主要发现

  • 虽然电气化和生物甲烷都可以减少 8% 的建筑燃料需求产生的排放，而这最难脱碳，但电气化的成本效益可能高出六倍。然而，在低碳电网之前实现大规模、低排放和低成本生物甲烷供应的地区，替代燃料可能提供使当前建筑物中使用化石燃料的最后 1-8% 脱碳的最佳方法。

  • 对替代燃料的潜在供应水平、排放影响和价格的评估在研究和基于燃料的脱碳的支持者之间差异很大。这为评估从现在到 2050 年如何将替代燃料用作建筑脱碳措施所面临的挑战激发了本报告的动力，在详细分析建筑最终用途之前，我们调查了各个行业的潜在供应和难以脱碳的需求。

  • 一些替代燃料的潜在生命周期排放量明显低于化石燃料，这可能会在全面的温室气体减排战略中解决最后 8% 的建筑燃料需求。然而，明智的决策很重要：一些替代燃料的生命周期排放量高于化石燃料，而另一些替代燃料的减排量与化石燃料相比仅实现很小的减排。

  • 建筑电气化和替代燃料可以互补。用于峰值发电的替代燃料可以通过提供季节性存储和灵活的发电资源来支持建筑电气化，以满足寒冷气候中新的电气化驱动需求高峰。

  • 政策措施可以支持不同行业或不同燃料类型对替代燃料的供需增加。例如，替代燃料的潜在供应不足以替代难以脱碳的行业目前使用的所有化石燃料。这些政策措施从定义上讲不会导致减排或跨部门燃料的优化分配：它们必须有针对性地促进替代燃料的使用，因为它们最能有效地减少化石燃料的温室气体排放。

当前化石燃料最终用途的电气化和低碳电力供应是减少温室气体 （GHG） 排放的最行之有效的方法，尤其是建筑物。替代燃料（一类可以用来代替化石燃料的燃料，包括生物燃料、氢气和合成燃料）可能为减少难以脱碳的行业的排放提供一条途径，例如长途运输、高温工业过程、负载跟踪发电（可以调整电力输出以满足波动的电力需求的发电）以及建筑物中的某些热需求。 例如寒冷气候中的空间和水加热。在本报告中，我们调查了各个行业的潜在供应和难以脱碳的需求，然后详细分析了建筑的最终用途。

系统分析考虑了整个经济脱碳背景下的替代燃料

在本报告中，我们采用系统的方法评估替代燃料供需可能如何发展，以及替代燃料在其他行业的建筑脱碳中可能发挥的作用。我们评估潜在的集成挑战以及如何优先考虑替代燃料的使用。最后，我们考虑了可能影响替代燃料市场和燃料跨行业分配的政策选择。

我们通过分析说明潜在市场发展的情景，评估了使用替代燃料使建筑物脱碳的可能性。我们为难以脱碳的建筑最终用途构建了不同使用替代燃料和电气化的场景。对于每种情况，我们计算了排放量、成本和减排成本，并与使用天然气满足难以脱碳的能源需求的基线进行了比较。虽然直接用于建筑物的生物甲烷可能是一种可行的脱碳措施，但电气化的温室气体排放减少成本要低六倍（图 ES 1（a））。当前电网排放系数和电网脱碳速度都存在区域差异。然而，图 ES 1（a） 中差异的规模表明，电气化可能是美国首选的一般方法，即使当地条件可能导致建筑物中的电气化和生物甲烷在某种程度上结合。

我们还评估了具有雄心勃勃的脱碳目标的寒冷气候地区的峰值情景示例，以比较使用生物甲烷或低碳发电资源收费的电力储存来满足峰值供热需求的影响。在这里，我们发现建筑物中生物甲烷的减排成本仅略高于电网规模的电池存储。然而，另一种替代燃料——氢气——被发现是减少与极端峰值电力需求相关的排放的最具成本效益的方法（图 ES 1（b））。

图 ES1（左）。难以脱碳的建筑最终用途的 CO2 减排方案的成本

图 ES2 （右）。峰值供热需求脱碳方案的成本

必须使用标准化方法评估替代燃料的生命周期排放

生物燃料的生命周期排放包括与生产相关的排放——包括增加的排放（例如，由于土地用途变化或肥料使用）和原料生长过程中从大气中抽出的二氧化碳——以及与燃烧它们用于最终用途相关的排放。对于氢气和合成燃料，排放量因生产方法而异，尤其是在氢气电解的情况下，取决于电力供应的排放系数。任何碳氢化合物的替代燃料在燃烧时都会产生温室气体排放和影响健康的空气污染。此外，如果使用即用型替代燃料作为天然气替代品，那么目前在天然气输配系统中发生的甲烷泄漏将继续是一个重要的排放源，除非采取措施大大减少整个系统的泄漏。编译 陈讲运

供应规模可能会限制替代燃料的潜在作用

在难以脱碳的行业，替代燃料的总供应量可能明显小于当前化石燃料的需求。即使在对替代燃料供应的乐观预测下，我们的分析表明，替代燃料可以满足当前化石燃料使用量的 12% 或 64% 难以脱碳的化石燃料使用量。我们的分析还表明，只有在有限的情况下，替代燃料才可能比电气化更具成本效益。因此，最终用途电气化和低碳电力可能仍将是整个经济能源脱碳的基石。

运输、工业和发电等难以脱碳的最终用途可能是替代燃料的更好用途

对于电气化技术障碍的能源部门脱碳，替代解决方案有限：长途或重型运输、高温工业过程和季节性变化的发电（IRENA 2024;Finkelstein、Frankel 和 Noffsinger 2020 年）。与将这种有限的燃料供应大量用于建筑物相比，优先考虑替代燃料的这些能源需求可能会降低排放和成本。

难以脱碳的建筑最终用途的最佳方法将取决于生物甲烷供应如何发展

生物甲烷与电气化相结合可以减少当前建筑中 8% 的化石燃料使用量的排放量，这些化石燃料被我们归类为难以脱碳（例如，寒冷气候、高峰空间供暖需求和大型多户住宅建筑中的集中供暖），而减排成本低于 EPA 计算的温室气体排放的社会成本（美国环境保护署 2023 年）。然而，我们发现，与生物甲烷相比，将这些能源需求电气化可以以更低的减排成本进一步减少排放：换句话说，即使对于电气化更具挑战性的最终用途，生物甲烷通常也不太可能成为首选方法。在任何需要维护天然气系统的情况下，天然气基础设施的泄漏都会显著增加生命周期排放。由于甲烷是一种比二氧化碳更有效的温室气体，因此任何脱碳战略，包括通过现有天然气基础设施公用事业输送天然气或替代燃料，也必须优先考虑减少天然气泄漏。然而，减少天然气泄漏会带来巨大的成本，尤其是当任何经济范围的脱碳方案都可能显着减少天然气销售以收回这些投资时。

替代燃料还可以通过负载跟踪发电来支持建筑脱碳

电气化的建筑供暖需求将导致中度至寒冷气候下的电峰值显着增加。使用生物甲烷作为建筑物的二次热源可以减少满足高峰供热需求所需的电力供应。此外，低碳氢可以提供长期的储能和发电，以满足更大的电气化驱动的峰值需求。这两个例子都说明了电气化和替代燃料的结合如何促进脱碳。

政策措施可以推动高效替代燃料解决方案的市场增长

可再生燃料标准一直是运输中替代燃料的重要政策驱动力，支持生物燃料生产的快速增长。最近，对清洁供热标准的日益重视可能会为推动建筑脱碳的增长提供类似的模式，包括替代燃料。诸如此类的政策措施可以影响特定行业或燃料类型的替代燃料市场的发展。其他政策措施，如碳定价，可能有助于各行业替代燃料使用的增长。

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