绿色革命：从生命周期角度看待新能源车助力实现可持续发展 | ClimateNow

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全球气候变化形势日趋严峻，给人类社会可持续发展带来巨大挑战。为使全1.5℃温控目标可及，低碳转型发展已经成为了社会基本共识。 根据国际能源署（IEA）的数据显示，交通运输行业为全球第二大碳排放部门，碳排放量贡献达到25% 。目前，对于公路交通、航空、水运而言，化石燃料依然是最主要的动力来源，而对于能源的高需求也会带来大量碳排放。

极端天气频发（彭天铎助理研究员分享）

就中国而言，交通运输领域碳排放占全国终端排放的15%左右，占比远低于其他发达国家，亦低于全球平均占比。 但是，伴随着我国城镇化进程，不断增加的交通运输服务需求加剧了交通运输行业的能源消耗，导致其能耗增速高于全社会能耗的增速，成为我国用能增长最快的领域之一 。统计数据显示，“十三五”期间，我国成品油实际产量从3.67亿吨增长至4.26亿吨，年均增幅达4.1%；表观消费量从5.57亿吨增长至7亿吨，年均增长5.4%。

在交通部门中，道路运输行业作为能源消费比重最大的领域，在近年来呈现快速发展态势。 从传统化石燃料到新能源的转型是道路交通深度脱碳的必由之路。在这种情况下，电动汽车市场蓬勃发展 。根据IEA统计，2022年全球电动汽车销量为780万辆，同比增长68%，占所有新售汽车的10%。中国、欧洲、美国等主要市场都出台了一系列的政策支持和激励措施，推动电动汽车的技术创新和市场普及。同时，全球也在加快充电基础设施的建设，为电动汽车提供便利的服务。

除电能外，发展氢能也被认为是未来实现能源转型和应对气候变化的重要手段。目前全球氢能产业呈现高速扩张态势。氢能在交通领域的主要应用是氢燃料电池汽车，根据IEA统计显示，截至2021年底，全球燃料电池汽车存量已经超过了5.1万辆，较2020年底的3.3万辆增长超过50%，创下了历史最高纪录，交通已经成为氢能应用扩张最为迅速的行业。

我国新能源车政策主要分为三个时期：以示范推广项目为主的萌芽起步期（2001 – 2009年），补贴及保障政策刺激行业快速发展的飞速发展期（2010 – 2016年），后补贴时代行业出清的细化调整期（2017年 – 至今）。在萌芽期中，最初的研发开端为2001年4月科技部颁发的“电动汽车重大科技专项”；产业化开端为2009年3月国务院印发的《汽车产业调整和振兴规模》，启动了国家新能源车示范工程。在发展期中，关键性政策为2012年6月国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，明确了以纯电驱动为新能源汽车发展的主要战略取向。随后不同部门逐渐推出了相应的补贴、税收减免、配套设施建设等保障完善型政策。在调整期中，关键性政策为2016年底多部门联合发布的《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，全方位提高了对新能源车本身及市场的要求。后续相关政策规定细化调整了相应管理方案并提出了更合理的目标，将整个新能源车的火热市场冷静降温，使之稳定运行。

随着新能源车的蓬勃发展，其环境影响也受到热烈讨论。很多人认为新能源车比燃油车更环保，因为新能源车在行驶过程中没有尾气排放，但这忽略了其生产制造和回收等过程中消耗的资源和产生的废弃物。

生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）是一种系统分析产品或服务在其整个生命周期内潜在环境影响的方法。国际标准化组织对其的定义为“一种评价产品从原材料，到生产、运输、使用及最终处置阶段的环境影响的工具”[1]。LCA方法有助于我们了解产品或服务真正的环境影响，只有完整地考虑汽车全生命周期的环境影响，我们才能够更加全面地比较燃油车和新能源车，回答新能源汽车是否更加环保这个问题[2]。

Sarathy等人总结了利用LCA分析不同类型车辆环境足迹的常用方法和考虑因素，包括纯电池电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）、里程扩展器（REV）、轻度混合动力汽车（HEV）、燃料电池汽车（FCV）和内燃机汽车（ICEV），并梳理了现有研究结果的异同，发现通常使用阶段是能源消耗和温室气体排放的主要环节，而结束阶段对净环境足迹的影响最小[3]。考虑到未来是否能实现碳中和目标，Zahoor等人利用LCA计算了从过去5年到未来25年燃料车、新能源车和电池的市场份额、碳足迹、以及生命周期分析，指出新能源车的推广和发展需要政策、市场、技术等多方面的支持[4]。

Liang等人[5]通过LCA研究，有力回答了有关新能源车环境效益的争议。 即使是从全生命周期的角度出发，推广新能源汽车也可实现显著的区域和城市空气质量改善 。电动车推广可有效削减PM _2.5 和NO ₂ 年均浓度，夏季8小时O ₃ 浓度也可得到显著削减，空气质量改善效益在大城市核心区更加突出。研究还表明，到2030年，车队电动化可减少约17000例由于PM _2.5 和夏季O ₃ 污染暴露导致的过早死亡，而健康效益在人口密度大、空气质量效益高的城市核心区域内更加显著。 因此，交通能源转型是交通行业减污降碳协同增效的必经之路 。

我国是全球最大的新能源汽车市场，国内的新能源汽车制造企业已经在电池技术的研究和发展上取得了很大进展，例如比亚迪、宁德时代、CATL等企业已经成为了全球电池技术的领军者。同时，国际上也有很多企业在新能源汽车电池技术上进行了深入的研究和开发，例如特斯拉、LG化学、松下等。

目前，电池技术是新能源汽车技术发展的最主要着力点，尤其是电池能量密度的提升。能量密度是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。能量密度越高，新能源汽车就能够拥有更长的续航里程，更好的性能表现。目前，电动汽车电池系统（乘用车）的平均能量密度由2016年的106 Wh/kg增至2020年的146 Wh/kg（考虑NCM和LFP的平均）。而有研究表明，2030年若考虑NCM811的普及使用，可以实现360Wh/kg的单体能量密度和260Wh/kg的电池系统能量密度，减少34%的电池材料用量[6]。

电池作为新能源车的关键部件，是LCA研究的重点，尤其是主流的锂离子电池。Raugei等人分析了一种新型锂离子电池——磷酸锂钴电池的全生命周期能耗和排放，通过开发新的电池回收方法，有助于回收金属和石墨组分并实现减排[7]。不过，LCA研究也具有一定的不确定性。Picatoste等人发现当选择不同的电池化学成分、评估方法、可用清单等时，通过LCA计算得到的锂离子电池环境影响从4400kg CO ₂ eq到55,000kg CO ₂ eq不等[8]。此外，该研究还发现虽然目前80%的相关文献考虑了电池回收，但其他的策略，例如电池升级或再制造，却缺乏充分的探索和讨论[8]。

电池的生产也是电池可持续发展的重要环节。Lai等人指出要关注新能源车电池生产阶段的温室气体排放和资源风险，虽然在短期内，通过电池材料的回收和电池的再制造，可以有效地降低排放，但从长远来看，还需要开发新型环保材料回收方法和实现电力结构清洁化等多措共举[9]。

关键矿物有可能成为新的发展瓶颈。由于多数矿产资源具有不可再生性和地理分布的极度不均衡性，新能源和低碳技术上所需的非燃料矿产如锂、钴等关键矿产供应安全受到关注。随着全球碳中和约束逐步向上游供应链延伸，通过提升能效、增加可再生能源消费和资源循环利用来实现自身碳中和成为汽车产业和供应链相关企业的转型关键。

作者简介：

武若曦 ，环境学院21级直博生，研究方向为清洁交通及机动车的环境影响

宋怡 ，核研院22级普博生，研究方向为建筑节能减排

潘弈成 ，未央书院21级本科生

吴昊 ，环境学院19级本科生

刘政佐 ，探微书院20级本科生