發布日期：2022-06-05 點擊率：58
文/陳根
在環保的大勢下,用電動車取代燃油車是默認的趨勢。于是,隨著各國政府對電動汽車各種政策出臺以及補貼獎勵等支持,全球電動汽車數量得以迅速地增長。對廠商而言,碳中和的背景下,傳遞電動車環保是一個構建賣點的好方式,而大多消費者選購電動汽車的認知也正是遵循了“環保”這一直觀邏輯。
雖然電動車在結構上要比傳統燃油車更簡單,但要打造一款品控出色的電動車,也并非那么容易。事實上,用發電代替燃油這種簡單的邏輯并不能經得住環保賬的精打細算,尤其是關于電動車能源環保的質疑。而如何使用高效、低碳的能源系統保障電動汽車的充電,依然是科學家與各領域企業共同面對的挑戰。
言過其實的環保
眾所周知,碳排放已經成為當前一個扭轉全球變暖的核心議題,其執行的邏輯是:先制定一個總的碳排放額度,然后分配給各個經濟體,碳排放的總額度某種程度上可以直觀折射一個國家與地區的工業化水平和規模。
在這樣的背景下,汽車產業無疑其中的重要一環,碳排放限額,就是在倒逼車企向新能源轉型。事實上,自2005年以來,多國都在促進減少重污染車輛,包括以汽油,液化石油氣和柴油為燃料的車輛。這是因為,與其他全面禁止化石燃料的政策相比,禁止出售以燃料為燃料的車輛的禁令相對簡單明了。
于是,傳統的燃油汽車淘汰趨勢加速,新能源汽車的發展則在政策的支持下進入發展快車道。根據天風證券研究報告,2017年以來新能源乘用車滲透率逐步提升至4．35%,純燃油車占比穩步下降。2017年1月至2019年10月,純汽油動力的乘用車銷量占比從98．8%下降到了93．8%。
人們寄希望于新能源汽車,希望用石油的消耗,實現“零排放”,但事實證明并非如此。如果從產品的LCA全生命周期的角度去分析,傳統電動汽車在對人體毒性潛勢、酸化潛勢、氣溶膠潛力和光化學污染上一點都不亞于燃油車,并且它的節能減排的效果也并沒有達到預期。
從汽車生產來看,大部分研究都表明,生產電動車產生的碳排放其實要比燃油車更多。因為需要生產電池,電動車比燃油車在生產工程中的碳排放要多15%到70%。而如果拋開電池的話,生產燃油車和電動車的排放規模是相當的。
那么,綜合下生產一輛燃油車需要的碳排放,假設生產一輛燃油車需要10噸碳排放,電動車生產30kWh電池需要1-5噸碳排放,100kWh需要6-17．5噸碳排放,取最高值,也就是生產一輛燃油車需要10噸碳排放,生產一輛30kWh電動車需要15．3噸,而100kWh需要27．5噸碳排放。
從汽車使用來看,根據美國的碳排放數據。一輛燃油皮卡大概每年會排放 6．24 噸的二氧化碳,美國的平均水平是一輛燃油車每年排放 5．2 噸二氧化碳。電動車則更加復雜一些,這取決于電能是怎么來的,和中國一樣,美國同樣依賴火電,電動車每年平均排放 2．02 噸二氧化碳。
實際上,當前,我國火電比例雖然在持續下滑,但火電仍是最主要的發電類型。據國家統計局數據顯示,以燃煤發電為主的火力發電量,占全國發電量比例為71．19%。其次,是水力發電,占比達到16．37%,然后是風力發電、核能。最后,才是太陽能發電,比重僅為1．92%。值得一提的是,所謂綠電,通常指利用風能、太陽能等可再生能源轉化成的電能。這些電能才算得上真正的新能源。但顯然,當前,清潔能源電力的使用占比并不高。
也就是說,對于30kWh的電動車來說,只要開過 1．67 年后,電動車就要比燃油車更加環保了,但如果把測算對象換成 100kWh 電動車,則需要5．5年了。這還是在不考慮電池損耗和回收問題的情況下。
從燃油汽車到電動汽車,從汽車生產到汽車使用,環保依然停留在設想。
電池回收的難題
實際上,除了面對“排放”問題,電池回收也是新能源汽車需要解決的難題。
考慮到動力電池的平均4-6年的有效壽命以及5-8年的使用年限,結合2014年開始的電動車快速普及,2021年底,我們就已經迎來第一批退役高峰。十到十五年后,數百萬輛電動車更將壽命到期,傳統汽車的鉛酸電池能被廣泛回收利用,但新能源電動車的鋰離子電池回收,卻不是件容易的事。
眾所周知,廢舊電池是一種污染性很強的垃圾。尤其是體積巨大的動力電池,其包含大量重金屬、電解質、溶劑及各類有機物輔料,集多種毒性很強的污染物于一身,不恰當的處置會嚴重污染土壤與水源,亦會產生有毒氣體排放。因此,簡單的填埋或是焚燒,都不適合用來處理退役的動力電池。因此,為了實現鋰電池的再利用,“拆解回收”與“梯次利用”就成為必然選擇。
拆解回收,即再拆解回收其中有價值的金屬元素,包括兩種主流處理工藝:火法回收和濕法回收。其中,“火法回收”則更為常見——回收者首先將電池進行機械粉碎,然后進行燃燒從而留下一堆燒焦的塑料、金屬、膠水,最后使用包括進一步燃燒的幾種方法來提取金屬。而“濕法回收”是將電池材料浸入酸池中從而產生金屬負載的湯。
當然,不論是火法回收還是濕法回收,都有其優點和缺點。比如,“火法回收”不需要回收者知道電池的設計或成分,甚至不需要知道電池是否已完全放完電就可以安全地進行,但作為代價能源消耗很大。而濕法回收可以提取不易通過燃燒獲得的材料,但其中可能涉及對健康有危害的化學物質。但無論是哪種方法,不可避免的是——都會產生大量廢料并排放溫室氣體。
從循環經濟角度考慮,梯次利用比起火法或濕法冶煉要輕松得多。梯次利用是指動力電池在達到設計使用壽命時,通過修復、改裝或再制造等方法使其能夠在合適的工作位置繼續使用的過程。退役的動力電池經過相關的檢測,確定其性能后,可依次用于低功率電動車、電網儲能、家庭儲能領域,等電池性能進一步劣化后,低于最低利用標準再行回收。
但目前,鋰電池梯次利用的路線的整體發展卻較為遲緩。一方面,梯次利用需要對退役動力電池進行充分的評價檢測,確定其性能。經過檢測篩選后,才可根據不同的用途,對退役電池進行重組,穩定重組后的電池包電壓、電流,最后重新打包投入使用。但當前,基于容量衰減機理分析建立的電池壽命預測模型首先就不夠完善,更不用說后面的步驟。
另一方面,從經濟效益來看,梯次利用涉及的逆向物流系統頗為復雜,中間環節眾多,在梯次利用過程中,電池制造商、回收商、研究人員還需要解決很多問題,這使得梯次利用遠比直接拆解回收要麻煩,不如直接回收來得省事。不僅如此,復雜的流程還嚴重堆高了梯次利用電池的成本,甚至出現重組電池和新電池價格倒掛的現象——舊電池比新電池還貴。
電動汽車沒那么便宜?
過去,電動汽車革命的目的是減少對化石燃料的依賴,減少排放,并減少交通對氣候變化的影響。隨之而來的是,當涉及到個人消費者時,電動汽車還被寄予一個預期的好處,節省燃料成本。
2021年10月,安德森經濟集團發布了一份報告,比較了燃油車和電動汽車的成本,并得出結論,電動汽車可能比燃油車更昂貴。在編制該報告時,安德森集團使用了大部分使用商業充電站充電的電動汽車的數據。結果顯示,在某些情況下,使用公共充電樁的費用是在家充電的三倍。安德森經濟集團還增加了隱性成本,如充電所花費的時間。
根據國網電動方面的預計,到2040年我國將達到3億輛電動汽車,銷量占比50%到60%,年用電量將增加2．68萬億千瓦時,占全社會用電量占比17%;日充電功率可達5．87億千瓦,占2040年新能源裝機量18．81億千瓦的31%。要知道,2020年我國整體發電量累計也才7．42萬億千瓦時。
面對激增的電動汽車,單純的增長電網容量,而忽視車輛電池與電網的互動,顯然是不健康的發展。因為電動汽車的充電接入是分散的、隨機的。所以,電動汽車的充電特性會進一步加劇區域電網峰谷差,電網調節難度加大,單純增容升級線路,會使全社會電力投資翻倍,增加終端用戶的用電成本。
顯然,不論是電動汽車的生產、使用、回收還是消費,都與人們的理想有所出入,而環境友好也并不是小修小補,汽車制造是一個系統性的難題。
電動汽車確實許諾了一個更加環保減排的美好前景,但想讓消費者開上更環保的車,想構建車企真正的“核心環保競爭力”,更重要的是,在汽車制造和使用的各個環節都加入環保的理念——對環境友好,實現清潔能源替代,盡可能地減少污染排放,以及保持高效率的生產。這就意味著在汽車制造本身流程不會大改的情況下,要從全盤的角度,對汽車工廠的處處細節進行環保追求。
不可否認,從燃油汽車到電動汽車,是能源升級的必然,正如馬斯克曾在一場 TED上做的闡述:把天然氣一類的化石燃料,輸送到發電廠發電,會有60%的綜合燃燒效率,但如果放在加天然氣的內燃機中,目前為止最高的綜合燃燒效率只有20%。即使考慮到傳輸過程中電量的損耗,電動汽車+發電廠模式對內燃機直接燃燒也有著明顯的優勢,這還沒有考慮汽油、柴油、天然氣從石油中提煉過程中所消耗的能源。
另外,風電水電太陽能發電這些可持續能源發電方式對能源的利用率一直在顯著提升,換句話說,它們在總發電量的份額中所占的比重會越來越大。但是,電能生產方式的逐漸轉變依然還需要一定的時間,在真正實現環保的理想以前,電動汽車行業還需要許多的修煉。
原文標題 : 陳根：從汽車生產到汽車使用，電動汽車真的環保嗎？
