來源：金融界網站
來源：中金公司
我們分析了2019年交通運輸行業各子行業客運以及貨運的週轉量以及碳排放量的情況，並根據當前已有的技術以及行業趨勢預判2060年的情況。我們認為，1）從運輸量來看，各交通出行方式中，航空、鐵路、航運的總週轉量（客運+貨運）佔比將從2019年0.6％/14.8％/48.9％提升至2060年的1.6％/26.7％/54.6％，公路佔比將從2019年的35.6％下降至2060年的17.1％；2）從碳排放量來看，受益於新能源車的推廣和應用，碳排放將從當前公路排放為主，變為航空排放為主，我們預計2060年鐵路、公路都將實現0碳排放，航運或仍有少量排放。根據當前的技術和水平，我們認為航空有望減少單位耗能，但碳排放量仍將隨週轉量上升，成為碳排放的主要來源。如果後續氫能飛機技術成熟且制氫成本能降下來，航空行業也有望實現0碳排放。
下文，我們先測算了未來40年行業總週轉量的變化，隨後基於總週轉量測算碳排放量的變化，並討論當前各子版塊當前可能存在的節能減排、非化石能源替代的方法，最後我們討論碳中和對於各子版塊的影響。
行業未來週轉量展望：2020-2060
2019年交通運輸行業總週轉量21.2萬億噸公里，至2060年，我們預計交通運輸行業總週轉量為37.3萬億噸公里，40年年均複合增長1.4％。2019年，航運/公路/鐵路/航空總週轉量佔比分別為48.9％/35.6％/14.8％/0.6％。我們預計，自2020年至2060年，受客運以及貨運滲透率持續提升，航空總週轉量40年年均複合增速約為3.8％，在各種交通運輸方式中最快，2060年航空總週轉量相較於2019年增加約360％；鐵路、航運總週轉量40年年均複合增長率分別為2.8％、1.7％，2060年相較於2019年分別增加約220％、96％；受公轉鐵影響，公路總週轉量預計將於2027年觸頂後回落，40年年均複合增長率為-0.4％，2060年總週轉量相較於2019年下降-16％。至2060年，我們預計交通運輸行業總週轉量為37.3萬億噸公里，其中航運/公路/鐵路/航空總週轉量佔比分別為54.6％/17.1％/26.7％/1.6％。
2019年，客運總週轉量佔總週轉量1.5％，我們預計2060年該佔比會提升至4.2％，其中鐵路/航空/公路客運當前佔客運總週轉量的佔比分別為41.7％/33.2％/25.1％，公路客運不含私家車出行；由於航運主要為貨運，不納入討論。因為航空出行較為便捷，且出行距離較遠，我們預計隨著人均GDP不斷增長，航空客運佔比將持續提升；同時，隨著高鐵網絡日趨完善，鐵路出行將成為跨省出行的重要方式之一。我們預計2020年至2060年鐵路/航空/公路客運年複合增長率分別為3.7％/3.7％/-2.2％，2060年鐵路/航空/公路客運在總客運週轉量的比例分別為54.1％/43.0％/2.9％，鐵路/航空/公路客運週轉量絕對值相較於2019年增長351.5％/350.9％/-59.3％。
2019年，貨運週轉量佔總週轉量98.5％，我們預計2060年該佔比會下降至95.8％，其中航運/公路/鐵路/航空貨運當前佔貨運總週轉量的佔比分別為49.7％/35.8％/14.4％/0.1％（航運包含遠洋航線）。由於公轉鐵趨勢的影響，公路的貨運佔比逐漸下降，鐵路貨運佔比逐漸提升；同時由於航空貨運速度上具有較大優勢，因此航空貨運佔比也有望逐漸提升。我們預計2020年至2060年航運/公路/鐵路/航空貨運年均複合增長率分別為1.7％/-0.4％/2.8％/ 4.1％，2060年航運/公路/鐵路/航空貨運在總貨運週轉量的比例分別為56.2％/17.6％/25.8％/ 0.4％，航運/公路/鐵路/航空貨運週轉量相較於2019年增長95.6％/-15.1％/209.6％/416.4％。
行業未來碳排放量的展望：2020-2060
我們基於交通部和民航局提供的各子版塊能耗數據，並據此測算並預測整體行業碳排放量。根據我們的估算，2019年交通運輸行業碳排放量為11.4億噸，公路/航空/航運/鐵路佔比分別為82.1％/10.4％/6.4％/1.1％，我們預計2060年交通運輸行業碳排放量為4.1億噸，航空/航運佔比分別為87.4％/12.6％，公路和鐵路將實現0碳排放。如果後續氫能飛機技術成熟且制氫成本能降下來，航空行業也有望實現0碳排放。具體來看：
公路：隨著新能源車的推廣和普及，我們預計2060年公路行業實現0碳排放。隨著發動機技術的成熟、純電動車逐漸取代化石燃料非純電車，我們預計公路單位運輸能耗下降。由於乘用車單位週轉量碳排放量較高，但佔整體週轉量比重較低，因此公路運輸的碳排放量將於2028年達到最大值，晚於公路總週轉量觸頂年份；之後公路的碳排放量將隨著總週轉量逐漸下降，預計至2060年公路運輸碳排放量下降至0。
航空：基於當前技術手段來看，我們預計2060年航空行業碳排放量約為2019年3倍。如果後續氫能飛機技術成熟且制氫成本能降下來，航空行業也有望實現0碳排放。在當前的技術條件下，航空的碳排放量下降主要依靠提升飛機發動機燃油效率以及提升飛機的載客效率（單架飛機可提供更多座位），我們預計單位能耗將以每年1％下降，2060年，航空單位能耗約為2019年的66.2％。考慮航空總週轉量相較於2019年增長約351％，我們預計2060年航空行業消耗航空煤油1.1億噸，約為2019年的3倍，碳排放量40年年均增長2.8％至3.6億噸，佔交通運輸行業的碳排放比例上升至87.4％。我們當前測算基於制氫技術成本較高且氫能飛機技術未有突破，如果後續氫能飛機技術成熟且制氫成本能降下來，航空行業也有望實現0碳排放。
航運：由於能源利用率提高和新能源應用，我們預計2060年航運行業碳排放量較2019年下降28％。由於液態天然氣雙燃料船（LNG雙燃料船）的逐漸成熟與推廣（我們估算LNG雙燃料船碳排放量約為普通單燃料船的80％），我們認為航運單位運輸量碳排放量將持續下降，2060年航運單位能耗約為2019年36.8％。考慮航運總週轉量較2019年上漲96％，我們預計2060年航運碳排放量總量為5,240萬噸，摺合1,941萬噸標準煤，較2019年下降28％，2060年航運的碳排放量佔比變為12.6％。
鐵路：我們預計2060年鐵路行業電氣化率有望達到100％，屆時鐵路行業有望實現0碳排放。由於電力機車不存在廢熱等問題，能量利用效率大於蒸汽機車，隨著鐵路電氣化的不斷推進，鐵路的單位能耗逐漸下降。目前，中國平均每年電氣化改造傳統鐵路約1,050公里。截至2019年底，中國現存未電氣化鐵路里程3.9萬公里，我們預計改造完成仍需約40年，2060年，鐵路運輸耗電1,262.54億千瓦時（摺合3,788萬噸標準煤），若發電系統解決碳排放問題，則鐵路運輸可實現0碳排放量。
圖表: 2020-2060年各運輸方式客運週轉量佔比變化
資料來源：交通運輸部，民航局，中金公司研究部
圖表: 2020-2060年各運輸方式貨運週轉量佔比變化
資料來源：交通運輸部，民航局，中金公司研究部
圖表: 2020~2060年各運輸方式碳排放量佔比變化
資料來源：中金公司研究部
用能結構的改變
我們預計到2060年，航空能量來源仍然以航空燃油為主（假設制氫成本未下降、氫能飛機技術未成熟），鐵路運輸將全部實現電氣化，航運將以氨和氫燃料為主、風力、重油為輔，公路運輸以新能源汽車為主，請見汽車組報告相關部分，此處不進行贅述。
在上文中，我們的預測是基於當前的技術背景，在該部分中，我們將進一步討論一些尚在研究中的新的技術以及可能遇到的阻礙。
航空：當前碳排放下降主要依靠節能減排
如果不考慮新技術的應用，我們預計，航空行業未來碳排放下降主要依靠節能減排。目前航空公司的節能減排方式包括單發滑行、飛機減重、航線優化、機隊優化等。自2012年至2019年，中國民航平均百噸公里消耗燃油數量由29.30公斤下降至28.56公斤，降幅2.5％。
當前航空業減少碳排放的嘗試主要有全電飛機、核能飛機、生物燃油飛機和氫能飛機，但我們認為受制於安全性、經濟性等因素，目前這些嘗試或均有待技術突破。如果後續氫能飛機技術成熟且制氫成本能降下來，航空行業也有望實現0碳排放。
全電飛機：由於飛機本身具有消耗燃料大、起飛瞬時功率高、事故危險係數高等特點，在可預見的未來，全部由電能驅動的飛機並沒有大規模應用的可能[1]。我們估算，可以使得波音737飛機起飛需要的電池重量遠大於飛機最大起飛重量，同時，以鋰電池為代表的電池單元很難避免自燃的可能，而飛機電池組自燃將會帶來比汽車、火車自燃更嚴重的後果。
核能飛機：2015年，波音已申請可控核能飛機發動機的專利[2]，但核能飛機也具有危險係數高、防輻射成本高的問題，在可預見的未來，核能飛機出現的可能性較低。
生物燃油飛機：2018年1月，澳航由墨爾本飛往洛杉磯的飛機使用的燃料為90％的航空煤油和10％的生物燃油[3]，但據澳航數據，為生產這趟航程的生物燃油的植物佔用土地約150英畝，因此如果後續大規模應用生物燃油可能會加劇糧食價格的上升，同時我們估算在生產生物燃油的過程中排放的碳的數量甚至超過飛行所減少的碳排放量，因此從經濟性和碳排放的角度來看，生物燃油並非節能減排的最佳選擇。
氫能飛機：2020年9月，三菱發電宣佈完成了全球首個氫能發電解決方案[4]，解決方案中的氫能推動的燃氣輪機為氫能飛機的發動機的基礎，為氫能飛機提供了可行性；同月，空客推出了氫能飛機的原型機，目前，該氫能飛機航程約3,700公里，能夠覆蓋中國國內的絕大部分航線，同時可以解決部分國際航線的問題。目前來看，氫能飛機可能是最可行的非化石能源替代解決方案。但是，目前氫氣生產主要依賴電解水和石油化工，成本較高。我們預計2060年航空煤油的需求量超過1.5億噸，而當前等熱值的氫氣僅生產成本就為航空煤油的2.5倍，其儲運成本更是遠高於航空煤油，限制了氫能飛機的應用，我們認為後續氫能飛機的發展需要解決經濟性問題。
鐵路：有望在2060年全部完成電氣化
我們預計，中國鐵路將在2060年前完成電氣化，鐵路運輸碳排放下降至0。我國非電氣化鐵路一般使用內燃機車，電氣化鐵路使用電力機車。內燃機車功率小、運載能力小；電力機車功率大、運載能力大。因而，電氣化是擴充鐵路運載能力的重要手段，同時也是解決碳排放的重要方式之一。自2010年至2019年，中國平均每年新修建鐵路5,313公里，增加電氣化里程6,392公里，平均每年電氣化改造傳統鐵路約1,050公里。2019年底，中國現存未電氣化里程3.9萬公里，預計仍需約40年。因此，在碳中和的背景下，我們預計至2060年，中國鐵路預計將全部實現電氣化。
目前，改造的經濟性低是中國鐵路電氣化推進過程中的主要障礙。據國家鐵路局數據，2018年~2020年，青藏鐵路格拉段電氣化改造成本約660萬元/千米，京通鐵路、京原鐵路電氣化改造成本約440-540萬元/千米。儘管鐵路電氣化改造工作正持續推進、我國鐵路電氣化率持續走高，但部分鐵路尚未實現電氣化，主要原因包括以下三點：
部分鐵路電氣化需求不大。對於運輸需求較低、車次較少的鐵路，不需要通過電氣化改造提高運力，亦難以在電氣化改造後收回投資成本。
氣候因素導致電氣化成本更高。高寒、高原等地區受自然環境與氣候影響，電氣化改造需克服更多困難，如青藏高原需做好避雷防短路以避免“地滾雷”、黑龍江等高緯度高寒地區需做好融雪融冰等。儘管經過攻關，相應技術已具有一定的可行性，但增加了相應鐵路電氣化改造的成本。
地方鐵路財政壓力較大。地方鐵路電氣化改造過程中地方財政需負擔較大壓力，也制約了相應鐵路的電氣化改造進程。
航運：預計2060年清潔能源成為主要燃料
我們預計，至2060年，航運的主要燃料將變為清潔能源。根據國際海事組織（IMO）的數據，航運佔2018年全球人為溫室氣體排放量的2.89％。同年，國際海事組織要求截至2050年溫室氣體排放量降低至2008年的一半。目前來看，主要的降低碳排放的方案包括風力船、LNG雙燃料船、氨或氫燃料船等。
風力船：瑞典Wallenius Marine公司開發的模型船已經下水[5]，預計將在2021年底接受訂單，第一艘實裝船將會在2025年之前下水。該風力驅動汽車運輸船全長200米，寬40米，一次能夠運載超過7,000輛汽車，碳排放量將減少超過90％。
LNG雙燃料船：2020年8月由中船集團下屬公司完全自主設計和自主建設的第四代大型液化天然氣運輸船“天樞號”開始製造。與常規燃料相比，LNG雙燃料船碳排放減少約20％，能夠起到較好的減排效果。
氨燃料船：氨氣作為氮氫化合物，在燃燒時不會排放二氧化碳，具有供應穩定、便於運輸、生產成本較低等特點，因此國際能源機構認為，預計到2060年將有60％以上的新船使用氨或氫作為燃料[6]。然而，目前氨氣生產仍需高溫高壓，生產成本極高，同時在生產過程中會排放遠超等熱值化石燃料燃燒產生的二氧化碳，因此如何在常溫常壓下生產氨成為了限制氨作為常規燃料的因素。目前來看，等熱值的氨氣價格是重油的3倍以上，同時氨氣的儲運需要低溫高壓的環境，限制了其應用。
碳中和對於行業的影響
我們認為2060年碳中和目標的提出，對交通運輸子板塊中各家公司的經營效率、盈利能力以及行業供需和格局都有深遠影響。
對航空來說，碳中和的目標短期利好公司成本控制，長期利好行業供需關係和格局改善。雖然目前還難以找到完全替代航空煤油的產品，但碳中和會使得各航司更加註意油耗的降低，進而降低燃油成本，利好公司經營效益；同時因為碳中和的要求，航空行業需要儘可能減排，從長期看或緩解行業運力無序增長的問題，長期利好航空行業供需關係以及格局的改善。
對於鐵路來說，碳中和的目標將長期利好鐵路運輸的效率和成本控制。內燃蒸汽機車將會逐漸被電力機車取代，鐵路運輸公司的固定投資將會增加，在短期內鐵路運輸公司的現金流會出現下降；從長期來看，由於電力機車效率更高，因此鐵路運輸運營成本將會下降，鐵路運輸效率會進一步提升。因此，長期來看，碳中和的要求將會利好於鐵路運輸的效率的提升和成本下降。考慮到鐵路單位碳排放較航空和公路更低，因此在碳中和背景下會有望獲得較高增長，其中高鐵由於時效性較高，佔比有望持續提升，推薦京滬高鐵。
對於公路來說，受“公轉鐵”推進和“多式聯運”普及的影響，長途公路貨運板塊受損。作為陸路運輸方式，鐵路在能耗和綜合成本方面更具備優勢，未來或將繼續獲取貨運市場份額；而公路因為具備靈活的特點、未來可能更多集中在短途運輸領域，逐漸丟失長途運輸份額。此外，碳中和對汽車行業產生了深遠的影響，公路作為配套基礎設施，或將引入更多支持新能源汽車的設備或系統。長期看，智慧公路建設也順應節能減排的大趨勢，將在未來技術升級條件下逐漸普及。
對於航運來說，航運運輸板塊面臨供不應求週期和運輸成本提高的挑戰。隨著碳排放要求更加嚴格，對碳排放要求提高，可能會加快老舊船隻的退出，短期內現金流下降，同時由於排放監管的不確定性，航運公司預定的船隻數量下降，可能會出現階段性的供不應求。由於碳排放要求嚴格，若強制推行對於碳排放的要求，可能會加速高成本新能源的應用，提高運輸的成本，同時由於航運公司的議價能力逐漸下降，船運公司的利潤逐漸下滑。因此，航運運輸板塊長期可能面臨一定的挑戰。
與此同時，碳中和將會利好於上游的供應商與技術研發企業。運輸企業將會更加重視節能減排，因此會加速運輸工具的升級，為新的節能減排技術支付更高的費用。
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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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