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为什么汽车的未来是电动的?

麦肯锡       2021-12-10

尽管车辆电气化的挑战依然存在,但值得争取的机遇也摆在眼前。这在城市尤其明显,排放、拥堵和安全是当今的主要问题。如果现状持续下去,随着人口和GDP的增长推动汽车拥有量和车辆行驶里程的增加,交通问题将加剧。作为回应,交通行业正在推出一系列为城市道路设计的令人眼花缭乱的创新,例如移动即服务、先进的交通管理和停车系统、货运共享解决方案以及两轮或三轮的新交通概念。

当前从根本上改变我们交通方式的机会来自三个主要领域的变化:法规、消费者行为和技术。

法规。政府和城市出台了法规和激励措施,以加速向可持续交通的转变。全球监管机构正在制定更严格的排放目标。欧盟提出了“Fit for 55”计划,该计划旨在协调气候、能源、土地使用、运输和税收政策,以便到2030年将温室气体净排放量减少55%以上,而拜登政府提出了到2030年电动汽车占50%的目标。除了这些要求之外,大多数政府还提供电动汽车补贴。

城市正在努力通过为自行车等替代出行方式提供更多支持来减少私家车的使用和拥堵。巴黎宣布将投资超过3亿美元更新其自行车网络,并将50公里的汽车车道改造成自行车道。许多城市地区也在实施汽车通行规定。欧洲已有150多个城市针对低排放和污染紧急情况制定了准入法规。

消费者行为。随着越来越多的人接受替代性和可持续的出行方式,消费者的行为和意识正在发生变化。使用共享单车和电动滑板车的市内出行同比增长60%,最新的麦肯锡消费者调查显示,与疫情爆发前相比,疫情后世界的平均自行车使用量(共享和私人)可能增加10%以上。此外,消费者对共享出行选择越来越开放。超过20%的受访德国人表示他们已经使用拼车服务(6%每周至少使用一次),这有助于减少车辆行驶里程和排放。

技术。行业参与者正在加快汽车技术创新的速度,因为他们开发了电动、互联、自动和共享移动的新概念。在过去十年中,该行业吸引了超过4000亿美元的投资,其中约1000亿美元是自2020年初以来的投资。所有这些资金都针对致力于电动化移动、连接车辆和自动驾驶技术的公司和初创企业。此类技术创新将有助于降低电动汽车成本,并使电动共享出行成为拥有汽车的真正替代方案。

电气化将在移动行业的转型中发挥重要作用,并为所有汽车细分市场带来重大机遇,尽管变化的速度和程度会有所不同。为了确保电动汽车的快速、广泛采用,在市场上推出新的电动汽车是重要的第一步。此外,从电动汽车制造商和供应商到融资机构、经销商、能源供应商和充电站运营商,整个移动生态系统都必须努力使转型成功。

一、乘用车动力系统的未来是电动的,转型正在进行中

乘用电动汽车采用的临界点发生在2020年下半年,尽管新冠肺炎疫情造成了经济危机,但电动汽车在主要市场的销售和渗透率加速增长。欧洲率先实现了这一发展,由于原始设备制造商(OEM)更严格的排放目标和对消费者的慷慨补贴等政策要求,电动汽车的采用率达到了8%。

2021年,讨论的重点是内燃机()汽车销售的结束日期。欧盟和美国的新监管目标是到2030年电动汽车的市场份额至少达到50%,一些国家已宣布在2030年或2035年加速实施内燃机销售禁令。一些整车厂已经表示,他们打算停止投资新的内燃机平台和车型,更多的整车厂已经确定了停产内燃机汽车的具体日期。消费者的观念也转向了可持续交通,超过45%的汽车客户考虑购买电动汽车。

然而,电气化的持续加速给原始设备制造商、他们的供应链和更广泛的电动汽车生态系统带来了巨大压力,以实现这些目标。这在建立所需的充电基础设施方面尤为明显。

二、到2035年,最大的汽车市场将走向电动化

监管压力和消费者对电动汽车的吸引力因地区而异。欧洲主要是一个高补贴的监管驱动市场,而在中国,尽管激励措施减少,但消费者的吸引力非常强。在美国,由于监管压力和消费者兴趣有限,电动汽车销量增长缓慢,尽管在新政府的领导下监管趋势将发生变化。

在全球范围内,我们预计EV(BEV、PHEV和FCEV)在目前预期的监管目标下,采用率将达到45%。然而,即使是这种变革性的电动汽车增长前景也远低于实现净零排放所需的水平。到2030年,电动汽车将需要占全球乘用车销量的75%,这将大大超过该行业当前的发展趋势和速度。

我们相信,欧洲作为一个具有积极消费需求趋势的监管驱动市场,将实现最快的电气化,并有望在电动汽车市场份额方面保持全球电气化领先地位。除了欧盟委员会要求到2030年电动汽车销量达到60%左右的目标之外,一些国家已经宣布到2030年终止内燃机汽车的销量。有7个OEM品牌承诺到2030年在欧盟地区实现100%的电动汽车销量。在最有可能加速的情况下,消费者采用率将超过监管目标,到2030年欧洲将达到约75%的电动汽车市场份额。欧盟宣布了到2035年新车零排放的目标。

中国也将继续看到电气化的强劲增长,并仍是绝对最大的电动汽车市场。尽管电动汽车补贴较低,而且内燃机汽车的销售也没有正式结束日期,但消费者的吸引力仍然很强。然而,政府的双积分政策导致了电动车在OEM投资组合中的份额增加。我们的模型表明,在加速情景下,2030年中国电动汽车的新车销售份额将超过70%。

在美国,拜登政府宣布了到2030年实现50%的电气化目标,大力投资充电基础设施,以及更严格的车辆排放目标。电动汽车的普及主要来自加州和其他遵循CARBZEV法规的州的监管支持。美国原始设备制造商支持电气化目标,并已宣布到2035年禁止内燃机汽车,这意味着美国将跟随欧洲和中国在电动汽车普及方面的步伐,只是略有延迟;在加速的情况下,预计将超过目前的监管目标,到2030年达到65%的电动汽车销量。

三、电动汽车转型将比汽车行业更具颠覆性

在欧盟,到2030年实现约75%电动汽车销量的加速情景将对整个电动汽车价值链和生态系统产生影响。与此同时,该行业必须对车辆的整个生命周期进行脱碳,以接近净零目标。

现有汽车供应商需要将生产从内燃机汽车转向电动汽车。欧洲将不得不建造大约24个新的电池超级工厂,以满足当地乘用电动汽车电池的需求。到2030年,将有超过7000万辆电动汽车上路,该行业将需要安装大量公共充电器并为其提供维护操作。可再生电力产量需要增加5%才能满足电动汽车充电需求。最后,纯电动汽车生产的排放量必须下降,因为目前纯电动汽车生产的排放量比内燃机汽车车辆高80%。

四、电气化将引发整个汽车供应链的重大转变

汽车行业向电气化转型将扰乱整个供应链,并导致汽车零部件市场规模发生重大转变。到2030年,电池和电力驱动等电气化关键部件以及光检测和测距(LiDAR)传感器和雷达传感器等自动驾驶的关键部件可能会占市场总规模的52%。到2030年,仅用于传统内燃机汽车的部件(包括变速器、发动机和燃油喷射系统)的份额将大幅下降至11%左右,约为2019年水平的一半。如此剧烈的转变将迫使传统零部件厂商迅速适应以抵消收入流的减少。颠覆的规模将是巨大的:根据慕尼黑经济研究所(Ifo)的数据,到2030年,德国汽车行业将有超过100000个工作岗位发生变化。

五、欧盟宣布的电池产量可能会超过需求

根据已公布的建设计划,我们预计到2030年,欧洲的电池产能将增加20倍,达到965GWh。假设到2030年全部建成,欧洲应该能满足874GWh的预期需求。纯电动车乘用车和商用车将满足90%的电池需求。虽然理论上公布的产能似乎会跟随并匹配需求,但在现实中,由于巨型工厂的生产问题、通常的产量增长缓慢、供应链碎片化以及OEM合同缺乏灵活性,可能会出现临时的实施风险。因此,在加速采用电动汽车的情况下,中期内电池需求将非常接近于超出宣布的供应量。未来10年,我们预计采矿业将放缓,其他地缘政治和供应链危机将周期性地爆发,导致镍和锂等大宗商品价格出现短期飙升。

电池生产正在向汽车装配厂迁移。十年前,几乎所有的电池都是从亚洲进口的,而今天的区域生产中心就在东欧。此外,在德国、英国和法国等主要汽车生产国以及挪威和瑞典等低碳排放环境中,将有多家工厂投产。

除了来自亚洲的现有电池厂商在欧洲设立办事处外,一些全新的公司正在进入这一领域。电池采购的一个关键发展涉及原始设备制造商从电池组和模块到电池生产的逆向整合,主要以与电池制造商合资的形式。OEM的后向整合计划是由于他们不断增长的电池需求,对控制和供应的渴望,以及将汽车价值创造的重要部分留在内部的野心。整车厂也在寻找差异化的领域,电池技术、耐久性和性能被视为最重要的评估标准。

原料和电池组件的生产遵循电池工厂国产化的趋势。然而,这有一个时间差,只有一些所需的原材料可以在欧洲当地采购,包括镍、钴、锂和石墨。因此,公司必须在全球范围内竞争,以确保所需的数量,并按照环境、社会和治理(ESG)标准可持续地进行。尽管所有四种大宗商品都必须迅速上涨,未来价格可能出现波动,但在中短期内,镍可能是承受最大压力的大宗商品。

六、需要加快充电基础设施建设

随着电动汽车的普及,充电基础设施的建设需要加速,以避免成为潜在的瓶颈,并限制消费者驱动的电动汽车的采用。在未来10年,与电动汽车同步建设充电基础设施将至关重要。

虽然第一代电动汽车购买者主要依赖私人充电(2020年,欧洲80%的电动汽车购买者可以使用私人充电),但下一代将依赖公共充电。超过50%的欧洲人将居住在没有私人充电器接入的多户住宅中,公共充电器将确保电动汽车在长途旅行中的实用性,而潜在的电动汽车购买者仍然认为这是一个主要问题。

同样,在私人住宅中安装充电器的监管流程需要简化,而且壁挂盒的生产能力必须提高。除了建立基于需求的覆盖之外,公共充电器还需要扩大生产规模和简化监管(在缩短许可和建设时间方面)。

我们估计,到2030年,该行业每周需要在欧盟内安装超过15000个充电器。需要简化法规以促进充电器选址,因为目前获得快速充电站电网扩展的批准可能需要长达三年的时间。确保欧盟范围内的公共充电覆盖对于避免充电器仅位于有利可图的地点至关重要。

到2030年,电动汽车有望平均占欧洲电力需求的5%以上。重要的是通过“管理充电”减少高峰负荷期间的充电,以车辆到电网(V2G)技术作为推动因素来控制充电时间、持续时间和强度。在适当管理充电设备以及在非高峰时段充电的情况下,客户对电网的大部分影响将得到缓解。

七、达到净零也意味着电动汽车生产脱碳

减少运营中的乘用车的二氧化碳当量排放有一条清晰的道路。国际清洁交通委员会(ICCT)最近的一份分析报告指出,根据欧洲目前的平均能源结构,从内燃机汽车到纯电动汽车的转变将减少整个生命周期的二氧化碳排放约65%,而完全绿色电力将减少83%。

随着电力供应的发展和为更多的电动汽车使用绿色能源充电变得可行,材料和生产将成为电动汽车生命周期中的主要排放源。今天,与内燃机汽车相比,电动汽车的排放强度高出近80%,这主要是由于电池和车辆的铝含量较高。

在旨在减少材料排放时,有两个主要问题很重要:一是增加回收内容。用可回收的替代品代替原始/初级材料将节省与初始原材料产生相关的大量排放。用回收材料代替30%的主要材料可以节省15%到25%的生产排放。然而,回收材料的使用带来了多重挑战。此外,多个行业有兴趣使用再生材料来实现其脱碳目标,这将导致供应瓶颈和几种再生材料的价格上涨。二是转向绿色原料。使用低碳/无碳工艺生产的初级材料,可以实现低排放足迹的高档材料。这种方法的例子包括通过水力熔炼惰性阳极铝或在电弧炉中通过氢基直接还原铁生产钢。如果采用2030年的技术,可以减少目前80%-90%的物质排放。主要的方法包括通过使用可再生电力对原材料精炼过程脱碳,以及通过电气化对成型和其他高能制造过程脱碳。

虽然电力资源的转换很简单,但从现在的流程到完全避免二氧化碳排放的生产路线的转变,而不是捕捉或逐步减少它们,将需要在工厂和设备上进行大量投资。对绿色材料的可预测需求以及供应商和买家之间的长期承诺将有助于在未来10年克服这一障碍。

如果将这两种方法结合在一起,到2030年将生产出相当于目前生产量10%-30%的汽车。虽然这是一项具有挑战性的成果,但这是实现绿色协议的必要条件。然而,当原始设备制造商试图降低价格以提高消费者的兴趣和实现可持续的长期利润时,供应链脱碳和实现“Scope3”的减排可能会导致汽车成本上升。

八、与1990年相比,2030年交通运输减排55%的目标需要采取更严厉的措施

如果道路运输部门希望按照Fitfor55计划的要求,到2030年实现与1990年相比减少55%二氧化碳当量的排放目标,当前的法规和目标是不够的。

然而,从脱碳的角度来看,乘用车比其他行业有一个优势:从拥有总成本的角度来看,目前在一些国家,零排放的选择(例如纯电动汽车)比目前的替代选择(内燃机汽车)更便宜;最晚到2025年,在没有激励措施的国家可以达到这一点。但在大多数其他行业,脱碳会增加生产者和消费者的成本。然而,由于欧洲的平均车龄为10年,因此电动汽车的销量需要时间才能对停车场产生影响。因此,目前的销售法规不足以实现到2030年排放量比1990年水平减少55%的目标。

弥合这一差距将需要采取进一步措施,针对车辆停车场的二氧化碳当量排放。通过减少私家车公里数、增加共享出行以及改变消费者对步行/骑自行车的看法,可以减少内燃机汽车行驶公里数。同时,最有效的手段是加快内燃机汽车的周转,并通过例如针对旧内燃机汽车的“旧车换现金”计划从车队中淘汰高污染的内燃机汽车。减少内燃机汽车二氧化碳当量排放的另一种方法是增加生物燃料和电子燃料的份额。然而,大部分生物燃料和电子燃料供应将用于海洋/航空和商业道路运输的脱碳,目前仅存在有限的零排放替代品。

电动汽车时代即将到来,我们在交通部门脱碳方面走在正确的轨道上,但需要采取更多行动。这是一场以前所未有的速度发生的行业变革。它还跨越行业边界,涉及能源、基础设施、交通和汽车业者。尽管这是一项重大挑战,但对于现有企业和新参与者来说,它代表着一个巨大的机会,可以在创造数十亿的新产业和就业机会方面发挥主导作用。关键是通过创新技术和适当引导的交通转型将可持续性与经济可行性结合起来。


关键词:电动汽车;交通;脱碳