小时候,有一些电影和动画片给我的印象特别深刻。有一个电影《保护大气层》,一个孩子为了保护臭氧层,获得了与动物对话的能力;还有一个动画片《地球超人》,主角地球超人就是一位环保使者,而反派布兰特博士就是污染元凶。
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/ g- [8 Y* S3 u" ^5 h$ _( u左:电影<保护大气层>剧照 右:动画片<地球超人> 图片来源[18]. F, G3 @) Q# Y ^( K% e
0 H& Y9 H& p9 t! c还是孩子的时候,这些作品就让我认识到:环保是一件非常重要的事情,事关地球人类的生死存亡;从小就养成了出门关灯、买东西少用塑料袋的习惯。当然,这些都是小事情,效果可能是微乎其微的。
8 J9 F( a) c. S* }5 ]1 B0 k4 c& X长大之后,就想在更大的事情上贯彻环保的理念。对普通人来说,日常生活中能耗最高、碳排放最高的恐怕就是汽车了吧?因此,我的第一辆车就买的插电混动,第二、三辆车都买的纯电动车 —— 电动车不烧油,肯定环保嘛! 电动汽车的初衷之一就是环保。如果不环保,那电动汽车就站不住脚立不住脚了!
, l- a5 P- T$ I6 P1 n4 R5 n后来,质疑电动车环保的声音越来越多,有人说咱们国家主要用的是煤电,碳排放一样多;也有人说,制造锂电池的碳排放比发动机高得多,根本不环保!' r* o: ~% d3 m
这些质疑的声音虽然没有动摇我的信念,但也让我逐渐意识到一个问题:电动车的真环保与假环保,并不是一个简单的网上争论,背后是一个博大精深的学术领域,值得好好探讨。
% \: ?; E% \6 n因为这涉及到购车行为是否环保这么一个重要话题,所以我花了时间深入了研究了一下,在此向大家分享。8 ]) X3 F1 K5 h0 _) v* [
一、「零排放汽车」简史. J7 w2 S- r2 I5 `
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在中国人的记忆里,汽车与环保这个词紧紧绑定在一起。买燃油车时,要先看看国五还是国六;买电动车时,要看看电耗高不高。冒着黑烟的拖拉机,也成为80后的共同回忆。. @2 H2 `$ M, ^. K% X
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80后的共同回忆:不环保的拖拉机& C6 y; V( }& ^8 d. N
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实际上,我阅读了两本书之后才知道,汽车行业百年发展史中,前50年大家都不认为汽车与环保有一丁点联系。这两本书相当不错,在此推荐给大家:第一本是《创造自然》,讲述的是最早提出生态学思想的亚历山大・冯・洪堡的故事;第二本是《大竞赛 未来汽车的全球争霸赛》,讲述的最近50年汽车减排与电动汽车崛起的故事。
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9 W) C. X- V' o6 F4 D! ]- l" ?从这两本书中我才知道,直到1955年最严重的一次光化学烟雾污染事件造成大量伤亡后[1],人们才逐渐认识到汽车与环保的关系。6 J" ]0 o4 Y; z: O, _5 U
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* e" e D# I& |# G& Y在加州空气资源委员会CARB的倡导下,1967年颁布了<空气质量法案>[2][3],从此给汽车戴上了「紧箍咒」。这个「紧箍咒」一步步收紧,终点就到达了1990年提出的<零排放汽车(ZEV)法案>,技术路线就指向了纯电动汽车与氢燃料电池汽车。% D4 Z1 z1 s9 W7 G3 q# x6 O
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1967年约翰逊总统签署&lt;空气质量法案&gt; 图片来源[2]! x- ^& P' F4 [+ V" \9 `+ W F
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都已经达到零排放汽车(ZEV, Zero-Emission Vehicle)了,那肯定是真环保啊!
: ~3 p6 d( i. x0 a; v其实结论没那么简单,近十年来一直有一个争论:电动汽车究竟是高碳还是低碳[4]?反对方的主要论据是:电动车虽然TTW(Tank to Wheel)零排放,但在火电占比较高的电力结构下,它的WTW(Well to Wheel)的碳排放可不低!
9 W) l1 d4 q5 R7 ^暂不说近年来中国火电比例逐年下降,就说长远来看电力肯定会清洁化的,那充电肯定比烧油的碳排放要低得多啊!因此,个人认为这种反对声音略显吹毛求疵,不值得批驳。
6 x0 t' T- ]4 a最近,反对方又传来了新的严肃论据,让人不得不深入思考 —— 电动车制造过程中的碳排放比燃油车高得多,必须将这一部分考虑进全生命周期分析(LCA, Life Cycle Assessment)!6 D2 N! e7 f) g7 L2 ^" x
也就是说,不仅要考虑运营阶段的燃料生产、运输与消耗排放(即燃料周期),还要关注生产阶段、维护保养、报废阶段的原材料获取和制造过程排放(即车辆周期)[5]。: d6 {5 a! D0 [5 c" r
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汽车碳排放的LCA全生命周期分析框架 图片来源[5]5 m9 O9 Q( A0 |# U4 P
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- c0 Z- x' \6 c3 p汽车碳排放的LCA全生命周期分析框架 图片来源[6]% Y3 m( c9 ^/ o
2 i0 p1 a" d8 n* p不查不知道,一查吓一跳!如下图的车用材料生命周期的化石能源强度中,碳酸锂、石墨、铝高居前三名[6],这恰恰是锂电池的主要成分;铜的排名也比较高,这是电机大量使用的材料。$ d0 @: b) F- |- q, [9 E
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, i5 @4 f8 ^7 `8 ?车用材料生命周期的化石能源强度 图片来源[6]$ x: \& X% \7 U* H9 I/ F
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由此看来,电动汽车生产过程碳排放较高并非空穴来风。电动车的车辆周期占碳排放比例高达40%[7]。从对比角度来看,制造一辆燃油车平均碳排放约10吨、制造一辆电动车平均碳排放约15吨,相当于电动车出厂时就多跑了5万公里[8]。
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电动车与燃油车生产阶段的碳排放 图片来源[8]- u2 ]; j2 i2 |, Y/ Y
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其实不仅电动车,燃油车的车辆周期碳排放占比也不小:
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% E6 s/ p. \2 p# Z6 S, ?8 K各类型车辆生命周期各阶段的碳排放占比 图片来源[5]
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5 p/ Q- f3 C, e; {因此,真正把环保放在心上的汽车企业,不仅要推出电动车型,也要着眼于燃油车与电动车制造过程的减碳技术。
. h$ P$ w! U% ^; A二、走向真环保,降低车辆周期碳排放" m& F5 ?* L" p4 d f% L& l! R
( [& J$ C& n5 l, w: K% v我们抓大放小,重点关注原材料获取与整车生产两个环节!
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" W; \# X* c g汽车碳排放的LCA全生命周期分析框架 图片来源[5]
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# e; F+ q |' v `& Z% ?1. 原材料:钢、铝、内饰材料
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虽然咱们一说碳中和,就会想起来新能源汽车。但是,说句你可能不信的话:2020年炼钢碳排放高达18亿吨,约占全国总排放量的15%左右[9]—— 也就是说,比2亿辆汽车、轮船、飞机、火车加起来还多50%!2 K# k/ t/ X! W! b
2014年汽车行业消耗钢材达5800万吨[10]!! c( _. s& b# p- f! L' H3 M
降低车用材料碳排放最直接的思路,就是通过新工艺、新技术来降低原材料获取过程中的碳排放。以炼钢新工艺来说,全部改为电炉冶炼能降低45%的碳排放,再采用「绿电」后可以降低75%左右[11]。
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, ], @/ B$ s0 C+ e传统高炉、电炉冶炼与氢冶金的碳排放对比 图片来源[11]
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+ N E9 d$ O9 E! ~; l: T( J第二个思路就是加大材料再利用比例。例如铝再生过程可以省去高能耗的铝电解和氧化铝生产,碳排放只有原生过程的5%-15%[12]。
& {& D! j8 p' n8 G' _9 ?第三个思路就是合理配比多种材料用量。比如说,炼铝的碳排放比钢高很多,增加了车辆周期碳排放,但是铝车身比较轻、燃料周期碳排放要少一些。一项研究表明[13],特定条件下采用77.9%的高强度钢和22.1%铝合金可使碳排放最低;当然,条件参数改变时,结论也有变化。; }! K) J! n# S2 K
2. 先人一步的电力清洁化
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+ I# \( l/ h5 Q4 n2 g「绿钢」、「绿铝」的关键在于「绿电」,即清洁能源发出的电。这就带来一个难题,发电结构不是想清洁就清洁啊!预计到2060年,也就是40年后,新能源发电量占比才能超过50%[14],这也就是「半绿半灰」的水平。远水解不了近渴啊!
7 \( @) b: K7 v$ K2 w6 Z( a其中一个解决思路就是自力更生发电,毕竟车企工厂面积都不小,不铺点太阳能板来发电就可惜了。除了环保的目的之外,还能创造点经济效益。0 L: }8 h J& @0 V, n8 }
3. 降低锂电池生产的碳排放9 ~( g! O+ _7 F$ h: R
! l: A; s5 V) G4 b前面说了,锂电池生产所需要的石墨、碳酸锂、铝、镍都是碳排放大户,除了增加绿电比例之外,更多地还是要依赖电池材料的再利用[15]。' S& {* L+ b, ?
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7 u+ U0 F" `- b" ~基于电池可回收材料的碳排放预测 图片来源[14]
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三、2022年密集发布环保措施的宝马集团
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- v) X$ g; P J: T; }前面讲了这么多思路,也要分享一些落实的案例。这样的话,就不得不提宝马集团了,因为它今年密集发布了很多环保措施,涵盖原材料、电力、锂电池等多个方面,以宝马举例比较具有典型意义:
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$ y, a/ t/ }1 E- l: e- ?- 原材料方面:宝马与河钢签署了协议,今年就要行动起来[16]。短期通过氢基还原铁的传统长流程,降低10%以上碳排放;中长期采用电炉短流程,降低50%以上电排放;2025年引入「绿电」逐步降低95%的碳排放,从而实现2026年国产宝马汽车逐步采用「绿钢」。
7 K( s; Z6 Q2 m* ]& M 考虑到一辆电动车所用钢材的碳排放与锂电池差不多,那就相当于将来每一辆「绿钢」宝马车出厂时,碳排放就比其它车型要少跑约10万公里。
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/ ^% g2 C5 \) A0 |4 z: F5 {河钢集团生产的低碳排放超高强汽车钢产品 图片来源[15]9 r6 B! v; r% M+ ]. V/ Z
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- 电力清洁方面:中国沈阳生产基地自2019年就已实现100%可再生能源电力供电生产,华晨宝马里达工厂也铺满了太阳能电池板,并采用32辆纯电重卡执行零碳运输任务。
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) o: `5 q8 k: j$ W0 \1 j ^左上:宝马沈阳生产基地的太阳能板 右上:宝马慕尼黑工厂的太阳能板 下:宝马里达工厂的纯电重卡与太阳能电池板
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$ e- L3 p% G- z" R4 `6 T) t* @3 K8 D2 \- 锂电池方面:今年5月,宝马集团宣布与华友循环合作,将锂电池核心原材料(例如镍、钴、锂)100%回收分解后再提供给宝马供应商,从而实现闭环管理、降低矿产资源开展环节70%的碳排放。7 j' Q* ?% k0 L) K: D _
这都是在宝马集团BMW iFACTORY生产战略指引下的转型升级行动。
) |! p: t* P( B2 A* r$ L; w就个人理解来说,我认为宝马这一战略最大特点在于主机厂与供应商的上下游产业链联动 —— 如果主机厂仅顾自己环保,把高碳环节都甩给供应商,那就成了假环保了;只有像宝马这样,从全生命周期考虑碳排放、与供应商联动起来,才是真环保。7 n1 g5 c% z/ a0 \! Q) P7 G
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1 y& o8 M$ n n5 m3 A9 w( `除了在汽车生产环节降低碳排放的综合措施之外,宝马集团今天也宣布将电动化进程提速:2022年内量产及试生产的车型达15款,基于全新构架的「新世代」车型也将于2024年试生产[17]。8 B* e% k. C1 L9 f4 n1 z
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7 {( L" b* o/ J0 S3 c
. G0 C. ]* e5 m, O4 `( B宝马集团电动化产品路线图 图片来源[16]9 e, V7 M h, k, K$ {0 z6 a; _
5 |2 ^, r: q3 A1 ], l$ y为数众多的纯电车型中,2022年中国备受瞩目的一款无疑是BMW i3。
0 r1 F) k A# e6 m) E: a" h个人非常喜欢它的口号:「全新BWMi3,以3系进化电动」。BMW i3无论是从命名上还是设计上都充分传承了3系精华,这对消费者是非常友好的。
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与其他品牌电动车相比,BMW i3不仅在使用阶段低碳,在生产阶段及将来的报废阶段也都更低碳。
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0 j/ t! y* U' x* D) B回到题目本身:哪一时刻,让你忽然觉得「这才是真环保」?
# h6 _* z" g& `# ^此时答案更加明了:出行领域仅开电动车还不够真环保,必须开车辆周期(即生产与报废阶段)也注重降低碳排放的电动车,才是真环保[18]! |