电动汽车究竟“低碳”还是“高碳”？
电动车汽通常会跟“节能”“减碳”等标签贴在一起，但也一直有“电动车并不环保”等声音存在。电动车究竟“低碳”还是“高碳”？
撰文/魏科（中国科学院大气物理研究所副研究员）
编辑/赵天宇
网上有这样一个故事说，有人在新加坡开特斯拉Model S被罚款了，原因竟然是Model S排放量超标，也就是电动车折合成碳排放以后，排放量超过了正常燃油车的标准。查了一下，确有其事。
从诞生的第一天起，电动车就被牢牢贴上了“节能”“环保”的标签。随着碳减排、碳中和目标的提出，电动车又在绿色能源转型方面被寄予厚望。新能源产业也是我们国家大力发展的方向之一。但掌声与质疑同在，除了对于驾乘体验本身的吐槽以外，近来质疑电动车污染问题的声音，已经开始甚嚣尘上，甚至连丰田掌门人、中科院院士、南方科技大学教授等产学界人士也站出来公开喊话：“电动车并不环保，我们是在增加二氧化碳排放！”
电动车面对的“种种质疑”其实，关于电动车是否真环保的问题，一直以来就有很大争议：支持一方认为电动车节能低碳、实现了真正意义上的零排放，让困扰人类百余年的汽车尾气消失了；但反对方的观点集中认为，电动车的污染和碳排放并不比传统燃油车低，只是污染形式转移了，甚至比燃油车碳排放还要高。
电动车碳排放更高的说法，乍一看让人颇有些丈二和尚摸不着头脑，但这种说法也不是空穴来风，主要集中在电动车所用的电能“从哪儿来”“怎么用”“到哪儿去”上。电动车是更低碳还是更高碳呢？或许这是一个值得用科学方法深入探讨的问题。
（图片来源/视觉中国）
☛ 理由一：越充电，越耗能？
相比较于燃油车，电动车在行驶过程当中没有尾气排放，因为它们的动能来源于电池储能。
不过依据能量守恒定律的原理，电池充电也是需要消耗能源的。新能源汽车充电量的激增，势必会带来发电量的激增。这种用电量增加本质上带来的是能源需求量的上升。
中国电力企业联合会规划发展部发布的《2020年全国电力工业统计快报》数据显示，我国电力结构中，火电占比最大，高达68%，火电的主要燃料是煤炭，尤其是我国北方地区，因为自然地理环境等原因，火电占比甚至高达80%。
（数据来源：中国电力企业联合会规划发展部《2020年全国电力工业统计快报一览表》）
国家统计局2020年发电量数据统计显示，2020年，国内二氧化碳总排放量约为113.5亿吨，其中电力占比就达到40.5%，高达45.97亿吨。火电是所有发电方式当中，二氧化碳排放最严重的，产生了大量环境污染物：据计算，终端用户每使用1kWh（千瓦时）电能，火力发电厂就要排放0.86kg的二氧化碳。
这种观点认为，新能源汽车在使用过程中，并非真正意义上实现了零排放，而是将污染排放转移到了发电过程中。
☛ 理由二：生产过程碳排放更高？
有研究数据显示，每辆汽油车的生产制造过程当中，二氧化碳排放为8吨，而电动车生产过程中二氧化碳排放为10.5吨。为什么电动车的生产过程，比传统燃油车更耗能？问题其实出在电动车的核心零部件——动力电池上。
目前三元锂和磷酸铁锂电池是电动车动力电池的主流，但无论采用哪种动力电池，原材料获取加工环节和生产环节，都会造成数量不小的碳排放。
（图片来源/人民视觉）
譬如，锂元素开采过程需要使用大量水资源，严重破坏生态系统。而镍元素从矿石中提取的过程，会使用化学品和砷等物质，这些物质暴露在空气和水中会变成有毒物质，造成严重的环境污染。
来到生产环节：相比于制造车身的主要材料——钢铁，生产单位质量锂、钴、镍和石墨的碳排放普遍更高。从电池的类型来看，生产磷酸铁锂电池和三元锂电池的碳排放强度分别109.3kgCO2/kWh和104kgCO2/kWh。
据此有人估算，以生产60kWh的动力电池来说，生产一块电池的整体碳排放就超过8吨。虽然这个数字准确性有待考证，但这足以证明，此过程产生的碳排放是值得关注的。
☛ 理由三：废旧电池哪里去？
生产和储充以外，随着电动车报废潮的到来，废旧电池的回收处理问题也日渐棘手：2020年我国动力电池累计退役量已经达到20万吨，预计到2025年退役量将攀升至78万吨。但国内废旧电池的回收率仅为10%左右，剩下90%或者流入黑市，或者不知去向。
众所周知，电池在报废之后会产生非常严重的污染，一颗纽扣电池就可以污染60万升水，电池本质上更像“被包装起来的化学试剂”。如果回收处置不当，会对环境和生命健康造成严重的影响。
（图片来源/视觉中国）
锂动力电池虽然不含广受诟病的铅、镉等重金属，但从技术层面来看，它依然含有镍、钴、锰等重金属，电解液，含氟有机物也有污染。此外，电池报废之后，仍有300-1000V不等的高压，在回收、拆解、处理过程中操作不当，还是可能会有起火爆炸、重金属污染、有机物废气排放等多种问题。
相比之下，燃油汽车动力系统的回收、拆解、材料再生等过程相对简单，且已经拥有一套成熟的工艺和市场体系。能够把碳排放和对环境的污染降到最低。
低碳还是高碳需从全生命周期角度衡量看了以上种种质疑，或许你也对“电动车是否真环保”的论据产生了疑问。但实际上，单纯对比、罗列数字并不公平，想要准确地分析电动车排放的问题，就要基于全生命周期的角度来衡量，这样才能做到客观和公平。
首先，电动车的动力来源，并不完全来源于燃煤的火电，像我们国家，水力发电、风力发电、核能发电和太阳能发电等等，加起来占比接近30%，也就是说目前，电动车发电动力有3成是来自这些非化石燃料发电。
在中国，以特斯拉Model 3为例，耗电量换算成每公里的碳排放量大概是304克左右，同级别的B级燃油车的碳排放量差不多是276克，这么计算特斯拉的碳排放的确高了些。但如果只计算70%的水平，碳排放量实际是213克，就要低于普通燃油车的水平了。
其次，计算燃油车的碳排放，也需要考虑石油在开采、提炼和运输过程中的碳排放量，这与强调电动车电池生产过程当中的碳排放是相同的：综合这个数据后，中型燃油车每公里二氧化碳的排放量达到了644克，远远超过了电动车的排放量。
（图片来源/视觉中国）
电动汽车的碳排放量呈逐渐下降的态势由于生产工艺原因，当前电动车生产过程当中总的碳排放量是比燃油车要高一些，但一方面生产工艺在不断进步，我们注意到这种差距是在缩小的；另一方面，电动车生产环节的碳排放会在使用中得到不断抵消，开到一定距离以后，例如Model 3到8600公里后，总排放量就会不断低于燃油车。这个公里数，约等于北上广深多半年的用车通勤距离。
空气污染问题已成为燃油车绕不开的一道“坎”：汽车尾气成分复杂，包括挥发性有机物，氮氧化物、二氧化硫、烟尘颗粒等等，是造成冬季细颗粒物、夏季臭氧污染以及PM2.5污染的重要原因。对比下电动车的发电即使全部来自燃煤电厂，也可以大幅减少污染物，因为我们国家燃煤电厂技术方面，已经可以实现超净排放，燃烧后产生的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物都能够得到充分的回收。
我们可以试想一下，无数燃油车的无序排放和燃煤电厂的系统性排放相比较，显然后者更容易管理，也可以利用技术进步整体性地解决。
按照碳减排、碳中和的要求，到2030年，国内非化石能源发电的占比会达到50%左右，2050年达到90%以上。随着新能源在发电中的比例越来越高，电动汽车的碳排放量必然呈逐渐下降的态势，但燃油车的碳排放量还是基本不变的。
碳减排、碳中和是改善地球生态系统、维护人类生存环境的必要手段，强调电动车减排低碳的目的也是保护环境。分析这个过程，不能只从表面数据上分析，也不能片面放大生产流通制造环节的差异，更应该从全生命周期、长排放过程来进行考量。所以从现在的大趋势来看，电动车毫无疑问是更低碳的。■
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 科学加客户端
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