地球的一半｜“环保”电动汽车如何做到全生命周期碳中和

电动汽车在2020年“火了”。无论是在政策、市场与投资、公众舆论层面，电动汽车都成为热门关注领域。

政策层面，全球多个国家陆续提出了实现碳中和的目标，其中交通领域的低碳化是实现总体碳中和目标的重要环节。挪威、德国、英国和日本等国家相继出台禁售传统燃料汽车的计划，中国、挪威和日本等国家也将发展电动汽车作为主要战略。

表1.主要国家汽车领域低碳化目标

市场层面，2020年全球电动汽车销量增长43%。根据国际能源署的分析，2030年全球电动汽车的销售份额将超过30%。中国、欧洲和美国作为电动汽车推广普及的先行者，到2030年这三个地区的电动汽车年销量将接近3000万辆。

虽然在长期来看，大力促进电动汽车的生产和使用是实现碳中和的重要手段，但是研究发现，电动汽车产业仍需要在生产制造环节以及使用环节进行低碳化变革，才能真正助力国家的碳中和战略。其中，至关重要的两个方面是：保障动力电池的资源绿色供应，提升充电环节的可再生能源的比例。

动力电池资源开采碳排高，需构建绿色供应链

“清洁环保”一直是电动汽车的标签，也是车企在宣传中的一张“安全牌”。但“清洁环保”只是电动汽车的部分事实，也是一个相对概念。

在上图的数据中，依据5种汽车全生命周期碳排放强度对比，可以发现纯电动汽车的全生命周期碳排放，的确比其他类型汽车略低，其中燃料周期的碳排放显著低于其他车种。但是，纯电动汽车在车辆周期的碳排放较高，无论是碳排放占比、还是绝对数值，都是5种汽车中最高的。车辆周期包括原材料获取、整车生产、维修保养等阶段。

问题主要出在动力电池上。

在动力电池的生产过程中，原材料的获取和加工阶段依然是碳排放的主要来源，约占其全生命周期碳排放的70%。三元锂电池主要原材料的平均碳排放强度如表2所示。相比于制造车身的主要材料——钢铁，生产单位质量锂、钴、镍和石墨的碳排放，普遍更高。从电池的类型来看，生产磷酸铁锂电池和三元锂电池的碳排放强度分别为109.3kgCO2/kWh和104kgCO2/kWh，对于现在市面上比较常见的容量约为60kWh的动力电池来说，生产一块电池的碳排放超过8吨。

表2. 三元锂电池中生产单位质量原材料的平均碳排放强度（以电量为26.6kWh的电池为例）。数据来源：钢铁行业对低碳未来的贡献，国际钢铁协会行动报告（2014.3），Romare, M., & Dahllöf, L. (2017). The life cycle energy consumption and greenhouse gas emissions from lithium-ion batteries. Stockholm. Zugriff am, 23, 2017. 2.

根据绿色和平“为资源续航--2030年新能源汽车电池循环经济潜力研究报告”的分析，2021年-2030年，全球范围用于乘用电动汽车电池中钴的累计使用量将超过205万吨，相当于全球已探明钴矿可开采量的30%。2030年全球动力电池中镍的使用量预计达到86万吨，比2018年的使用量增长43倍。由此可见，未来动力电池生产制造的碳排放压力不容小觑。

对于这些资源来说，仅从碳排放的角度去衡量环境影响是远远不够的，其实际开采过程中引发的生态和社会问题难以用数字来衡量。

印度尼西亚拥有全球近1/4的镍储量，是全球第一大镍矿生产国。据统计，2019年全球大约30%的镍资源产自印尼。伴随着大规模镍矿开采，每年矿业公司向印尼周边海域、河流和湖泊中直接倾倒超过2.2亿吨的矿渣。

从矿石中提取矿物的过程中会使用化学品和砷等物质，这些物质暴露在空气和水中会变成有毒物质。含混着有毒有害物质的矿渣沉入海底，不仅对当地本就濒临灭绝的珊瑚礁造成致命损害，同时也影响到依托这些珊瑚礁生存的水产品，间接影响当地居民的生产生活。

俄罗斯的Daldykan河被镍工厂排放的化学物质染成了鲜红色。 © Liza Udilova / Greenpeace

除此以外，刚果（金）的钴供应链也出现了雇佣童工、手工采矿等问题，智利阿塔卡玛盐湖开采锂矿造成其本就匮乏地下水资源几近枯竭，引起当地居民的抗议。这些案例也揭示出，电动汽车在成为低碳产品的同时，不仅会将污染转移到其他地方，还有民众的身体健康和日常生活受到不可持续的采矿行为的威胁。

作为电动汽车的生产者，汽车企业应当肩负改善产业链环境问题的主要责任。

首先，汽车企业应设置明确的绿色供应链准则，保障其各级供应商的矿产采购、原材料生产加工和产品制造过程的绿色透明。也应将产业链资源循环视为最终目标，资源循环不但可以将废弃材料再利用，同时由于使用了再生材料，能够适当减少行业对于原生材料的需求，也能降低开采原生资源给生态环境带来的不良影响。

充电环节碳排放强度占比高，改善用电结构是关键

说回到电动汽车在燃料周期的碳排放，即燃料的生产排放和燃料的使用排放两个阶段。虽然相比其他车种，电动汽车在燃料周期的排放有一些优势，但距离真正的低碳化还有很大的进步空间。

这其中的关键因素是中国的电力结构转型。电动汽车的电力来源主要是电网，因此发电技术本身的碳排放强度决定了电动汽车使用的电能的清洁程度。目前，中国电力结构依然以煤炭为主，可再生能源比例约为27%。

从下图可以看出，使用传统能源发电技术（煤、石油和天然气）要比使用可再生能源发电技术（光伏和风电等）的碳排放强度高数倍甚至数十倍。

以特斯拉 Model S 为例，以平均每百公里耗电18kWh计算，特斯拉 model S 在中国、美国、德国行驶1公里产生的碳排放分别是107.6g，70g和63g。

这三个国家的电力结构中，德国的可再生能源发电比例最高，已经超过全部电力来源的50%，美国使用可再生能源发电的比例约为1/3，其余电能主要来自天然气和煤炭。相比之下，中国使用可再生能源发电的比例接近1/3，但煤电依然是电力的最主要来源，这也是电动汽车行驶每公里碳排放较高的原因。

所以说，能源转型的程度对电动汽车的清洁程度影响巨大。尤其对于以煤炭作为主要电力来源的中国，如果想要实现交通领域提前实现碳达峰，改善电力供应结构、提高发电环节中可再生能源使用比例是关键。

与此同时，充电端企业也应在能源转型的过程中扮演推动角色，通过绿电交易、绿证购买等市场化手段采购绿电，为电动汽车的绿电使用比例带来新增量。这其中包括：开设品牌充电站与换电站的电动汽车车企以及第三方充电站企业。随着中国电力市场化改革的深入，企业采购绿色电力将获得更大空间。

作为全球交通领域实现低碳转型的重要途径，电动汽车诞生的意义不应是仅比燃油汽车清洁一点。近年来，在政策支持和资本投入的驱动下，电动汽车的发展水平明显提高，但与其技术发展速度相比，汽车使用过程中的电力结构转型程度，以及生产过程中原材料的绿色供应还远远不够。长期来看，电动汽车行业应该追求全产业链、全生命周期的绿色低碳，将目标指向100%可再生能源使用、资源减量和资源循环。

参考资料：

- 驱动绿色未来中国电动汽车发展回顾及未来展望，国际清洁交通委员会/中国电动汽车百人会，2021.1

- https://www.spiegel.de/auto/aktuell/bundeslaender-wollen-benzin-und-dieselautos-ab-2030-verbieten-a-1115671.html

- https://www.ft.com/content/5e9af60b-774b-4a72-8d06-d34b5192ffb4

- Emilsson, E., & Dahllöf, L. (2019). Lithium-ion vehicle battery production. Status 2019 on energy use, CO2 emissions, use of metals, products environmental footprint, and recycling. Report Number C, 444.

- Hao, H., Mu, Z., Jiang, S., Liu, Z., & Zhao, F. (2017). GHG Emissions from the production of lithium-ion batteries for electric vehicles in China. Sustainability, 9(4), 504.

（作者郑名扬系绿色和平污染防治项目主任）