来源：金融界网站
来源：中金公司
我们分析了2019年交通运输行业各子行业客运以及货运的周转量以及碳排放量的情况，并根据当前已有的技术以及行业趋势预判2060年的情况。我们认为，1）从运输量来看，各交通出行方式中，航空、铁路、航运的总周转量（客运+货运）占比将从2019年0.6％/14.8％/48.9％提升至2060年的1.6％/26.7％/54.6％，公路占比将从2019年的35.6％下降至2060年的17.1％；2）从碳排放量来看，受益于新能源车的推广和应用，碳排放将从当前公路排放为主，变为航空排放为主，我们预计2060年铁路、公路都将实现0碳排放，航运或仍有少量排放。根据当前的技术和水平，我们认为航空有望减少单位耗能，但碳排放量仍将随周转量上升，成为碳排放的主要来源。如果后续氢能飞机技术成熟且制氢成本能降下来，航空行业也有望实现0碳排放。
下文，我们先测算了未来40年行业总周转量的变化，随后基于总周转量测算碳排放量的变化，并讨论当前各子版块当前可能存在的节能减排、非化石能源替代的方法，最后我们讨论碳中和对于各子版块的影响。
行业未来周转量展望：2020-2060
2019年交通运输行业总周转量21.2万亿吨公里，至2060年，我们预计交通运输行业总周转量为37.3万亿吨公里，40年年均复合增长1.4％。2019年，航运/公路/铁路/航空总周转量占比分别为48.9％/35.6％/14.8％/0.6％。我们预计，自2020年至2060年，受客运以及货运渗透率持续提升，航空总周转量40年年均复合增速约为3.8％，在各种交通运输方式中最快，2060年航空总周转量相较于2019年增加约360％；铁路、航运总周转量40年年均复合增长率分别为2.8％、1.7％，2060年相较于2019年分别增加约220％、96％；受公转铁影响，公路总周转量预计将于2027年触顶后回落，40年年均复合增长率为-0.4％，2060年总周转量相较于2019年下降-16％。至2060年，我们预计交通运输行业总周转量为37.3万亿吨公里，其中航运/公路/铁路/航空总周转量占比分别为54.6％/17.1％/26.7％/1.6％。
2019年，客运总周转量占总周转量1.5％，我们预计2060年该占比会提升至4.2％，其中铁路/航空/公路客运当前占客运总周转量的占比分别为41.7％/33.2％/25.1％，公路客运不含私家车出行；由于航运主要为货运，不纳入讨论。因为航空出行较为便捷，且出行距离较远，我们预计随着人均GDP不断增长，航空客运占比将持续提升；同时，随着高铁网络日趋完善，铁路出行将成为跨省出行的重要方式之一。我们预计2020年至2060年铁路/航空/公路客运年复合增长率分别为3.7％/3.7％/-2.2％，2060年铁路/航空/公路客运在总客运周转量的比例分别为54.1％/43.0％/2.9％，铁路/航空/公路客运周转量绝对值相较于2019年增长351.5％/350.9％/-59.3％。
2019年，货运周转量占总周转量98.5％，我们预计2060年该占比会下降至95.8％，其中航运/公路/铁路/航空货运当前占货运总周转量的占比分别为49.7％/35.8％/14.4％/0.1％（航运包含远洋航线）。由于公转铁趋势的影响，公路的货运占比逐渐下降，铁路货运占比逐渐提升；同时由于航空货运速度上具有较大优势，因此航空货运占比也有望逐渐提升。我们预计2020年至2060年航运/公路/铁路/航空货运年均复合增长率分别为1.7％/-0.4％/2.8％/ 4.1％，2060年航运/公路/铁路/航空货运在总货运周转量的比例分别为56.2％/17.6％/25.8％/ 0.4％，航运/公路/铁路/航空货运周转量相较于2019年增长95.6％/-15.1％/209.6％/416.4％。
行业未来碳排放量的展望：2020-2060
我们基于交通部和民航局提供的各子版块能耗数据，并据此测算并预测整体行业碳排放量。根据我们的估算，2019年交通运输行业碳排放量为11.4亿吨，公路/航空/航运/铁路占比分别为82.1％/10.4％/6.4％/1.1％，我们预计2060年交通运输行业碳排放量为4.1亿吨，航空/航运占比分别为87.4％/12.6％，公路和铁路将实现0碳排放。如果后续氢能飞机技术成熟且制氢成本能降下来，航空行业也有望实现0碳排放。具体来看：
公路：随着新能源车的推广和普及，我们预计2060年公路行业实现0碳排放。随着发动机技术的成熟、纯电动车逐渐取代化石燃料非纯电车，我们预计公路单位运输能耗下降。由于乘用车单位周转量碳排放量较高，但占整体周转量比重较低，因此公路运输的碳排放量将于2028年达到最大值，晚于公路总周转量触顶年份；之后公路的碳排放量将随着总周转量逐渐下降，预计至2060年公路运输碳排放量下降至0。
航空：基于当前技术手段来看，我们预计2060年航空行业碳排放量约为2019年3倍。如果后续氢能飞机技术成熟且制氢成本能降下来，航空行业也有望实现0碳排放。在当前的技术条件下，航空的碳排放量下降主要依靠提升飞机发动机燃油效率以及提升飞机的载客效率（单架飞机可提供更多座位），我们预计单位能耗将以每年1％下降，2060年，航空单位能耗约为2019年的66.2％。考虑航空总周转量相较于2019年增长约351％，我们预计2060年航空行业消耗航空煤油1.1亿吨，约为2019年的3倍，碳排放量40年年均增长2.8％至3.6亿吨，占交通运输行业的碳排放比例上升至87.4％。我们当前测算基于制氢技术成本较高且氢能飞机技术未有突破，如果后续氢能飞机技术成熟且制氢成本能降下来，航空行业也有望实现0碳排放。
航运：由于能源利用率提高和新能源应用，我们预计2060年航运行业碳排放量较2019年下降28％。由于液态天然气双燃料船（LNG双燃料船）的逐渐成熟与推广（我们估算LNG双燃料船碳排放量约为普通单燃料船的80％），我们认为航运单位运输量碳排放量将持续下降，2060年航运单位能耗约为2019年36.8％。考虑航运总周转量较2019年上涨96％，我们预计2060年航运碳排放量总量为5,240万吨，折合1,941万吨标准煤，较2019年下降28％，2060年航运的碳排放量占比变为12.6％。
铁路：我们预计2060年铁路行业电气化率有望达到100％，届时铁路行业有望实现0碳排放。由于电力机车不存在废热等问题，能量利用效率大于蒸汽机车，随着铁路电气化的不断推进，铁路的单位能耗逐渐下降。目前，中国平均每年电气化改造传统铁路约1,050公里。截至2019年底，中国现存未电气化铁路里程3.9万公里，我们预计改造完成仍需约40年，2060年，铁路运输耗电1,262.54亿千瓦时（折合3,788万吨标准煤），若发电系统解决碳排放问题，则铁路运输可实现0碳排放量。
图表: 2020-2060年各运输方式客运周转量占比变化
资料来源：交通运输部，民航局，中金公司研究部
图表: 2020-2060年各运输方式货运周转量占比变化
资料来源：交通运输部，民航局，中金公司研究部
图表: 2020~2060年各运输方式碳排放量占比变化
资料来源：中金公司研究部
用能结构的改变
我们预计到2060年，航空能量来源仍然以航空燃油为主（假设制氢成本未下降、氢能飞机技术未成熟），铁路运输将全部实现电气化，航运将以氨和氢燃料为主、风力、重油为辅，公路运输以新能源汽车为主，请见汽车组报告相关部分，此处不进行赘述。
在上文中，我们的预测是基于当前的技术背景，在该部分中，我们将进一步讨论一些尚在研究中的新的技术以及可能遇到的阻碍。
航空：当前碳排放下降主要依靠节能减排
如果不考虑新技术的应用，我们预计，航空行业未来碳排放下降主要依靠节能减排。目前航空公司的节能减排方式包括单发滑行、飞机减重、航线优化、机队优化等。自2012年至2019年，中国民航平均百吨公里消耗燃油数量由29.30公斤下降至28.56公斤，降幅2.5％。
当前航空业减少碳排放的尝试主要有全电飞机、核能飞机、生物燃油飞机和氢能飞机，但我们认为受制于安全性、经济性等因素，目前这些尝试或均有待技术突破。如果后续氢能飞机技术成熟且制氢成本能降下来，航空行业也有望实现0碳排放。
全电飞机：由于飞机本身具有消耗燃料大、起飞瞬时功率高、事故危险系数高等特点，在可预见的未来，全部由电能驱动的飞机并没有大规模应用的可能[1]。我们估算，可以使得波音737飞机起飞需要的电池重量远大于飞机最大起飞重量，同时，以锂电池为代表的电池单元很难避免自燃的可能，而飞机电池组自燃将会带来比汽车、火车自燃更严重的后果。
核能飞机：2015年，波音已申请可控核能飞机发动机的专利[2]，但核能飞机也具有危险系数高、防辐射成本高的问题，在可预见的未来，核能飞机出现的可能性较低。
生物燃油飞机：2018年1月，澳航由墨尔本飞往洛杉矶的飞机使用的燃料为90％的航空煤油和10％的生物燃油[3]，但据澳航数据，为生产这趟航程的生物燃油的植物占用土地约150英亩，因此如果后续大规模应用生物燃油可能会加剧粮食价格的上升，同时我们估算在生产生物燃油的过程中排放的碳的数量甚至超过飞行所减少的碳排放量，因此从经济性和碳排放的角度来看，生物燃油并非节能减排的最佳选择。
氢能飞机：2020年9月，三菱发电宣布完成了全球首个氢能发电解决方案[4]，解决方案中的氢能推动的燃气轮机为氢能飞机的发动机的基础，为氢能飞机提供了可行性；同月，空客推出了氢能飞机的原型机，目前，该氢能飞机航程约3,700公里，能够覆盖中国国内的绝大部分航线，同时可以解决部分国际航线的问题。目前来看，氢能飞机可能是最可行的非化石能源替代解决方案。但是，目前氢气生产主要依赖电解水和石油化工，成本较高。我们预计2060年航空煤油的需求量超过1.5亿吨，而当前等热值的氢气仅生产成本就为航空煤油的2.5倍，其储运成本更是远高于航空煤油，限制了氢能飞机的应用，我们认为后续氢能飞机的发展需要解决经济性问题。
铁路：有望在2060年全部完成电气化
我们预计，中国铁路将在2060年前完成电气化，铁路运输碳排放下降至0。我国非电气化铁路一般使用内燃机车，电气化铁路使用电力机车。内燃机车功率小、运载能力小；电力机车功率大、运载能力大。因而，电气化是扩充铁路运载能力的重要手段，同时也是解决碳排放的重要方式之一。自2010年至2019年，中国平均每年新修建铁路5,313公里，增加电气化里程6,392公里，平均每年电气化改造传统铁路约1,050公里。2019年底，中国现存未电气化里程3.9万公里，预计仍需约40年。因此，在碳中和的背景下，我们预计至2060年，中国铁路预计将全部实现电气化。
目前，改造的经济性低是中国铁路电气化推进过程中的主要障碍。据国家铁路局数据，2018年~2020年，青藏铁路格拉段电气化改造成本约660万元/千米，京通铁路、京原铁路电气化改造成本约440-540万元/千米。尽管铁路电气化改造工作正持续推进、我国铁路电气化率持续走高，但部分铁路尚未实现电气化，主要原因包括以下三点：
部分铁路电气化需求不大。对于运输需求较低、车次较少的铁路，不需要通过电气化改造提高运力，亦难以在电气化改造后收回投资成本。
气候因素导致电气化成本更高。高寒、高原等地区受自然环境与气候影响，电气化改造需克服更多困难，如青藏高原需做好避雷防短路以避免“地滚雷”、黑龙江等高纬度高寒地区需做好融雪融冰等。尽管经过攻关，相应技术已具有一定的可行性，但增加了相应铁路电气化改造的成本。
地方铁路财政压力较大。地方铁路电气化改造过程中地方财政需负担较大压力，也制约了相应铁路的电气化改造进程。
航运：预计2060年清洁能源成为主要燃料
我们预计，至2060年，航运的主要燃料将变为清洁能源。根据国际海事组织（IMO）的数据，航运占2018年全球人为温室气体排放量的2.89％。同年，国际海事组织要求截至2050年温室气体排放量降低至2008年的一半。目前来看，主要的降低碳排放的方案包括风力船、LNG双燃料船、氨或氢燃料船等。
风力船：瑞典Wallenius Marine公司开发的模型船已经下水[5]，预计将在2021年底接受订单，第一艘实装船将会在2025年之前下水。该风力驱动汽车运输船全长200米，宽40米，一次能够运载超过7,000辆汽车，碳排放量将减少超过90％。
LNG双燃料船：2020年8月由中船集团下属公司完全自主设计和自主建设的第四代大型液化天然气运输船“天枢号”开始制造。与常规燃料相比，LNG双燃料船碳排放减少约20％，能够起到较好的减排效果。
氨燃料船：氨气作为氮氢化合物，在燃烧时不会排放二氧化碳，具有供应稳定、便于运输、生产成本较低等特点，因此国际能源机构认为，预计到2060年将有60％以上的新船使用氨或氢作为燃料[6]。然而，目前氨气生产仍需高温高压，生产成本极高，同时在生产过程中会排放远超等热值化石燃料燃烧产生的二氧化碳，因此如何在常温常压下生产氨成为了限制氨作为常规燃料的因素。目前来看，等热值的氨气价格是重油的3倍以上，同时氨气的储运需要低温高压的环境，限制了其应用。
碳中和对于行业的影响
我们认为2060年碳中和目标的提出，对交通运输子板块中各家公司的经营效率、盈利能力以及行业供需和格局都有深远影响。
对航空来说，碳中和的目标短期利好公司成本控制，长期利好行业供需关系和格局改善。虽然目前还难以找到完全替代航空煤油的产品，但碳中和会使得各航司更加注意油耗的降低，进而降低燃油成本，利好公司经营效益；同时因为碳中和的要求，航空行业需要尽可能减排，从长期看或缓解行业运力无序增长的问题，长期利好航空行业供需关系以及格局的改善。
对于铁路来说，碳中和的目标将长期利好铁路运输的效率和成本控制。内燃蒸汽机车将会逐渐被电力机车取代，铁路运输公司的固定投资将会增加，在短期内铁路运输公司的现金流会出现下降；从长期来看，由于电力机车效率更高，因此铁路运输运营成本将会下降，铁路运输效率会进一步提升。因此，长期来看，碳中和的要求将会利好于铁路运输的效率的提升和成本下降。考虑到铁路单位碳排放较航空和公路更低，因此在碳中和背景下会有望获得较高增长，其中高铁由于时效性较高，占比有望持续提升，推荐京沪高铁。
对于公路来说，受“公转铁”推进和“多式联运”普及的影响，长途公路货运板块受损。作为陆路运输方式，铁路在能耗和综合成本方面更具备优势，未来或将继续获取货运市场份额；而公路因为具备灵活的特点、未来可能更多集中在短途运输领域，逐渐丢失长途运输份额。此外，碳中和对汽车行业产生了深远的影响，公路作为配套基础设施，或将引入更多支持新能源汽车的设备或系统。长期看，智慧公路建设也顺应节能减排的大趋势，将在未来技术升级条件下逐渐普及。
对于航运来说，航运运输板块面临供不应求周期和运输成本提高的挑战。随着碳排放要求更加严格，对碳排放要求提高，可能会加快老旧船只的退出，短期内现金流下降，同时由于排放监管的不确定性，航运公司预定的船只数量下降，可能会出现阶段性的供不应求。由于碳排放要求严格，若强制推行对于碳排放的要求，可能会加速高成本新能源的应用，提高运输的成本，同时由于航运公司的议价能力逐渐下降，船运公司的利润逐渐下滑。因此，航运运输板块长期可能面临一定的挑战。
与此同时，碳中和将会利好于上游的供应商与技术研发企业。运输企业将会更加重视节能减排，因此会加速运输工具的升级，为新的节能减排技术支付更高的费用。
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[1]https://news.163.com/air/19/1210/18/F02B41CJ00019JPB.html
[2]https://spectrum.ieee.org/tech-talk/energy/nuclear/boeing-patents-laser-nuclear-fusion-jet-engine
[3]https://newatlas.com/qantas-us-australia-biofuel-flight/53205/
[4]https://power.mhi.com/special/low-carbon
[5]https://www.oceanbirdwallenius.com/
[6]https://www.sohu.com/a/421199199_155167
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