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来源:[9]
实际在历史上,上一次交通工具的更新换代也是因为环保问题。
19世纪末20世纪初,汽车取代马车成为主要交通工具,并不是因为汽车比马车更优越,而是因为马车导致街上的马尿和马粪越来越多。
那时候,伦敦每天要清理3000吨马粪和30万公升马尿,大街常年充斥着尿骚味。“人类如何在未来一个世纪处理马粪围城问题”也称为了国际一大难题。
在这情况下,专家们开始把目光投向刚起步的汽车。当时的汽车又慢又贵,尾气排放还很严重,但与马粪和马尿相比,却更容易接受。于是汽车才被慢慢发展起来。
汽车取代马车,新能源车取代燃油车,两者的初衷都是为了地球越来越美好。但现在,随着电动车成为主流,专家也开始质疑:电动车真的环保吗?
澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学创新创业学院院长刘科曾指出:“如果中国电网67%还是煤电,那电动车是在增加碳排放,而不是在减少碳排放。只有能源结构和电网里大部分是可再生能源构成的时候,电动车才算得上清洁能源”。
那么,相比燃油车,电动车到底是否环保?我们用数据来说话。
01
汽车的碳排放主要来自哪里?
大多数人可能认为,汽车的碳排放主要来自汽车行驶过程,但这只是冰山一角。
更严谨来说,汽车行业的二氧化碳排放分三个时段,分别为使用前(原材料获取与汽车制造过程)、使用中 (汽车驾驶过程) 以及使用后 (电动汽车和燃油汽车报废之后)。
这种考量方法被国际上称为生命周期评估(Life Cycle Assessment,LCA),是通用的产品环境影响评估方法。它评估的是某一产品(或服务)从取得原材料,经生产、使用直至废弃的整个过程,即从摇篮到坟墓的过程。
要了解电动车是否环保,我们也必须采用这种方法来同时比较不同动力来源的汽车类型。
在国际清洁交通委员会(ICCT)关于比较全球燃油车和电动车全生命周期碳排放报告中,假定所有车型终生行驶里程约为20万公里,将每一阶段折算到每公里碳排后,形成下图多种SUV车型的全生命周期碳足迹。
图说:中国不同SUV车型碳排放(单位为g/CO2eq/km)
来源:[3]
在汽车使用前的原材料获取与汽车制造环节,燃油车的碳排放仅来自于整车制造(即深灰色部分),而电动车和氢燃料汽车的碳排放,除了整车制造还需要加上电池制造和氢气罐制造过程中的碳排放(即黄色和红色部分)。
值得注意的是,电池制造环节的碳排放几乎是整车制造环节碳排放的一半,由此可见电池制造有多“脏”。
汽车制造商沃尔沃也曾比较过全电动汽车XC40 Recharge和燃油汽车XC40 ICE的整个生命周期(LCA)的碳足迹。此前环球零碳在《电动汽车比汽油车碳排放更大?这个报告揭示了真相》一文中作过相关介绍。
其中发现,在燃油汽车的制造原材料获取上,碳排放量竟然比电动车低约40%。最大的区别是来源于电池。
燃油汽车的主要原材料是铝、钢铁、电子产品、聚合物和流体。而电动汽车的原材料为铝、锂离子电池模块、钢铁、电子产品和聚合物。
电动车的这部分锂离子电池模块足足增加了原材料获取阶段70%的碳排放。
在汽车使用过程的驾驶环节,从下图可以看到,蓝色为行驶过程中因燃料消耗而产生的碳排放,燃油汽车要远高于电动汽车。
但是,在电动汽车中,是否使用可再生能源的电力也大大影响着碳排放,使用绿电可以减少约100g/CO2eq/km。
图说:不同类型汽车使用阶段碳排放比较(单位为g/CO2eq/km)
来源:[3]
由于现在中国煤发电比例还比较高,用纯绿电来给电动车充电过于理想。哈尔滨理工大学蔡蔚教授曾做过一项研究,比较油耗6.31L/100km的A级燃油车从油井到车轮以及电耗14kWh/100km的A级电动车从发电厂到车轮的碳排放的情况。
研究数据显示,从油井采取原油一直到油箱,包括炼油、运输等在内的过程中,碳排放为0.2kg/L。因此对于油耗6.31L/100km的A级燃油车来说,一年行驶10000km的碳排放是0.1262t。
这并不包括开车过程燃油的碳排放。根据数据计算,这个过程碳排放为1.5t /10000km。综合以上数据,该燃油车行驶10000km的碳排放总量是1.626t。
不同于燃油车,电动车最主要是电的碳排放,包括输电及充电环节。按照平均水平来算,一般的热(煤)电厂,每发一度电,碳排放大概是0.68-0.96kg。
再按照我国2020年71%的煤电比例,从煤井到发电,到充电桩,再到电池这段过程,每消耗1kWh,大概要排放0.56-0.80kg二氧化碳,取平均值0.68kg。
那么对于电耗14kWh/100km的A级电动车来说,每开1万公里碳排放为0.952t。
由于开车过程中碳排放为零,因此该电动车行驶10000km的碳排放总量是0.952t。
通过对以上两个数据比较,电动车在该环节可比燃油车减少大约42%的碳排放。
图说:电动车与燃油车碳排放情况对比
来源:蔡蔚演讲ppt
在汽车使用后的报废回收阶段,燃油车和电动汽车相比,最大的区别是电池包的回收利用。
目前,在我国仅回收一个电动车电池包的能耗就占整车回收总能耗的13.6%,相应的温室气体排放量为12.6%。因此,与燃油车相比,电池包的回收是增加电动汽车二氧化碳排放的另一个因素。
然而,回收效率可以通过开发其他电池组件 (如石墨、铝和电解液) 的新加工技术来提高,并使用回收材料,在整个电池生产过程中,汽车使用后的整体温室气体排放可以减少 50%,使其成为一个更显著的可持续过程。
02
电动汽车到底是不是环保?
根据以上分析,我们了解到,在使用前阶段,电动车由于电池的原因,碳排放比燃油车高,在使用阶段,由于动力来源的区别,燃油车碳排远远高于电动车,在报废阶段,虽然电池包回收利用将产生碳排放,但回收材料也可以用于电池生产,会抵消一部分碳排放。
那最终总碳排量是哪一类车高呢?
在前面提到的沃尔沃对燃油车和电动车的分析报告中显示,在20万公里的整个生命周期里,燃油车的碳足迹是58吨二氧化碳当量,电动车的碳足迹为27-54吨二氧化碳当量。其中,电动车总碳排放的范围取决于是否用绿电。
由此可见,总体而言,电动车的总碳排放还是低于燃油车。
它们两者的转折点在哪?
由上图可看到,在车辆总驾驶的20万公里内,随着行驶里程的增加,电动车的碳排放优势逐渐体现,在146000公里处,充任何电力的电动车,都比燃油车碳排少。
简单来说,电动车的使用寿命越长,它的碳足迹就越低。
但是,现阶段我国煤发电比例仍然很高,再加上在使用电动车的年限并不长,这一情况之下,电动车的碳排放相对还是比较高。
因此,不少专家提出要大力推动电力的零碳化及燃料的零碳化。在这一思路之下,甲醇汽车应运而生。
工信部甲醇汽车试点运行的数据显示,甲醇汽车与汽油车相比,能效提高约21%,二氧化碳排放减少约26%。
最大的原因是,甲醇能够通过自身的合成、燃烧反应,把大气中已有的碳循环起来,从而达到减少化石能源开采依赖,降低碳排放的目的。
刘科院士曾表示,绿色甲醇燃料使得内燃机更为清洁、高效。
虽然如此,但相比电动车,甲醇汽车也还有很长的路要走,其在制造阶段的碳排放目前也缺少数据而不得知。
单从电动车角度而言,目前无论在哪个国家,短期内要想实现电动车比燃油车更具可持续性的愿景,仍有很长的路要走。
随着绿电和清洁能源占比越来越大,电动车的优势会越来越明显。当然,对于中国来说,发展电动车,除了交通脱碳的需要,还有摆脱石油依赖,取得汽车制造主动权的考虑。这是更大的战略。
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