不可否認,新能源汽車替代燃油汽車是大勢所趨,但這是在汽車全生命周期低能耗、少污染的前提下,若一味死磕新能源汽車本身,而忽視其上下游及相關產業的發展和完善,便違背了新能源汽車節能減排的初衷。

文︱郭紫文

圖︱網絡

近年來,節能減排的呼聲越來越高,全球"碳中和"進程不斷加速。在國家政策支撐下,新能源汽車,尤其是電動汽車迎來了發展熱潮,造車大軍蜂擁而至,市場發展前景廣闊。根據TrendForce集邦咨詢報告顯示,預計2021年全球新能源汽車的銷售量將達到435萬輛,年上升率49%。而根據中汽協數據顯示,截至2021年五月底,我國新能源汽車保有量約580萬輛,約占全球新能源汽車總量的50%。

前段時間,大眾董事會成員KlausZellmer在接受采訪時透露,大眾將在2033年至2035年間在歐洲停售燃油汽車,隨后這一計劃將在美國和我國實行。此前,福特、通用、奧迪、本田等車企也紛紛宣布停售燃油車的計劃。比亞迪董事長兼總裁王傳福表示,結合國內外環境及資源來看,新能源汽車替代燃油汽車的大勢已定。

無論是新能源汽車的發展,還是燃油汽車停售,其初衷都是解決能源緊缺和環境污染等問題,實現"碳中和"目標。在使用過程中,和傳統燃油汽車相比,新能源汽車的確在能耗和二氧化碳的排放量方面占據優勢。然而,從新能源汽車全生命周期來看,其三電系統之一的動力鋰電池,在生產制造和回收環節均存在能耗和污染問題。假如新能源汽車所謂的零排放、零污染僅限于使用階段,那么新能源電動汽車真的比燃油汽車更加環保嗎?

排放轉移和電池生產量耗

較之燃油汽車,新能源電動汽車在行駛過程中沒有尾氣排放,其動力來源于動力鋰電池儲存的電能。在汽車行駛過程中,新能源汽車號稱"零排放",這里面其實存在一個很大的問題。

根據我國電力公司聯合會規劃發展部公布的《2020年全國電力工業統計快報》數據顯示,我國電力結構中,火電占比最大,高達68%。火電重要以煤炭作為燃料,在發電過程中消耗了大量的煤炭資源,并出現大量環境污染物。終端用戶每使用1kWh電能,火力發電廠就要排放0．86kg的二氧化碳。由此看來,新能源汽車在使用過程中,并非真正意義上實現了零排放,而是將污染排放因素轉移到了發電過程中。

數據來源:我國電力公司聯合會規劃發展部《2020年全國電力工業統計快報一覽表》

在節能減排趨勢下,全世界都在積極尋求清潔能源代替化石燃料,新能源汽車成為實現碳中和的重要驅動力。然而,動力鋰電池從材料提取到生產完成都存在一定的能耗和污染。以鋰電池為例,鋰的開采重要分為兩種,一種是從巖石中開采,再使用化學制品提取;另一種則是從鹽沼中提取。年產鋰量最高的澳洲屬于前者,而鋰儲量最高的智利則通過后者開采。

鋰開采過程要使用大量水資源,嚴重破壞生態系統,而其出現的有毒化學元素則存在泄露風險。智利大學鋰電池專家吉列爾莫·岡薩雷斯(GuillermoGonzalez)曾在采訪中表示,開采鋰是侵入性的,這根本不是一個綠色的解決方法。好在鋰在動力鋰電池生產中使用比例不大,但使用量最多的鎳和鈷在其提取過程中出現的不利影響則比鋰更甚。

從動力鋰電池生產制造過程來看,鋰電池重要包括電池材料生產、勻漿、涂布、烘干、分切、電芯卷繞、電池裝配、注液和化成等步驟。美國阿貢實驗室研究結果顯示,動力鋰電池原料獲取和制造過程總能耗205MJ/kg。據美國凱斯西儲大學的ChrisYuan對24kWh鋰電池組生產量耗分析數據顯示,鋰離子單體電池采用錳酸鋰正極和石墨負極,其中電池材料生產量耗為29．9GJ,電池生產階段能耗為58．7GJ,而電池組裝階段能耗0．3GJ。

錳酸鉀電池生產量耗

和之相對,燃油汽車動力系統的生產制造重要考慮發動機的鑄造和機加工。發動機重要零部件的生產量耗約417．63kWh。比較可知,在動力系統生產制造階段,動力鋰電池的能耗要比發動機能耗大得多。

發動機重要零部件生產制造能耗

電池回收和可行性

業內數據顯示,2020年我國動力鋰電池累計退役量達到20萬噸,預計到2025年退役量將攀升至78萬噸。新能源汽車動力鋰電池退役數量呈現逐年上升的態勢,而其回收利用體系卻尚未完善。廢舊動力鋰電池實際流入正軌渠道的數量不足10%,更多的電池流入灰色產業鏈,甚至不知去向,隱藏著巨大的安全隱患。

按照國家標準,動力鋰電池容量低于80%即可退役回收,這就意味著電池在退役時,仍然擁有很大的剩余價值。通過梯次利用和再生利用,提高了資源利用率,防止了稀缺資源的浪費。然而,電池回收市場亂象叢生,處理不當的電池極易發生泄露、爆炸、自燃,嚴重危害環境和人身安全,還浪費了大量的資源。

除去流入非正規市場的電池,動力鋰電池回收階段出現的能耗,重要集中在對稀缺金屬材料的回收上。電池材料的回收重要包括火法冶金和濕法冶金等方式,火法冶金適合大規模處理復雜電池組,但燃燒必然會出現廢氣污染,處理成本較高;濕法冶金技術工藝上相對復雜,但關于金屬的回收率較高。我國的動力鋰電池回收工藝還處于探索階段,技術水平仍有待提高。

由于動力鋰電池規格不一,缺乏統一標準,廢舊電池的狀態無法追蹤,極大新增了回收難度和回收成本,也讓動力鋰電池回收利用的可行性遭遇瓶頸。相比之下,燃油汽車動力系統的回收、拆解、材料再生等過程相對簡單,且已經擁有一套成熟的工藝和市場體系。

此外,退役電池的殘余容量難以估計,要通過標準測試獲取,成本新增的同時拉長了處理周期,也耗費了大量的人力物力,新增了能源消耗。另一方面,由于消費者回收意識薄弱,回收網絡尚未完全覆蓋,隨意丟棄的廢舊電池不計其數。公司終歸要自負盈虧,金屬價格的波動、技術和產量周期也會影響材料回收的效益,對動力鋰電池市場的發展有一定掣肘。

以鋰電池為例,鋰電池由正極、負極、電解液、隔膜、集流體和外殼等部分組成,在回收利用的時候要拆解成不同部分分別處理。而市面上的鋰電池由多種化學結構和規格工藝,單是拆解就面對大量難題。此外,鋰電池的拆解還會涉及到重金屬、有機電解液等,工藝技術復雜多樣,形成完整全面的回收體系成本太大,短時間內很難實現。

由此可以看出,當前階段,多種因素共同約束,動力鋰電池的回收市場仍然處于發展的初級階段,對動力鋰電池回收利用的可行性仍有待提升。

新能源汽車的環保意義

長期以來,新能源汽車似乎被打上了"零排放"、"零污染"的烙印,成為驅動"碳中和"的真理。綜合上述,雖然新能源電動汽車在行駛階段出現的污染低到可以忽略,但在其全生命周期的能耗和污染,似乎和燃油車不相上下。動力鋰電池的生產制造、回收利用的情況也對新能源汽車的環保意義影響頗深。

不可否認,新能源汽車替代燃油汽車是大勢所趨,但這是在汽車全生命周期低能耗、少污染的前提下,若一味死磕新能源汽車本身,而忽視其上下游及相關產業的發展和完善,便違背了新能源汽車節能減排的初衷。

尤其是在動力鋰電池尚不能達到全生命周期的零排放零污染的前提下,新能源電動汽車的發展還有意義嗎?答案當然是肯定的,推進碳中和是全球發展的必然趨勢,因此,如何真正實現動力鋰電池全生命周期低能耗,少污染仍要進一步布局,推進電池完整周期的工藝、技術走向成熟是汽車產業發展的必然。

關于動力鋰電池的回收利用,無論先行的政策、回收標準,還是技術水平都遠遠達不到要求,這也導致當今電池回收的污染比燃油汽車還大。這也是新能源汽車遭到質疑的一個方面。另一方面則來源于動力鋰電池生產階段的排放轉移。

針對這兩點質疑,更意味著發展新能源汽車的必要性。一旦汽車流入市場,進入消費者群體中,關于汽車排放的管理難度將會成倍新增。燃油汽車的尾氣排放離散不可控,假如將離散的排放轉移至集中可控的發電廠,將超出人力控制的污染源通過量化集中管控,繼而優化發電結構,提高非化石能源的使用率,則可以有效節約成本,減少污染。

而關于動力鋰電池的回收利用,別無他法,終歸還是要國家、公司、消費者三方密切合作,建立完善的動力鋰電池回收利用產業鏈,實現電池剩余價值的利益最大化。任何一個產業的發展都要經歷從質疑到成熟的過程,新能源汽車市場的未來仍然大有可為。