公司都需要布局具有成本优势和应用潜力的 SAF 项目。同时随着碳配额的收紧，碳普惠项 目的经济价值也不断上升，航空公司可以发挥 旅客规模优势积极利用碳普惠的减排。氢能源 和燃料电池在航空飞行器上的应用可能有部分 项目开始启动商业化运作，航空公司需要关注 产业链相关的技术研发和商业化应用的研究。 碳交易方面，聚焦从碳达峰到碳中和的过渡阶 段市场的变化，重点关注电力、工业等重点碳 排放行业的减排及其配额的供需平衡情况，在 条件允许的情况下跟踪并参与国内外碳市场的 跨市场套利机会。 在实现碳中和的阶段，碳交易、碳服务市 场趋于成熟，相应的项目估值可能逐步降低， 若在前期有相关项目的布局，此阶段是较为合 适的退出机会。SAF 市场从成长转向成熟，航 空公司端的成本压力驱动各条 SAF 路线不断研 发追求低成本，此阶段聚焦成本领先的技术路 线，重点跟进 PtL 路径，需要不断优化 SAF 投 资布局靠向具有最优成本的规模化生产 SAF 头 部企业，清退生产成本高、竞争力弱的项目， 在资本端加强资本与业务联动，特别是已投项 目的资本化运作和价值管理，更好地服务航空 公司 SAF 的应用和成本的下降。氢能源、燃料 电池动力飞机的项目在此阶段或有望开始实施 和落地，进而实现航空飞行器的清洁能源化， 在此阶段将会是航空公司参与航空氢能源产业 链上下游的关键企业的发展和规模化应用的最 佳时机。 总之，随着双碳目标的实施和推进，航空 业的碳减排迫切性日渐提升。航空公司受限于 喷气式飞机作为运载工具减排难度大、成本 高、低碳技术成熟晚的问题，碳配额的压力和 未来碳价上升将给航空公司带来极高的减排成 本，航空公司需要高度关注各行业的碳中和布 局机会，尽早规划可以产生碳汇、能早期实现 减排的碳资产进行布局，抵消运营产生的碳负 债。 2022·1