电动车环境影响争论:能效和电力清洁度仍是决定因素

——挪威科学技术大学案例研究概述

挪威科学技术大学(Norwegian University of Science and Technology)的学者和工程师们对人们普遍认为电动车是环保的这一假设提出了质疑。他们在2013年第17期工业生态学杂志(Journal of Industrial Ecology)上发布了《传统汽车和电动车环境生命周期评估的比较》(Comparative Environmental and Life Cycle Assessment of Conventional and Electric Vehicles)的研究报告[1]。研究认为,电动车的环境影响比人们之前的认知要严重。

研究报告开篇提到,当我们讨论电动车的环境影响时,必须考虑“环境污染问题转移”的可能性。(“it is important to address concerns of problem-shifting”)。发展电动车技术是为了解决一个交通污染问题,然而,电动车技术在解决交通污染问题的同时,是否造成了另外新的污染问题?如果的确如此,那么新出现的污染与电动车所要解决的原先的污染孰大孰小?

研究中所指的全生命周期包括汽车的生产阶段、使用阶段和废弃阶段。在汽车的生产阶段,研究首先建立了电动车和内燃机汽车统一的非动力总成系统框架,接着建立了电动车和内燃机汽车的动力系统主要部件的统计模型。电动车电池选择了分别为214千克和273千克的锂镍钴锰(LiNCM)和磷酸铁锂(LiFePO4)电池,等同于24千瓦时的充电量。在汽车的使用阶段,研究完成了2005年联合国欧洲经济委员会101规则(United Nations Economic Commission for Europe 2005)的新欧盟驾驶周期(New European Driving Cycle)所要求的工业性能测试(Industry Performance Tests)。为了确保测试结果的可比性,研究根据汽车可比大小、市场份额、汽车性能,使用了相同的轮胎、普遍使用的锂镍钴锰(LiNCM)和磷酸铁锂(LiFePO4)电池、发动机并考虑了运输损耗等因素。在汽车的废弃阶段,根据汽车工业协会的估计,研究将汽车使用寿命设定为行驶总里程达到15万千米的情形。废弃阶段的影响分析是根据美国Argonne国家实验室建立的交通运输模型[2],评估了汽车全生命周期的材料回收和处置过程的环境影响。电池的废弃处理包括电池的拆解和深度冷冻粉碎过程(a cryogenic shattering process)的环境影响。

为了比较全生命周期内典型欧洲第一代电动车(EV)和常规内燃机汽车(ICEV)的环境影响,研究列出了6种汽车技术和10类全生命周期环境影响。6种不同汽车技术分别为使用欧盟平均电力(European average electricity)[3]的锂镍钴锰(LiNCM)电池和磷酸铁锂(LiFePO4)电池的电动车、使用天然气或者煤电充电的锂镍钴锰(LiNCM)电动车、和使用汽油或者柴油的内燃机汽车。10类全生命周期环境影响分别为全球变暖潜力(Global Warming Potential,GWP)、陆地酸化潜力(Terrestrial Acidification Potential,TAP)、颗粒物形成潜力(Particulate Matter Formation Potential,PMFP)、光化学氧化潜力Photochemical Oxidation Formation Potential,POFP)、人体毒性潜力(Human Toxicity Potential,HTP)、淡水生态毒性潜力(Freshwater Eco-toxicity Potential,FETP)、陆地生态毒性潜力(Terrestrial Eco-toxicity Potential,TETP)、淡水富营养化潜力(Freshwater Eutrophication Potential,FEP)、矿产资源枯竭潜力(Mineral Resource Depletion Potential,MRDP)、化石燃料资源枯竭潜力(Fossil Resource Depletion Potential,FRDP)。研究通过模型计算统一量化了环境影响的潜力[4],并建立了规范化影响(Normalized Impacts),下图横坐标0.0-1.0区域表示了规范化影响的差异。

图. 6种汽车技术的10种全生命周期环境影响比较

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来源:《传统汽车和电动车环境生命周期评估的比较》报告(注脚1),pp. 57

根据上图所显示的结果,汽车生产阶段产生的影响主要为人体毒性潜力(HTP)、矿产资源枯竭潜力(MDP)和淡水生态毒性潜力(FETP);汽车使用阶段产生的影响主要为:全球变暖潜力(GWP)、陆地生态毒性潜力(TETP)和化石燃料资源枯竭潜力(FDP);汽车废弃阶段产生的环境和健康影响不显著。

这份研究突出了在生产阶段电动车与常规内燃机汽车在毒性(Toxicity)上的差异,包括衡量环境影响大小的重要指标——全球变暖潜力(GWP),评估结果为:使用锂镍钴锰(LiNCM)电池的电动车的全球变暖潜力(GWP)是使用汽油或者柴油内燃机汽车的2倍。具体表现为每辆电动车在生产阶段排放了87-95克当量二氧化碳,是每辆内燃机汽车排放43克当量二氧化碳的2倍,其中电池生产阶段贡献了电动车全生命周期全球变暖潜力(GWP)的35%-41%。此外,本研究认为,使用石油、黑煤和褐煤电力的电动车对环境有更糟的影响。在汽车使用阶段,研究设定的汽车使用年限/寿命为总行驶里程15万千米的情况,当电动车使用欧盟平均电力充电时,电动车比汽油内燃机汽车和柴油内燃机汽车分别减少全球变暖潜力(GWP)20%-24%和10%-14%;当电动车使用天然气电力充电时,使用锂镍钴锰(LiNCM)电池的电动车的温室气体排放比汽油内燃机汽车减少了12%,但与柴油内燃机汽车有相同的温室气体排放;当电动车使用煤电充电时,使用锂镍钴锰(LiNCM)电池的电动车的温室气体排放比汽油内燃机汽车和柴油内燃机汽车分别增加了27%和17%。由此看来,电动车对环境的影响主要取决于汽车生产阶段和使用阶段所消费的电力的清洁程度。笔者认为,降低电动车的环境影响应重点考虑延长汽车和电池的使用寿命,以及使其所消费的电力更清洁和低碳。

挪威科学技术大学的这项研究最后建议:虽然电动车是一项重要的技术突破,也有大量潜在的环境效益,但是不能不考虑其使用的前提条件。如果暂时无法实现清洁电力,减少全球变暖潜力(GWP)影响的一个重要方法是提高能效,或者倡导减少使用汽油和柴油内燃机汽车。当然,电动车和清洁能源的结合可以显著减少交通行业的环境影响,如减缓气候变化和改善空气质量,这些都在提醒我们发展清洁能源的必要性和紧迫性。

编写:王伊祎wangyiyi@reei.org.cn

  1. Troy R. Hawkins, Bhawna Singh, Guillaume Majeau-Bettez, Anders Hammer Strømman. FEB. 2013. Comparative Environmental Life Cycle Assessment of Conventional and Electric Vehicles. Journal of Industrial Ecology, 17(1), pp. 53-64.
  2. Burnham, A., M. Wang, and Y. Wu. 2006. Development and applications of GREET 2.7—The transportation vehicle-cycle model. ANL/ESD/06. Argonne, IL, USA: Argonne National Laboratory,
  3. University of Chicago, U.S. Department of Energy.
  4. 欧盟平均电力指欧盟使用的混合电网电力electricity mix(包括可再生能源),即电力结构与欧盟平均电力来源结构一致的情况。http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Electricity_and_natural_gas_price_statistics
  5. E.g. GWP is expressed as a factor of carbon dioxide (whose GWP is standardized to 1)

 

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