電動(dòng)汽車如何在生命周期總體溫室氣體排放上擊敗汽油車

電動(dòng)汽車如何在生命周期總體溫室氣體排放上擊敗汽油車

電動(dòng)汽車是美國未來交通至關(guān)重要的一環(huán)，因?yàn)樗鼡碛写蠓档腿驕厥覛怏w排放的潛力，尤其是在用清潔電力充電的情況下。與其他更高效的汽車和先進(jìn)的生物燃料等節(jié)油方法一起，電動(dòng)汽車可以在未來20年中助力減少一半的美國預(yù)計(jì)石油用量。電動(dòng)汽車還將在實(shí)現(xiàn)本世紀(jì)中期的深度減排中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，這樣方能避免氣候變化產(chǎn)生最壞的影響。

本報(bào)告將探討電池電動(dòng)汽車和同級(jí)別汽油車在整個(gè)生命周期中的溫室氣體排放情況，涉及從原材料到汽車生產(chǎn)、使用以及廢棄處理或循環(huán)回收的整個(gè)周期，進(jìn)而對這兩類汽車做出比較。為此，我們對電池電動(dòng)汽車的碳足跡進(jìn)行了最新的評估，其中考慮了有關(guān)發(fā)電和電池電動(dòng)車型的最新信息。我們用作建模樣本的兩種電池電動(dòng)汽車（中型和全尺寸）并不對應(yīng)任何具體的制造商，但是以目前在美國最暢銷的兩款電池電動(dòng)車型為基礎(chǔ)：日產(chǎn)聆風(fēng)和特斯拉Model S。我們的分析反映的是美國消費(fèi)者能夠買到的電池電動(dòng)汽車和可資比較的同等汽油車。

我們的分析表明：

l  電池電動(dòng)汽車從整個(gè)生命周期的角度看更為清潔。平均來說，當(dāng)今市場上出售的典型電池電動(dòng)汽車排放的溫室氣體要比同等汽油車少一半以上，即使考慮到與電池電動(dòng)汽車生產(chǎn)相關(guān)的更高排放量也是如此?；趯δ壳笆袌錾蟽煞N最暢銷的電池電動(dòng)汽車的建模及其目前的銷售區(qū)域，6-16個(gè)月的行駛即可抵消制造過程產(chǎn)生的過量排放。

平均來說，電池電動(dòng)汽車的溫室氣體排放量要比同等汽油車少一半以上。在美國境內(nèi)多使用可再生能源電力的地區(qū)，這種減排效果就更加明顯。

要點(diǎn)

電動(dòng)汽車是美國未來交通至關(guān)重要的一環(huán)，因?yàn)樗鼡碛写蠓档褪拖暮蜏厥覛怏w排放的潛力，尤其是在用低碳可再生能源電力充電的情況下。新的UCS（憂思科學(xué)家聯(lián)盟）分析發(fā)現(xiàn)，在從制造到行駛再到廢棄的整個(gè)生命周期中，電池電動(dòng)汽車排放的溫室氣體要比同等汽油車少50%。根據(jù)電廠排放和電動(dòng)汽車銷售最新數(shù)據(jù)，駕駛一輛電動(dòng)汽車產(chǎn)生的溫室氣體平均來說與每加侖燃料行駛68英里的汽油車相近。要充分發(fā)揮其溫室氣體減排潛力，電動(dòng)汽車必須占據(jù)更大的汽車銷量份額，同時(shí)電網(wǎng)必須繼續(xù)從煤電轉(zhuǎn)向可再生能源發(fā)電。

l  電動(dòng)汽車的行駛比以往任何時(shí)候都更為清潔。在分布著美國三分之二人口的地區(qū)，駕駛典型的電動(dòng)汽車所排放的溫室氣體少于每加侖燃料行使50英里的汽油車，而我們2012年報(bào)告的人口分布比例只有45%。取決于電動(dòng)汽車目前在美國的具體銷售區(qū)域，典型電動(dòng)汽車產(chǎn)生的溫室氣體排放相當(dāng)于燃料經(jīng)濟(jì)性評分為68英里/加侖的汽車。

l  隨著來自可再生能源的電力逐漸增加，電動(dòng)汽車將變得更為清潔。在可再生能源發(fā)電量占80%的電網(wǎng)中，電池電動(dòng)汽車制造過程產(chǎn)生的排放可減少25%以上，而汽車行駛所產(chǎn)生的排放量可減少84%——合計(jì)減排60%以上（相比目前生產(chǎn)和行駛的電池電動(dòng)汽車）。

電動(dòng)汽車行駛的總體溫室氣體排放

雖然電池電動(dòng)汽車沒有尾氣排放，但其使用過程所產(chǎn)生的總體溫室氣體排放卻并不是小數(shù)目；這些排放取決于對汽車電池進(jìn)行充電的電力來源和汽車的效率。我們對美國26個(gè)“電網(wǎng)區(qū)”（見圖ES-1。表示一組電廠共同作為一個(gè)地區(qū)的主要電力來源）的電力消耗所產(chǎn)生的溫室氣體進(jìn)行了估計(jì)，同時(shí)我們對這些地區(qū)的電動(dòng)汽車使用和充電情況與駕駛汽油車的情況進(jìn)行了比較，據(jù)此對每個(gè)地區(qū)進(jìn)行了評估。我們還根據(jù)最新的銷售數(shù)據(jù)對2015年在美國銷售的新型電動(dòng)汽車（同時(shí)包括電池電動(dòng)車和插電式電動(dòng)車）的平均效率做出了估計(jì)。

圖ES-1. 各電網(wǎng)區(qū)電動(dòng)汽車溫室氣體排放評估和汽油車排放當(dāng)量

良好（31-40英里/加侖）

優(yōu)秀（41-50英里/加侖）

最好（超過51英里/加侖）

美國平均值（電動(dòng)汽車銷售加權(quán)）：68英里/加侖

注：各區(qū)域的英里/加侖數(shù)值指：與駕駛電動(dòng)汽車產(chǎn)生同等溫室氣體總體排放的汽油車所達(dá)到的城市/公路綜合燃料經(jīng)濟(jì)性數(shù)值。地區(qū)溫室氣體排放評分依據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的“eGRID 2015”數(shù)據(jù)庫（最新版）中的2012年電廠數(shù)據(jù)做出。各比較指標(biāo)包括汽油和發(fā)電燃料生產(chǎn)排放。68英里/加侖的美國平均值根據(jù)2014年電動(dòng)汽車銷售區(qū)域進(jìn)行了銷售加權(quán)平均計(jì)算。

資料來源：美國環(huán)境保護(hù)署，2015C；IHS 2015。

我們發(fā)現(xiàn)，（1）在美國任何區(qū)域駕駛普通電動(dòng)汽車所產(chǎn)生的溫室氣體排放均低于燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到29英里/加侖的普通新汽油車；（2）26個(gè)區(qū)域中，20個(gè)區(qū)域的評估值都在2012年報(bào)告水平的基礎(chǔ)上得到改善；以及（3）在超過66%的美國人（僅在三年前還只有45%）生活的區(qū)域內(nèi)，通過地區(qū)電網(wǎng)為電動(dòng)汽車充電所產(chǎn)生的溫室氣體要少于燃油經(jīng)濟(jì)性為50英里/加侖的汽油車。

而且，美國某些地區(qū)的電網(wǎng)清潔度還要由于全國平均水平，考慮到這些地區(qū)銷售和上路行駛的大量電動(dòng)汽車，電動(dòng)與汽油汽車之間的比較就更值得關(guān)注了。因此，根據(jù)2014年電動(dòng)汽車銷售地區(qū)加權(quán)計(jì)算，在美國駕駛電動(dòng)汽車產(chǎn)生的溫室氣體相當(dāng)于駕駛68英里/加侖的汽油車。

使用電動(dòng)汽車產(chǎn)生的排放量應(yīng)該會(huì)繼續(xù)下降，因?yàn)?013-2015年美國全國數(shù)據(jù)顯示，煤電比例出現(xiàn)下降，風(fēng)能和太陽能等可再生能源的發(fā)電比例相應(yīng)增加。另外，美國環(huán)境保護(hù)署2015年最終確定的《清潔電力計(jì)劃》為更大的進(jìn)步開辟了機(jī)會(huì)，因?yàn)楦髦荼仨毠餐?030年以前將其電力部門碳排放量在2005年基礎(chǔ)上減少32%。同時(shí)，許多電動(dòng)汽車車主在購買電動(dòng)汽車的同時(shí)也對住房進(jìn)行太陽能投資。隨著越來越多的可再生能源電力入網(wǎng)、化石燃料電廠碳排放標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施，以及汽車技術(shù)的不斷改進(jìn)，電動(dòng)汽車的減排效益將不斷提高。

注：我們假定中型汽車在使用壽命期間行駛135,000英里，全尺寸汽車行駛179,000英里。這兩個(gè)行駛里程的差異源于84英里續(xù)航里程和265英里續(xù)航里程的電池電動(dòng)汽車的不同使用情況，詳見“第2章”。我們進(jìn)一步假定，購買電池電動(dòng)汽車的車主行駛的總里程數(shù)會(huì)與同級(jí)別的汽油車相同。我們采用美國平均電網(wǎng)排放量來估計(jì)汽車制造過程產(chǎn)生的排放，而汽車使用階段的平均電網(wǎng)排放強(qiáng)度則基于電動(dòng)汽車目前銷售區(qū)域的銷售加權(quán)平均值。

電池電動(dòng)汽車制造過程的總體溫室氣體排放

無論何種動(dòng)力的汽車，其制造過程都會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放。但是，制造電池電動(dòng)汽車所產(chǎn)生的排放量要多于汽油車，這主要是因?yàn)殡姵仉妱?dòng)汽車鋰離子電池的材料和制造工藝。在常見的美國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，我們發(fā)現(xiàn)制造一輛中等續(xù)航里程（單次充電行駛84英里）的中型電池電動(dòng)汽車所產(chǎn)生的總體制造排放一般會(huì)多出1噸有余，因而比制造同級(jí)別汽油車多排放15%。但是，以電力代替汽油則能在汽車的整個(gè)生命周期內(nèi)使總排放減少51%。

長續(xù)航里程（單次充電行駛265英里）的全尺寸電池電動(dòng)汽車配備了更大的電池，會(huì)增加6噸左右的排放量，制造過程產(chǎn)生的排放相比同級(jí)別的汽油車多出68%。但是，這種電動(dòng)汽車的總排放量仍比同級(jí)別汽油車低53%（見圖ES-2）。

換句話說，電動(dòng)汽車生產(chǎn)所增加的排放量會(huì)迅速被行駛過程的減排效果大大抵消。拿一輛普通的中等續(xù)航里程電池電動(dòng)汽車與一輛普通的中型汽油車作比較，前者只需行駛4,900英里就能“償還”（即抵消）其生產(chǎn)過程所增加的總體溫室氣體排放。與此相似，相比同級(jí)別的汽油車，長續(xù)航里程的全尺寸電池電動(dòng)汽車只需行駛19,000英里就能抵消其生產(chǎn)排放。根據(jù)這些車型的一般使用情況，中等續(xù)航里程的中型電池電動(dòng)汽車大約相當(dāng)于行駛6個(gè)月，長續(xù)航里程的全尺寸電池電動(dòng)汽車則大約相當(dāng)于行駛16個(gè)月。

同時(shí)，隨著汽車制造商不斷積累經(jīng)驗(yàn)并提高生產(chǎn)效率，制造電池電動(dòng)汽車所產(chǎn)生的排放量本身也在不斷下降。隨著對清潔制造的重視，排放量還可以進(jìn)一步減少。電動(dòng)汽車業(yè)可以通過許多方式來減少與制造過程相關(guān)的排放，其中包括：

l  生產(chǎn)效率的提高以及鋰離子電池回收或再利用方面的進(jìn)步

l  轉(zhuǎn)而采用材料能耗較低的其他電池化學(xué)配方；以及

l  在制造商和供應(yīng)商設(shè)施中使用可再生能源

技術(shù)人員在汽車生產(chǎn)和組裝中測試電動(dòng)汽車電池組的性能。相比汽油車，電池增加了電動(dòng)汽車制造過程的相關(guān)排放，但是額外的生產(chǎn)性排放可在平均6-16月的行駛中被抵消。

建議

為了加速美國向低碳未來轉(zhuǎn)型，我們提出以下一些建議：

l  在美國環(huán)境保護(hù)署的《清潔電力計(jì)劃》下，各州應(yīng)制定并實(shí)施將前有力的合規(guī)計(jì)劃，將可再生能源和能源效率放在優(yōu)先地位，以實(shí)現(xiàn)其減排目標(biāo)。

l  政府各級(jí)政策制定者應(yīng)采取新的或更有力的政策和方案來提高能源效率、促進(jìn)可再生能源的部署。可取的選擇包括可再生能源電力標(biāo)準(zhǔn)、能源高效資源標(biāo)準(zhǔn)、碳定價(jià)機(jī)制、稅收優(yōu)惠和其他經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)，以及改進(jìn)電網(wǎng)運(yùn)營、傳輸和資源規(guī)劃。

l  政府和私營部門應(yīng)該支持更多的研究項(xiàng)目，以減少與電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)相關(guān)的溫室氣體排放，提高其使用效率，并改進(jìn)電池回收或再利用方法。通過支持這個(gè)新興領(lǐng)域，我們不僅可以鼓勵(lì)制造商減少生產(chǎn)性排放，也可以降低電池成本。

l  為了增加電動(dòng)汽車的效益（特別是在發(fā)電環(huán)節(jié)溫室氣體排放高于美國平均水平的地區(qū)），應(yīng)以政策手段支持有意投資清潔電力的用戶，比如安裝屋頂太陽能光伏系統(tǒng)或購買可再生能源額度等等。

l  電動(dòng)汽車制造商及其供應(yīng)商應(yīng)提高汽車制造過程中可再生能源電力的使用比例。憂思科學(xué)家聯(lián)盟估計(jì)，在可再生能源電力占到80%的未來電網(wǎng)中，電池電動(dòng)汽車僅在制造環(huán)節(jié)就能比當(dāng)前減少25%以上的排放量。

電動(dòng)汽車不僅有碳減排效益，而且也能節(jié)省石油，減排效益最顯著的就是電力來源碳水平最低的地區(qū)。為了充分發(fā)揮其潛力，在電網(wǎng)從煤電向低碳可再生能源發(fā)電轉(zhuǎn)變的同時(shí)，電動(dòng)汽車也必須在汽車銷量中占據(jù)更大的份額。這兩大轉(zhuǎn)型進(jìn)程的推進(jìn)構(gòu)成了一項(xiàng)關(guān)鍵戰(zhàn)略：在未來20年內(nèi)將預(yù)計(jì)石油用量削減一半，讓美國在本世紀(jì)中葉之前走上通往凈零氣候排放的軌道。

憂思科學(xué)家聯(lián)盟使用嚴(yán)格、獨(dú)立的科學(xué)研究來解決我們這個(gè)星球最緊迫的問題。與全國的公民一起，我們結(jié)合技術(shù)分析和有效的宣傳來為健康、安全和可持續(xù)的未來制定創(chuàng)新和實(shí)用的解決方案。

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