要将全球温升控制在1.5°C以内，就必须在2050年前实现温室气体净零排放。
鉴于能源消耗和工业流程占全球二氧化碳排放的80%以上，必须要对整个能源系统进行全面脱碳。为此，一项基本要求是从当前以化石燃料为中心的模式转向高度可再生和电气化的能源系统。现有的相关研究强调，电气化、大规模可再生能源开发以及效率提升是实现脱碳的关键技术解决方案。
图1展示了全球与能源相关的二氧化碳排放情况，以及主要经济行业的脱碳措施。部分行业，如建筑和轻型公路运输，几乎可以完全依靠电气化来实现脱碳。这些电力全部来自水能、风能和太阳能等可再生能源。然而，炼钢和水泥生产等重工业需要电气化以外的解决方案，至少在高温加热和工业原料需求方面是如此。此外，大多数重型运输设备，尤其是在航空业和航运业，都需要高能量密度的燃料，这使得它们难以实现电气化。
因此，就需要通过清洁来源（低碳电力电解或有减排措施的化石燃料）生产的氢能作为补充，助力实现大幅减排。例如，氢能可用作初级炼钢的还原剂，用作生产其他分子（如合成燃料和化学产品）的原料，或用作生产热能和电力的能源。
除生物质和沼气以外，清洁氢能在重工业中也有重要的脱碳潜力。它能克服电气化的缺陷，帮助重型公路运输行业实现脱碳。然而，由于能量密度较低，氢不太适合用作航空燃料或船用燃料，因为飞机或船舶上的大多数设备都需要在小体积的燃料箱内产生较高的能量密度。
因此，这些重型运输行业的脱碳将依赖低碳燃料——生物燃料和合成燃料，此等燃料与化石燃料的特性相似，但却是以低碳原料制得。
航空和航运作为两大最“难减排”的行业，每年各排放约10亿吨二氧化碳（ 1 GtCO2 /年，约占全球二氧化碳排放量的6% ）。作为重要的温室气体排放源，这两大行业的脱碳尤其具有挑战性：钢铁和化工等行业可以通过将生产转移到清洁能源丰富的地区，然后进口终端产品来控制排放；但航空业和航运业的排放却无法转移，飞机在全球各地飞行，船舶在全球各地航行，直接向大气排放温室气体。因此，它们无法像其他行业能进行供应链优化，南宫28只能迎头解决排放问题。这就必须采取多方面的措施，包括提高飞机和船舶的效率、优化物流，以及最重要的，使用生物燃料和合成燃料等更清洁的燃料取代传统的化石燃料。
生物柴油、生物煤油和生物乙醇等形式的生物燃料是从植物生物质、农业残留物甚至藻类等有机材料中提取的可再生燃料。这些燃料在燃烧时释放出的二氧化碳，要么被生物质在生长阶段所吸收，要么被自然排放。其生产过程中没有产生其他排放，生物燃料因此被认为是碳中性燃料。这种封闭的碳循环有助于减缓大气中二氧化碳的净增加，使生物燃料成为一种有吸引力的可持续替代燃料。然而，可持续生物燃料的供应有限，因此需要其他燃料作为补充，尤其是在航空业和航运业。
合成燃料是以氢为原料，通过化学反应生产的液体或气体燃料。如果使用低碳原料（包括氢气）和能源进行生产，那么这些燃料可被视为传统石油产品的清洁替代品，能够减少运输部门的二氧化碳排放。在合成燃料中，氨、甲醇和合成煤油被广泛认为是最有希望助力航空业和航运业实现脱碳的解决方案。氨可以通过哈伯-博施反应从氢气和环境中的氮气生成（见图2）；合成甲醇和合成煤油分别由二氧化碳和氢气通过甲醇合成反应和费托合成反应合成。
尽管氨中不含碳元素，碳氢化合物（如甲醇和合成煤油）的燃烧会产生二氧化碳排放，这些二氧化碳又可用于这些燃料的生产合成。如果这种二氧化碳产自生物源，或是经过化学工艺（如直接空气捕获，DAC）直接从空气中捕获，那么就可以被认为是低碳燃料甚至气候中性燃料。在这些情况下，燃料燃烧排放的温室气体会在碳循环中被捕获的/生物源二氧化碳所抵消。
总之，具有高能量密度的低碳燃料（例如生物燃料和合成燃料）对于实现最难消减部门的去碳化至关重要。他们可作为电气化和氢能的补充，助力那些难减排行业实现脱碳。
但是，未来的低碳燃料市场及其兴起却在关键的技术选择、燃料发动机组合以及这些燃料及其原料的来源方面面临着多种不确定性。低碳燃料相对容易运输，也就极有可能显著影响并重塑未来能源贸易，因此很有必要对燃料供应路径进行前瞻性评估，从而最大化这些燃料的整体潜力。
在本报告中，德勤预测并展望了低碳燃料的未来发展，以及其在净零情景下对于航空业和航运业实现脱碳的作用。
航空业和航运业脱碳依赖于类似的战略和行动举措。首先，需要转向温室气体排放量更少的交通模式，同时改变消费者行为，以限制潜在的需求增长。其次，通过提高物流和运营效率以及技术（物理）效率，进一步减少燃料消耗。
效率提升和行为改变都能迅速带来显著的燃料节约，因此对于减少碳排放具有重要作用。但是，这些措施并不能完全消除二氧化碳排放，实现气候中性还是需要将传统化石燃料替换成低碳燃料。
大部分航空运输为客运，按计费吨公里当量（RTKeq）计算，货运约占20% 。30受经济增长和航空运输成本下降的影响，航空业近年来迅速发展（2010年至2019年间，客运和货运分别增长约70%和40%）。30此种增长趋势还将继续，因为交通模式转变和采取减量措施等行为手段预计无法弥补航空需求的增长。
2023年至2050年间，总航空运输量预计将增长2.5倍，年均增长率为4%。32 这主要得益于全球（尤其是新兴国家）的人口和经济增长，以及商业、旅游和国际合作带动的全球互联性增强。
2022年，飞机的平均燃油消耗量为12.1MJ/RTKeq，几乎仅为2000年代初期的一半。这一显著改善，主要得益于数十年来燃油效率的不断提高——从1960年到2019年，年均提高1%。从短期来看，由于新飞机的能效比现有机型高15%左右，在机队中逐步应用新一代飞机技术，可以提高效率。但考虑到新飞机设计项目数量较少，预计到2030年代中期，已交付飞机的效率可能不会出现明显的飞跃式变化。德勤根据分析预测，从2022年至2035年，燃油效率每年将提升1.1%（见附录2）。
从长远来看，目前在空气动力学（如混合翼机身、主动气流控制）、喷气发动机（如开式转子技术）以及通过先进复合材料实现轻量化等方面取得的科研进展，预期可使下一代飞机的效率比目前机型提高30%。通过在机队中逐步应用这些技术，预计在2035至2050年间，技术效率可实现每年1.5%的提升。
与此同时，在2050年之前，运营措施（如有效载荷最大化和航线优化）带来的效率提升，可助力每年减少0.45%的燃料消耗（见附录2）。综合技术带来的效率提升，我们预计飞机的平均燃油效率在2022至2035年间将每年提高1.6%，从2035年起每年可提高近2%。因此，相比于2022年，到2035年和2050年，飞机的平均燃油消耗将分别减少18%和39%。
鉴于燃油效率的提升不及航空运输需求的增长，在燃油脱碳尚未实现的情况下，航空业的温室气体排放将会增加。
目前，由化石煤油提炼的喷气燃料几乎满足了所有的航空能源需求，造成了大量的温室气体排放。实现气候中性意味着需要摆脱化石燃料，航空业也不例外。 目前航空业有两种可行的替代燃料选择：一种是采用需要对飞机设计和推进技术进行重大改变的燃料，如电池和氢气；另一种是使用生物燃料或合成燃料等即用型燃料替代传统燃料。
氢能和电池驱动的飞机仅支持轻量化、短距离的航空运输，因此只能在很小程度上取代化石燃料。航空业实现燃料转型的关键途径是使用可持续航空燃料（SAF），这种燃料在化学和物理特性上与传统的基于煤油的喷气燃料极其相似。只需将其注入现有的基础设施和发动机，便可直接作为传统燃料的替代品。低碳航空燃料仍处于早期发展阶段。德勤预测，其大规模发展将从21世纪30年代开始。到2030年，化石燃料在燃料组合中仍占90%左右（13.2艾焦耳），到2050年将降至约20%（3.7艾焦耳）。
由于与大多数设备的兼容性有限，氢能和电力的直接使用仅限于于特定区域范围内，到2050年分别只占最终航空能源消耗的7%和3%。可持续航空燃料，到2040年和2050年将分别占航空能源消耗的43%和70%，是航空业实现脱碳的关键因素。在各种低碳燃料中，生物煤油发展最快，将在2030年前超过1.2艾焦耳。但其应用却受限于生物质原料的供应（见文本框1）。这就使得合成煤油到2050年将成为主要低碳燃料来源，几乎占2050年航空燃料供应量的40%（6.8艾焦耳）。因此，航空业的二氧化碳排放量在2030年前都将保持稳定，到2050年降至2.4亿吨，相比目前的排放量下降75%（见图3）。
航运在全球贸易中扮演着至关重要的角色，占全球货运量的80%以上。47在经济增长和全球化的推动下，预计在2050年以前，航运需求将以近2%的年均增长率稳步增长（以吨公里为单位计）。48航运业应用场景广泛，拥有多个细分市场，各应用场景和细分市场都有自己的船舶设计要求和形态、航线特征及所面临的脱碳挑战。然而，从排放量来看，约75%的排放来自油船、干散货船、杂货运输船及集装箱船的长途货物运输。49 与航空业一样，航运业的脱碳也有赖于效率提升措施、消费者行为改变以及转向更为清洁的能源。
由于每艘船舶承载的货运量大（通过优化物流）且航速相对较低，航运在运输每吨公里货物时的能耗显著低于其他货运方式：大约为0.1兆焦耳/吨公里，这比卡车运输能效约高10倍，比航空运输能效约高100倍。然而，航 运 领 域 的 能 效 仍 存 在 改 善 的 空 间 ， 国 际 海 事 组 织（International Maritime Organization）据此设定了一项高 标 准 的 能 效 指 标 —— 船 舶 能 效 设 计 指 数 （ Energy Efficiency Design Index），要求2025年以后投放市场的所有新船舶，其能效须比2000年至2010年期间交付的船舶提高30%。
提高能效的措施主要集中在优化流体力学（例如，船体设计和空气润滑）及提升推进效率（如发动机余热回收及长远来看的风力辅助推进）方面。然而，由于船舶的使用寿命较长（超过30年），在现役船队中集成最新的技术改进是一个渐进且缓慢的过程。预计到2050年，船队的更新升级及新船的添置将助力技术能效每年提高约0.7%（见附录2）。
从短期来看，最有可能实现航运能效提升的路径在于优化运营。借力数字化及先进软件技术的发展，对货运承载、航线以及航速进行优化，能够显著降低整体能耗，单艘船舶的能效最高可提高38%。综合运用技术和运营两方面的能效提升措施，预计航运能源强度在2022年至2030年期间将下降13%，到2050年将降至0.06兆焦耳/吨公里以下，相当于船队平均能效将在现有水平上提高三分之一。
与航空业一样，航运业通过技术进步和运营优化预期实现的能效提升，可能会被不断增长的需求所超越。因此，航运业脱碳需要转向清洁能源。虽然电力和氢能可以为部分船舶提供动力，但对于国际航运中常见的长途航运需采用液体燃料，因为其具有较高的能量密度及卓越的长期储存能力。南宫28只有那些可频繁停靠港口充电的小型船只，如渡船和沿海船舶，才适合进行电气化改造。尽管氢能的质量能量密度高于电池，但由于其体积能量密度较低，以及液化储存成本较高，对于长途航行而言并不实用。因此，根据德勤的展望，到2050年，在航运业能源消耗中，电力和氢能将分别达到0.4艾焦耳（3%）和1.3艾焦耳（10%）。液体生物燃料因其与现有的发动机和基础设施兼容，可作为航运的一种可行选择。到2030年，在航运燃料供给中，生物燃料占比将达到6%（0.6艾焦耳），这主要得益于与化石燃料混合使用。然而，对可持续生物质的激烈跨行业争夺限制了它们的大规模应用（见文本框1）。生物燃料在航运业中的使用量增长速度在2030年之后会放缓，到2050年在整个行业的燃料消耗中的占比将达到13%（1.7艾焦耳）。
在航运领域，领先的燃料脱碳方案当属合成液体燃料，特别是甲醇和氨。预计到2050年，这两种燃料合计将占航运燃料消耗量的70%（8.9艾焦耳），届时将带动二氧化碳排放减少6亿吨（图4）。甲醇和氨均不是即用型燃料，它们的采用需要新型推进发动机的研发，以及相应的基础设施和供应链建设。因此，将甲醇和氨纳入燃料结构中，需要在整个航运生态系统中进行长期规划并进行协同投资。该行业最终会主要选择氨还是甲醇，亦或者采用更为均衡的多燃料技术路线目前尚不可知（有关氨和甲醇的详细对比，请参阅第3.1节文本框3）。由于担心资产搁浅，这种不确定的环境可能阻碍对相关基础设施的投资。
合成燃料的生产尚未实现大规模部署，这一进程依赖于清洁氢的可用性，以及对于烃类合成燃料的生产而言，还需确保的可持续二氧化碳的可用性。虽然电解制氢技术成熟度较高，前景广阔，但其储存和运输相关的挑战阻碍了其广泛应用和规模化发展。虽然点源二氧化碳捕获技术早已实现工业规模部署，但像直接空气捕获这样的碳移除技术，由于其处于发展初期而存在极大的不确定性，导致人们对其是否能够确保充足的可持续二氧化碳供应存疑。合成燃料生产技术的成熟度参差不齐，也意味着并非所有合成燃料均已经过认证可用于现有发动机。获得认证需耗费数年，导致投资者和潜在承购商可能会对未经认证的合成燃料持观望态度。此外，对于某些合成燃料（如氨和甲醇）而言，其相应的下游技术（尤其是航运领域的发动机技术）同样处于早期发展阶段，这进一步扩大了不确定性（见图7）。这些不确定性可能会给航空业和航运业的整个供应链带来巨大的技术风险（如性能不佳、成本超支和施工延误），从而增加财务成本，影响投资决策。此外，对于氨和甲醇等非即用型燃料，燃料供应、基础设施开发及兼容发动机技术之间的互依性部署时间表（三重 “鸡与蛋” 困境）进一步加剧了现有挑战，提高了与之相关的风险溢价。
