雖然電動車在結(jié)構(gòu)上要比傳統(tǒng)燃油車更簡單,但要打造一款品控出色的電動車,也并非那么容易。事實上,用發(fā)電代替燃油這種簡單的邏輯并不能經(jīng)得住環(huán)保賬的精打細算,尤其是關(guān)于電動車能源環(huán)保的質(zhì)疑。而如何使用高效、低碳的能源系統(tǒng)保障電動汽車的充電,依然是科學(xué)家與各領(lǐng)域企業(yè)共同面對的挑戰(zhàn)。

　　言過其實的環(huán)保

　　眾所周知,碳排放已經(jīng)成為當(dāng)前一個扭轉(zhuǎn)全球變暖的核心議題,其執(zhí)行的邏輯是:先制定一個總的碳排放額度,然后分配給各個經(jīng)濟體,碳排放的總額度某種程度上可以直觀折射一個國家與地區(qū)的工業(yè)化水平和規(guī)模。

　　在這樣的背景下,汽車產(chǎn)業(yè)無疑其中的重要一環(huán),碳排放限額,就是在倒逼車企向新能源轉(zhuǎn)型。事實上,自2005年以來,多國都在促進減少重污染車輛,包括以汽油,液化石油氣和柴油為燃料的車輛。這是因為,與其他全面禁止化石燃料的政策相比,禁止出售以燃料為燃料的車輛的禁令相對簡單明了。

　　于是,傳統(tǒng)的燃油汽車淘汰趨勢加速,新能源汽車的發(fā)展則在政策的支持下進入發(fā)展快車道。根據(jù)天風(fēng)證券研究報告,2017年以來新能源乘用車滲透率逐步提升至4.35%,純?nèi)加蛙囌急确€(wěn)步下降。2017年1月至2019年10月,純汽油動力的乘用車銷量占比從98.8%下降到了93.8%。

　　人們寄希望于新能源汽車,希望用石油的消耗,實現(xiàn)“零排放”,但事實證明并非如此。如果從產(chǎn)品的LCA全生命周期的角度去分析,傳統(tǒng)電動汽車在對人體毒性潛勢、酸化潛勢、氣溶膠潛力和光化學(xué)污染上一點都不亞于燃油車,并且它的節(jié)能減排的效果也并沒有達到預(yù)期。

　　從汽車生產(chǎn)來看,大部分研究都表明,生產(chǎn)電動車產(chǎn)生的碳排放其實要比燃油車更多。因為需要生產(chǎn)電池,電動車比燃油車在生產(chǎn)工程中的碳排放要多15%到70%。而如果拋開電池的話,生產(chǎn)燃油車和電動車的排放規(guī)模是相當(dāng)?shù)摹?/p>

　　那么,綜合下生產(chǎn)一輛燃油車需要的碳排放,假設(shè)生產(chǎn)一輛燃油車需要10噸碳排放,電動車生產(chǎn)30kWh電池需要1-5噸碳排放,100kWh需要6-17.5噸碳排放,取最高值,也就是生產(chǎn)一輛燃油車需要10噸碳排放,生產(chǎn)一輛30kWh電動車需要15.3噸,而100kWh需要27.5噸碳排放。

　　從汽車使用來看,根據(jù)美國的碳排放數(shù)據(jù)。一輛燃油皮卡大概每年會排放 6.24 噸的二氧化碳,美國的平均水平是一輛燃油車每年排放 5.2 噸二氧化碳。電動車則更加復(fù)雜一些,這取決于電能是怎么來的,和中國一樣,美國同樣依賴火電,電動車每年平均排放 2.02 噸二氧化碳。

　　實際上,當(dāng)前,我國火電比例雖然在持續(xù)下滑,但火電仍是最主要的發(fā)電類型。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,以燃煤發(fā)電為主的火力發(fā)電量,占全國發(fā)電量比例為71.19%。其次,是水力發(fā)電,占比達到16.37%,然后是風(fēng)力發(fā)電、核能。最后,才是太陽能發(fā)電,比重僅為1.92%。值得一提的是,所謂綠電,通常指利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源轉(zhuǎn)化成的電能。這些電能才算得上真正的新能源。但顯然,當(dāng)前,清潔能源電力的使用占比并不高。

　　也就是說,對于30kWh的電動車來說,只要開過 1.67 年后,電動車就要比燃油車更加環(huán)保了,但如果把測算對象換成 100kWh 電動車,則需要5.5年了。這還是在不考慮電池損耗和回收問題的情況下。

　　從燃油汽車到電動汽車,從汽車生產(chǎn)到汽車使用,環(huán)保依然停留在設(shè)想。

　　電池回收的難題

　　實際上,除了面對“排放”問題,電池回收也是新能源汽車需要解決的難題。

　　考慮到動力電池的平均4-6年的有效壽命以及5-8年的使用年限,結(jié)合2014年開始的電動車快速普及,2021年底,我們就已經(jīng)迎來第一批退役高峰。十到十五年后,數(shù)百萬輛電動車更將壽命到期,傳統(tǒng)汽車的鉛酸電池能被廣泛回收利用,但新能源電動車的鋰離子電池回收,卻不是件容易的事。

　　眾所周知,廢舊電池是一種污染性很強的垃圾。尤其是體積巨大的動力電池,其包含大量重金屬、電解質(zhì)、溶劑及各類有機物輔料,集多種毒性很強的污染物于一身,不恰當(dāng)?shù)奶幹脮乐匚廴就寥琅c水源,亦會產(chǎn)生有毒氣體排放。因此,簡單的填埋或是焚燒,都不適合用來處理退役的動力電池。因此,為了實現(xiàn)鋰電池的再利用,“拆解回收”與“梯次利用”就成為必然選擇。

　　拆解回收,即再拆解回收其中有價值的金屬元素,包括兩種主流處理工藝:火法回收和濕法回收。其中,“火法回收”則更為常見——回收者首先將電池進行機械粉碎,然后進行燃燒從而留下一堆燒焦的塑料、金屬、膠水,最后使用包括進一步燃燒的幾種方法來提取金屬。而“濕法回收”是將電池材料浸入酸池中從而產(chǎn)生金屬負載的湯。

　　當(dāng)然,不論是火法回收還是濕法回收,都有其優(yōu)點和缺點。比如,“火法回收”不需要回收者知道電池的設(shè)計或成分,甚至不需要知道電池是否已完全放完電就可以安全地進行,但作為代價能源消耗很大。而濕法回收可以提取不易通過燃燒獲得的材料,但其中可能涉及對健康有危害的化學(xué)物質(zhì)。但無論是哪種方法,不可避免的是——都會產(chǎn)生大量廢料并排放溫室氣體。

　　從循環(huán)經(jīng)濟角度考慮,梯次利用比起火法或濕法冶煉要輕松得多。梯次利用是指動力電池在達到設(shè)計使用壽命時,通過修復(fù)、改裝或再制造等方法使其能夠在合適的工作位置繼續(xù)使用的過程。退役的動力電池經(jīng)過相關(guān)的檢測,確定其性能后,可依次用于低功率電動車、電網(wǎng)儲能、家庭儲能領(lǐng)域,等電池性能進一步劣化后,低于最低利用標(biāo)準(zhǔn)再行回收。

　　但目前,鋰電池梯次利用的路線的整體發(fā)展卻較為遲緩。一方面,梯次利用需要對退役動力電池進行充分的評價檢測,確定其性能。經(jīng)過檢測篩選后,才可根據(jù)不同的用途,對退役電池進行重組,穩(wěn)定重組后的電池包電壓、電流,最后重新打包投入使用。但當(dāng)前,基于容量衰減機理分析建立的電池壽命預(yù)測模型首先就不夠完善,更不用說后面的步驟。

　　另一方面,從經(jīng)濟效益來看,梯次利用涉及的逆向物流系統(tǒng)頗為復(fù)雜,中間環(huán)節(jié)眾多,在梯次利用過程中,電池制造商、回收商、研究人員還需要解決很多問題,這使得梯次利用遠比直接拆解回收要麻煩,不如直接回收來得省事。不僅如此,復(fù)雜的流程還嚴重堆高了梯次利用電池的成本,甚至出現(xiàn)重組電池和新電池價格倒掛的現(xiàn)象——舊電池比新電池還貴。

　　電動汽車沒那么便宜?

　　過去,電動汽車革命的目的是減少對化石燃料的依賴,減少排放,并減少交通對氣候變化的影響。隨之而來的是,當(dāng)涉及到個人消費者時,電動汽車還被寄予一個預(yù)期的好處,節(jié)省燃料成本。

　　2021年10月,安德森經(jīng)濟集團發(fā)布了一份報告,比較了燃油車和電動汽車的成本,并得出結(jié)論,電動汽車可能比燃油車更昂貴。在編制該報告時,安德森集團使用了大部分使用商業(yè)充電站充電的電動汽車的數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示,在某些情況下,使用公共充電樁的費用是在家充電的三倍。安德森經(jīng)濟集團還增加了隱性成本,如充電所花費的時間。

　　根據(jù)國網(wǎng)電動方面的預(yù)計,到2040年我國將達到3億輛電動汽車,銷量占比50%到60%,年用電量將增加2.68萬億千瓦時,占全社會用電量占比17%;日充電功率可達5.87億千瓦,占2040年新能源裝機量18.81億千瓦的31%。要知道,2020年我國整體發(fā)電量累計也才7.42萬億千瓦時。

　　面對激增的電動汽車,單純的增長電網(wǎng)容量,而忽視車輛電池與電網(wǎng)的互動,顯然是不健康的發(fā)展。因為電動汽車的充電接入是分散的、隨機的。所以,電動汽車的充電特性會進一步加劇區(qū)域電網(wǎng)峰谷差,電網(wǎng)調(diào)節(jié)難度加大,單純增容升級線路,會使全社會電力投資翻倍,增加終端用戶的用電成本。

　　顯然,不論是電動汽車的生產(chǎn)、使用、回收還是消費,都與人們的理想有所出入,而環(huán)境友好也并不是小修小補,汽車制造是一個系統(tǒng)性的難題。

　　電動汽車確實許諾了一個更加環(huán)保減排的美好前景,但想讓消費者開上更環(huán)保的車,想構(gòu)建車企真正的“核心環(huán)保競爭力”,更重要的是,在汽車制造和使用的各個環(huán)節(jié)都加入環(huán)保的理念——對環(huán)境友好,實現(xiàn)清潔能源替代,盡可能地減少污染排放,以及保持高效率的生產(chǎn)。這就意味著在汽車制造本身流程不會大改的情況下,要從全盤的角度,對汽車工廠的處處細節(jié)進行環(huán)保追求。

　　不可否認,從燃油汽車到電動汽車,是能源升級的必然,正如馬斯克曾在一場 TED上做的闡述:把天然氣一類的化石燃料,輸送到發(fā)電廠發(fā)電,會有60%的綜合燃燒效率,但如果放在加天然氣的內(nèi)燃機中,目前為止最高的綜合燃燒效率只有20%。即使考慮到傳輸過程中電量的損耗,電動汽車+發(fā)電廠模式對內(nèi)燃機直接燃燒也有著明顯的優(yōu)勢,這還沒有考慮汽油、柴油、天然氣從石油中提煉過程中所消耗的能源。

　　另外,風(fēng)電水電太陽能發(fā)電這些可持續(xù)能源發(fā)電方式對能源的利用率一直在顯著提升,換句話說,它們在總發(fā)電量的份額中所占的比重會越來越大。但是,電能生產(chǎn)方式的逐漸轉(zhuǎn)變依然還需要一定的時間,在真正實現(xiàn)環(huán)保的理想以前,電動汽車行業(yè)還需要許多的修煉。