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国际金属加工网 2018年09月20日

电动汽车其实不环保,一样甚至更加污染环境

这样的“电动汽车污染论”在国内颇有市场,中国汽车工程学会一份报告给出了一大半回答,在电动汽车燃料生成和运行阶段——可以理解为包括发电和驾驶阶段,节能减排效果明显,毫无疑问比燃油车更环保。

不过,中国汽车工程学会的报告还不是“全生命周期”的评价,关于电动汽车在材料周期(汽车原材料的采集、运输、加工、制造还有回收,比如动力电池原材料开采和生产回收)的减排效果,报告还未涉及。

这一结果是中国汽车工程学会发布在9月4日的《汽车生命周期温室气体及大气污染物排放评价报告》(2018)(下称《报告》)中披露的。

《报告》对汽油乘用车和纯电动乘用车的燃料周期进行了温室气体及大气污染物排放进行了评价。结果认为,在汽车燃料周期(含汽车燃料周期上游阶段和运行阶段)内,纯电动乘用车的温室气体减排效益优于油车35%;纯电动乘用车可显著削减VOCs和NOs的排放,有助于改善城市空气质量,但由于目前国内电力主体是燃煤发电,部分纯电动乘用车的PM2.5和SO2在燃料周期的排放并不比燃油车少。

一、燃料周期(包括发电和行驶环节)评价结果

《报告》对汽车燃料周期(well to wheels,WTW)的排放评价包括两个阶段:(1)汽车燃料周期上游阶段(well to pump, WTP):包括一次能源的开采、运输和存储,以及燃料的生产、运输、分配、存储等阶段。(2)汽车燃料周期运行阶段(pump to wheels, PTW):即汽车运行中的燃料消耗阶段。

对应汽车工程学会9月3日发布的团体标准《汽车生命周期温室气体及大气污染物排放评价方法》中的评价模型,此次《报告》发布的仅是EFWTP×EC和EFPTW两项的评测结果,并不是完整的EF(排放因子)值。

中国汽车工程学会的这一团体标准中所涉及的温室气体主要包括《京都议定书》规定的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)与六氟化硫(SF6),后五种气体根据不同物质的100年时间尺度的全球增温潜能值(GWP)折算成CO2当量计算。

(一)汽车燃料周期上游阶段(well to pump, WTP)两类乘用车的排放结果:

汽油乘用车燃料周期上游阶段的温室气体与大气污染物排放因子如下表所示——

纯电动乘用车燃料周期上游阶段的温室气体与大气污染物排放因子如下表所示——

从以上的评测结果可见,在燃料周期上游阶段,纯电动乘用车的温室气体与大气污染物排放较明显地低于汽油乘用车,尤其是后面四个指标。

(二)汽车燃料周期运行阶段(pump towheels, PTW)两类乘用车的排放结果:

《报告》从两个路径对两类乘用车在这一阶段的排放进行了评价对比,一个是基于车队平均水平的评价与对比,另一个是基于典型车型的评价与对比。

1、基于车队平均水平的排放因子

(1)能耗和温室气体排放因子:

平均燃料消耗量:汽油乘用车为6.7L/100km,纯电动乘用车为16.2kWh/100km

温室气体排放因子:汽油乘用车为152g/km,纯电动乘用车为0。

(2)大气污染物排放因子

纯电动乘用车运行阶段的大气污染物排放因子为0g/km。

汽油乘用车燃料周期运行阶段的大气污染物排放因子如下表所示

从以上两项指标也可见,纯电动乘用车在燃料周期运行阶段的温室气体和大气污染物排放也明显优于汽油乘用车。

2、基于典型车型的排放因子

《报告》在研究阶段,分别选取了从A00级到C级的各类乘用车的典型车型,对其燃料周期的排放因子进行了测算。

(1)能耗和温室气体排放因子:

纯电动乘用车的温室气体和大气污染物排放因子为0g/km,各类纯电动乘用车车型的能耗水平如下表所示:

汽油乘用车典型车型的能耗和大气污染物排放因子如下表所示:

二、整个燃料周期阶段排放合并对比与分析

《报告》在对两类乘用车的燃料周期阶段(WTW,可以理解为WTP+PTW)的排放进行对比分析,也是从车队和典型车型两个角度展开。

(一)基于车队平均水平的对比

1、能耗和温室气体排放对比

结论:在燃料周期阶段,纯电动乘用车和汽油乘用车的温室气体排放因子(EF)与相应能耗水平呈正相关;总体上纯电动乘用车的温室气体排放水平低于汽油乘用车,但高电耗的纯电动乘用车仍可能高于节能汽油乘用车。

从平均水平看,纯电动乘用车的车队平均温室气体排放比汽油乘用车低35%。

2、大气污染物排放对比

结论:在燃料周期阶段,纯电动乘用车的VOCS减排效果非常显著,有一定的NOX减排效果,但一次PM2.5和SO2排放与汽油乘用车相当,甚至略有增加。

纯电动乘用车的NOX排放主要来自上游燃煤发电环节,随着煤电厂超低排放改造的升级,这一因子有望下降。


(二)基于典型车型的对比

1、温室气体排放对比

结论:各级别纯电动乘用车的温室气体排放水平均低于对应级别的汽油乘用车,甚至能耗控制较好的C级纯电动乘用车的温室气体排放也低于A00级汽油乘用车。

2、大气污染物排放对比

结论:纯电动乘用车的VOCs和NOX排放因子均低于相应级别的汽油乘用车

纯电动乘用车典型车型的一次PM2.5和SO2排放与对应级别的汽油乘用车相当,甚至增加。

能耗为15.1kWh/100km的A级纯电动乘用车典型车型的一次PM2.5排放,比能耗为5.7L/100km的同级别汽油乘用车高24%,B级和C级纯电动乘用车的PM2.5排放与同级别汽油乘用车基本相当。

A00级、A0级和A级纯电动乘用车的典型车型,SO2的排放因子分别高出同级别的汽油乘用车8%、10%和15%,B级和C级纯电动乘用车的SO2排放与同级别汽油乘用车基本相当。

三、尚未发布的材料周期评价可能影响总体结论

《报告》并未发布汽车材料周期(vehiclematerial cycle, MA)的排放评价结果。汽车材料后期涵盖相关原材料的开采与运输、车用材料的生产与加工、整车制造、使用阶段的零部件替换以及车辆报废回收等过程。

对电动汽车而言,意味着动力电池的制造、生产、报废阶段的排放未进入评测,或者未公开评测结果,因此,尚不能说这是一份“汽车全生命周期的排放评测报告”。对纯电动汽车的全生命周期排放进行判断,动力电池作为归属团体标准中“汽车材料周期”的重要环节,不容忽视,而且根据目前的各类研究,这一值还可能对电动汽车全生命周期的排放结果产生巨大的影响。

那么,动力电池的全生命周期排放该怎么评估呢?在“学会”的评估模型和结果出来之前,我们不妨简单看下其他的研究怎么判断——

美国阿贡实验室曾对动力电池的生命周期进行了划分,涵盖从原材料的获取到生产,使用,结束生命的处理,再循环,以及最终的处理等环节。

对于动力电池原料获取和制造过程中的能耗,阿贡实验室给出了部分学者的研究结果:

电动汽车专栏作家冰封之城曾撰文从LCA(Life Cycle Assessment)的角度分析动力电池生命周期能耗及环境影响,他在文章中基于以上Majeau-Bettez的数据,估算了国内场景下动力电池的能耗:一辆装电40度的车的动力电池,在制造环节的能耗约为12,528kwh,折合标准供电煤为2.8吨。如果将国内约2,800万辆的汽车产量全部换为纯电动汽车,则所需电力供应的标准煤耗为7,840万吨,理论上每制造一台车的动力电池,二氧化碳排放量放为7,000kg。

总的来说,许多高校和研究机构的研究结果显示:动力电池制造阶段能耗远高于发动机,其主要原因是上游原材料种类繁多,原料开采和生产过程中就消耗了大量能源,产生了大量废弃物,例如磷酸铁锂、镍钴锰酸锂的制备过程等,且这个过程对锂、钴、镍等矿产资源耗竭值高。而动力电池回收过程中的能耗方面,电力消耗是发动机的3倍,天然气消耗则是10倍以上。

不过,根据中国汽车工程学会的说法,国内已发布的研究成果在专业定义、边界范围、评价方法等方面没有形成统一的共识,导致评价结果产生偏差甚至结论相悖。如此,我们甚是期待学会基于统一的排放评价方法和模型对真正的“汽车全生命周期排放”进行评价,其实也就是期待尚未完成(公布)的汽车材料周期(动力电池vs发动机+变速器)的评价及对比结果。


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