電動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

電動汽車是美國未來交通至關(guān)重要的一環(huán)，因為它擁有大幅降低全球溫室氣體排放的潛力，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，電動汽車可以在未來20年中助力減少一半的美國預(yù)計石油用量。電動汽車還將在實現(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。

本報告將探討電池電動汽車和同級別汽油車在整個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)回收的整個周期，進(jìn)而對這兩類汽車做出比較。為此，我們對電池電動汽車的碳足跡進(jìn)行了最新的評估，其中考慮了有關(guān)發(fā)電和電池電動車型的最新信息。我們用作建模樣本的兩種電池電動汽車（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者能夠買到的電池電動汽車和可資比較的同等汽油車。

我們的分析表明：

l  電池電動汽車從整個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汽車生產(chǎn)相關(guān)的更高排放量也是如此。基于對目前市場上兩種最暢銷的電池電動汽車的建模及其目前的銷售區(qū)域，6-16個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

電動汽車是美國未來交通至關(guān)重要的一環(huán)，因為它擁有大幅降低石油消耗和溫室氣體排放的潛力，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生命周期中，電池電動汽車排放的溫室氣體要比同等汽油車少50%。根據(jù)電廠排放和電動汽車銷售最新數(shù)據(jù)，駕駛一輛電動汽車產(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，電動汽車必須占據(jù)更大的汽車銷量份額，同時電網(wǎng)必須繼續(xù)從煤電轉(zhuǎn)向可再生能源發(fā)電。

l  電動汽車的行駛比以往任何時候都更為清潔。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年報告的人口分布比例只有45%。取決于電動汽車目前在美國的具體銷售區(qū)域，典型電動汽車產(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%——合計減排60%以上（相比目前生產(chǎn)和行駛的電池電動汽車）。

電動汽車行駛的總體溫室氣體排放

雖然電池電動汽車沒有尾氣排放，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“電網(wǎng)區(qū)”（見圖ES-1。表示一組電廠共同作為一個地區(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，同時我們對這些地區(qū)的電動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汽車（同時包括電池電動車和插電式電動車）的平均效率做出了估計。

圖ES-1. 各電網(wǎng)區(qū)電動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年電動汽車銷售區(qū)域進(jìn)行了銷售加權(quán)平均計算。

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個區(qū)域中，20個區(qū)域的評估值都在2012年報告水平的基礎(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汽車，電動與汽油汽車之間的比較就更值得關(guān)注了。因此，根據(jù)2014年電動汽車銷售地區(qū)加權(quán)計算，在美國駕駛電動汽車產(chǎn)生的溫室氣體相當(dāng)于駕駛68英里/加侖的汽油車。

使用電動汽車產(chǎn)生的排放量應(yīng)該會繼續(xù)下降，因為2013-2015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《清潔電力計劃》為更大的進(jìn)步開辟了機會，因為各州必須共同在2030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，許多電動汽車車主在購買電動汽車的同時也對住房進(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)開始實施，以及汽車技術(shù)的不斷改進(jìn)，電動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，購買電池電動汽車的車主行駛的總里程數(shù)會與同級別的汽油車相同。我們采用美國平均電網(wǎng)排放量來估計汽車制造過程產(chǎn)生的排放，而汽車使用階段的平均電網(wǎng)排放強度則基于電動汽車目前銷售區(qū)域的銷售加權(quán)平均值。

電池電動汽車制造過程的總體溫室氣體排放

無論何種動力的汽車，其制造過程都會產(chǎn)生溫室氣體排放。但是，制造電池電動汽車所產(chǎn)生的排放量要多于汽油車，這主要是因為電池電動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）的中型電池電動汽車所產(chǎn)生的總體制造排放一般會多出1噸有余，因而比制造同級別汽油車多排放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）的全尺寸電池電動汽車配備了更大的電池，會增加6噸左右的排放量，制造過程產(chǎn)生的排放相比同級別的汽油車多出68%。但是，這種電動汽車的總排放量仍比同級別汽油車低53%（見圖ES-2）。

換句話說，電動汽車生產(chǎn)所增加的排放量會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，相比同級別的汽油車，長續(xù)航里程的全尺寸電池電動汽車只需行駛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汽車大約相當(dāng)于行駛6個月，長續(xù)航里程的全尺寸電池電動汽車則大約相當(dāng)于行駛16個月。

同時，隨著汽車制造商不斷積累經(jīng)驗并提高生產(chǎn)效率，制造電池電動汽車所產(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)和組裝中測試電動汽車電池組的性能。相比汽油車，電池增加了電動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《清潔電力計劃》下，各州應(yīng)制定并實施將前有力的合規(guī)計劃，將可再生能源和能源效率放在優(yōu)先地位，以實現(xiàn)其減排目標(biāo)。

l  政府各級政策制定者應(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?？扇〉倪x擇包括可再生能源電力標(biāo)準(zhǔn)、能源高效資源標(biāo)準(zhǔn)、碳定價機制、稅收優(yōu)惠和其他經(jīng)濟(jì)獎勵，以及改進(jìn)電網(wǎng)運營、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目，以減少與電動汽車電池生產(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。通過支持這個新興領(lǐng)域，我們不僅可以鼓勵制造商減少生產(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，在可再生能源電力占到80%的未來電網(wǎng)中，電池電動汽車僅在制造環(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，電動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)成了一項關(guān)鍵戰(zhàn)略：在未來20年內(nèi)將預(yù)計石油用量削減一半，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、獨立的科學(xué)研究來解決我們這個星球最緊迫的問題。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)新和實用的解決方案。

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