【报告】基于生命周期的新能源汽车碳足迹评价—研究进展与展望.pdf

东北财经大学学报 Journal of Dongbei University of Finance and Economics ISSN 1008-4096,CN 21-1414/F 《东北财经大学学报》网络首发论文 题目： 基于生命周期的新能源汽车碳足迹评价null研究进展与展望 作者： 何文韬，郝晓莉，陈凤 网络首发日期： 2021-10-09 引用格式： 何文韬，郝晓莉，陈凤．基于生命周期的新能源汽车碳足迹评价null研究进 展与展望[J/OL]．东北财经大学学报. https://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1414.f.20211009.0821.002.html 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编 辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、 出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。 为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容， 只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国 学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版。 引用格式：何文韬，郝晓莉，陈凤 . 基于生命周期的新能源汽车碳足迹评价 —— 研 究进展与 展望 [J].东北财经大学学报， 2021. 基于生命周期的新能源汽车碳足迹评价  —— 研究进展与展望 何文韬，郝晓莉，陈凤 （东北财经大学 产业组织与企业组织研究中心，辽宁 大连 116025） [摘 要 ] 发展新能源汽车是实现碳达峰与碳中和目标的重要途径，而在现有技术和能源结构下，探讨新能 源汽车的节能减排效果已成为研究热点。本文在梳理新能源汽车产业发展趋势的基础上，汇总了碳达峰与 碳中和目标对新能源汽车企业提出的新要求，总结了生命周期评价法的定义、分类与特点，指出了该方法 在追踪新能源汽车碳足迹中的重要作用，进而从新能源汽车和燃油汽车对比、典型国家新能源汽车环境影 响评价两个角度，综述了生命周期评价法在新能源汽车领域中的运用及评价结果。最后，本文对新能源汽 车生命周期评价的研究方向进行了展望，并提出了若干政策启示。 [关键词 ] 生命周期评价法；碳达峰与碳中和目标；新能源汽车；碳足迹 一、引 言 随着气候变化加剧、城市污染严重及化石燃料短缺等环境问题日益严峻，各国都在急切 寻找一条替代传统燃油汽车的技术路径来减少使用石化资源，降低碳排放量。在此背景下， 新能源汽车产业迎来发展机遇，一些国家已经为新能源汽车设定了未来目标，启动了一系列 市场推广计划。欧盟计划到 2030 年将内燃机汽车数量减半，到 2050 年逐步从城市中淘汰。 美国在《新能源汽车战略规划蓝图》中提出，计划到 2040 年电动车数量达到 2.5 亿辆，进 而摆脱对进口石油的依赖。日本提出到 2030 年实现混动、电动和插混汽车销售市场占比 70% 的目标。在中国“ 十四五 ”规划和 2035 年远景目标纲要中，新能源汽车被列为“构筑产业 体系新支柱 ” 的战略性新兴产业之一 ， 并在 《 新能源汽车产业发展规划 （ 2021—2035 年 ）》 中提出，到 2025 年实现新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量 20%左右的发展愿景。 虽然各国都普遍认为新能源汽车是减少对石油依赖、减少二氧化碳排放及实现城市中 心零排放的可行途径，但新能源汽车真的低碳环保吗？纯电动、插混、混动等不同类型的新 能源汽 车的环境表现如何？不同发展阶段应当选择哪种类型的新能源汽车？对此，需要以 新能源汽车整个生命周期作为研究对象，追踪新能源汽车的碳足迹，对直接的和潜在的环境 基金项目： 国家社会科学基金重大项目“供给侧结构性改革下东北地区创新要素结构分析与优化对策研 究”（ 18ZDA042）、国家自然科学基金面上项目“中国新兴产业震荡的识别、影响与干预研 究”（ 71873025）、国家自然科学基金青年项目“基于产业政策视角的中国新兴产业震荡触 发机制及其影响效应研究”（ 71703015）、辽宁省教育厅新型智库项目“高质量发展视阈下 辽宁省新兴产业发展模式优化与政策创新研究”（ LN2019X04）。 作者简介： 何文韬（ 1985-），男，河南遂平人，副研究员，博士，主要从事产业经济、产业政策与新兴 产业等方面的研究。 E-mail： wentao_he@126.com 郝晓莉（ 1995-），女，山西忻州人，硕士研究生，主要从事新能源汽车产业研究。 E-mail： 386571463@qq.com 陈 凤（ 1996-），女，四川绵阳人，硕士研究生，主要从事新兴产业研究。 E-mail: 1039192459@qq.com 网络首发时间：2021-10-09 15:08:40 网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1414.f.20211009.0821.002.html 影响进行全面评估，避免出现环境负担转移的问题 [1]。目前碳足迹的计算大多采用生命周期 评价法（ Life Cycle Assessment， LCA） [2]。该方法是一种针对产品或服务进行标准化、科学 化环境影响评价的方法，考虑了产品系统在其整个生命周期中的投入和产出。现有研究广泛 采用该方法追踪新能源汽车的碳足迹，评价新能源汽车的环境影响。 本文以各国为实现碳达峰与 碳中和目标为背景，分析了新能源汽车在这一目标中所起 的作用，详细梳理了基于生命周期评价法的新能源汽车碳足迹研究进展，总结了针对不同类 型汽车、不同国家发展新能源汽车的生命周期评价结论，分析了相关研究的未来发展方向和 趋势，为中国研究新能源汽车，推动实现碳达峰与碳中和目标提供理论参考。 二、碳达峰与碳中和目标下的新能源汽车产业 （一）新能源汽车产业发展趋势 新能源汽车作为当前汽车产业重要的发展方向，已成为各大汽车厂商争相抢夺的战略 要地。相较欧美国家以发展新能源汽车产业作为实现节能减排的有效途径，中国更是将其作 为战略 性新兴产业的重要组成部分，努力通过新能源汽车的“弯道超车”来实现中国汽车工 业高质量发展。 在政策推动下，中国新能源汽车不但取得了突飞猛进的成绩，而且呈现出向着智能化发 展的趋势。据统计， 2019 年中国新能源汽车产销分别达到 124.2 万辆和 120.6 万辆。 2020 年， 尽管受到 疫情 影响，但新能源汽车产销仍然同比实现了 7.5%和 10.9%的增长，分别达到 136.6 万辆和 136.7 万辆。 2021 年第一季度，随着市场恢复，新能源汽车产销两旺，分别完成 53.3 万辆和 51.5 万辆，同比分别增长了 3.2 倍和 2.8 倍，创造了第一季度同期最高销量水平。新 能源汽车的渗透率也一路攀升， 2021 年 5 月接近 8.7%，达到了历史最高水平。与此同时， 2020年全国新车智能化配置率达到 86.0%，智能驾驶配备率达 68.0%， OTA配备率为 43.0%， 汽车行业整体对智能化配置的重视程度在逐步提高。 其中 ，新能源汽车是重要的参与者和推 动者。国内互联网企业，如华为、百度、阿里等纷纷入局新能源汽车车载系统领域，为车辆 提供智能化软件服务和支持，满足消费者用车过程中安全、舒适、互联等新需求。 从全球来看，新能源汽车在经历了十年的快速增长后，在 2020 年突破 1 000 万辆大关， 比 2019 年增加 43.0%，占车辆总数的 1.0%，其中纯电动汽车占新增电动汽车登记数量的 2/3。 2020 年上半年受 疫情 影响，新车登记数量同比下降了约 1/3，但这部分下降被下半年强 劲的需求抵消，使得整年同比仅下降 16.0%。而电动汽车销售额却上升了 70.0%，达到新车 销售的 4.6%。 2020 年全球约有 300 万新电动车登记注册，欧洲新增电动汽车注册量翻了一 番，达到 140 万辆，首次超过中国成为年增长量最大的地区。其他国家，如美国汽车市场在 2020 年下降了 23.0%，电动汽车注册量降幅略小于整个市场。日本自 2017 年电动汽车注册 量达到峰值以来，电动汽车市场的绝对值和相对值都在下降， 2020 年日本电动汽车注册量 下降 25.0%。 与新能源汽车产销量变化相对应， 2020 年消费者购买新能源电动汽车的消费支出为 1 200 亿美元，相较 2019 年增长了近一半，拉动销售额增长 41.0%。而这背后离不开各国政府 对新能源汽车消费的补贴和激励措施。 2020 年各国政府在对购买新能源汽车的补贴和税收 减免上花费了约 140 亿美元。在中国不断“退坡”新能源汽车政府补贴的情形下，欧洲国家 加大了对新能源汽车的补贴力度，从而使得 2020 年欧洲国家新能源汽车销量增长超过了中 国。 以上数据表明，新冠 疫情 虽然中断了新能源汽车持续十年的强劲增长，但在减排压力和 政策激励的双重作用下，新能源汽车无论是产销量还是市场份额都在上升，全球新能源汽车 产业仍处在快速发展阶段。 （二）碳达峰与碳中和目标对新能源汽车产业发展的新要求 由于温室效应威胁着人类生存，节能减排和实现“零排放”成为国际社会的一致诉求。 为此，联合国相继出台了《气候变化框架公约》《京都议 定书》和《巴黎协定》三个具有里 程碑意义的国际法律文件，呼吁各个国家从 2021 年开始至 2050 年努力实现全球二氧化碳 “零排放”目标，并将全球平均气温升幅控制在工业化前水平的 2 摄氏度，气温上升幅度限 制在 1.5 摄氏度以内。为了落实这一目标，全球各国纷纷加快了减排和控碳的步伐。中国提 出了 2030 年实现碳达峰与 2060 年实现碳中和的目标。美国推出“绿色新政”，计划在 2050 年之前达到零排放。欧盟做出最新承诺，计划在 2030 年之前将温室气体排放量较 20 世纪 90 年代降低至少 55.0%，并努力在 2050 年实现碳中和。日本、 韩国、加拿大等国家均提出 了 2050 年实现碳中和的减排目标。 碳排放的主要来源是燃烧化石燃料，而交通运输部门是主要来源之一。为了减少对化石 燃料的依赖，各国政府及相关企业正努力对运输部门进行去碳化。减排战略主要集中在避免 不必要的出行、将出行转向更可持续的客货运方式、提高交通运输效率、推广新能源汽车市 场渗透及采用可再生能源等。其中，新能源汽车的快速部署既可以实现大规模的减排，还能 减少对化石燃料的依赖，加上公众对环境外部性效应的认识及新技术的迅速出现，以新能源 汽车为核心的环境可持续交通运输系统的概念得到广泛认可，以 上种种促使传统汽车制造 企业加大了对新能源汽车的研发力度。宝马集团宣布到 2030 年，单车全生命周期平均二氧 化碳排放量较 2019 年降低至少 1/3，并将碳减排范围拓展到全产业链。沃尔沃汽车计划到 2025 年，企业从制造到物流总体运营的碳排放量降低 25.0%，并在 2018 年至 2025 年间， 将每辆车全生命周期中的碳排放降低 40.0%，将全球供应链相关的二氧化碳排放量减少 25.0%。日产汽车提出，到 2050 年整个集团的企业运营和产品生命周期实现碳中和，计划在 2030 年实现核心市场新车型 100%电动化。大众、奔驰等汽车企业也纷纷宣布碳中和目标和 低碳战略。中国汽车企业中，比亚迪提出构建“绿色供应商、绿色原材料”的 绿色采购体系， 研究探索新能源汽车及动力电池等核心零部件碳足迹，力争成为新能源汽车领域碳减排的 标杆企业。 北汽集团提出打造出绿色工厂，建立了产品全生命周期的绿色管理体系，提高能 源利用效率，推动汽车产业绿色低碳转型。 三、基于生命周期的新能源汽车碳足迹评价研究进展 汽车企业在制定碳中和战略目标时，都将汽车产品全生命周期考虑在内。近期发展起来 的生命周期评价方法适用于对新能源汽车进行全面的、综合的碳足 迹评估，从根源上找到新 能源汽车碳排放来源，真正实现新能源汽车在生产、使用、报废全生命周期中的绿色低碳。 （一）生命周期评价方法及其运用 1.生命周期评价方法的界定及实施步骤 为了对新能源汽车的环境影响有一个清晰的认识，需要对其从原材料提取和加工，到产 品生产、运输、分销、使用、维护和回收，再到最终储存或重新融入环境的全生命周期进行 分析。而生命周期评价方法作为一种用于评估特定流程或产品造成潜在环境影响的分析工 具，适用于对新能源汽车进行完整环境评估的工作。生命周期评价已经形成国际通用的标准 程序，包括国际标准化组织 14000 环境管理标准系列中的 ISO14040 和 ISO14044。 生命周期评价是一个基于多准则的方法，具有四个步骤的迭代过程，包括目标和范围界 定、盘查分析、影响评估和结果解释。目标和范围界定是生命周期评价的第一个阶段，描述 生命周期评价的目标和范围，涉及系统边界、详细程度及潜在的间接影响。第二阶段生命周 期盘查分析是对界定系统范围内的所有投入资料如原材料、能源、设备等，产出资料如主要 产品、副产品、污染物、废弃物等，以及间接影响资料如生态、社会影响和土地使用等进行 盘查。在收集了所有投入产出资料后，将不同生命周期 阶段的环境影响可能性分为三大类： 人类健康、自然环境和资源损耗。第三阶段通过选择合适的评估模型及方法，将环境影响分 类并进行量化分析。第四阶段依据评估目标与范围界定、归纳并提炼出评估结论及建议事项， 以评价整个项目取得所有环境绩效成果。 2.生命周期评价方法的分类与特点 （ 1）归因生命周期评价法和间接生命周期评价法 随着生命周期评价方法的发展，学者们认识到需要通过参数化建模来反映技术场景和 参数变化，但也发现生命周期评价建模的发展方向并不是识别所有可能的变化后果，某些决 策可能产生系统之外的影响，却没有包含在评价目标 和范围之中。由此，学者们提出，将涵 盖行动或决定可能外部后果的评价方法称为间接生命周期评价（ Consequential LCA），将侧 重于描述生命周期及其子系统中与环境相关影响的方法称为归因生命周期评价 （ Attributional LCA） [3]。 两种方法有不同的适用范围。有研究认为，间接生命周期评价适用于决策，但当间接生 命周期评价和归因生命周期评价的结果差异很小时，或间接生命周期评价在建模中的不确 定性超过从中获得的结果时，不应使用间接生命周期评价方法。此外，如果无需依据评价进 行决策时，考虑到应用的广泛性， 应当使用归因生命周期评价 [4]。另一些研究认为，归因法 和间接法既可以用于决策，也可以用于学习。不但间接生命周期评价法能有效评估个体决策 或规则的环境影响，归因生命周期评价法也可以，只是需要避免与具有较大环境影响的系统 相联系 [5]。此外，现有研究也指出，不要将归因生命周期评价法视为是回溯历史的方法，而 将间接生命周期评价法视为是更具前瞻性的方法。这些方法只定义边界条件，而不限制建模 或场景构建 [6]。因此，归因生命周期评价法可以同时回顾性和前瞻性地使用。两个方法之间 是互补关系，不存在“非此即彼”的选择。 归因法和间 接法之间的区别体现了目标定义如何影响生命周期盘查和生命周期影响评 估中方法和数据的选择。间接生命周期评价法在概念上是复杂的，因为包含了额外的经济概 念，如边际生产成本、供需弹性。间接生命周期评价法依赖于模型中嵌入的对经济关系的描 述，并试图通过推断价格、消费和产出的历史趋势来反映复杂的经济关系。这就增加了假设 不充分或其他错误，存在显著影响生命周期评价结果的风险 [6]。为此，需要使用更加充分的 论据来对各种结果加以解释。 （ 2）生命周期评价方法的三种变体： PLCA、 EIO-LCA 和 HLCA 生命周期评价方法作为一种强 有力的量化分析技术，有三种主要的方法变体：基于过程 的生命周期评价法（ PLCA）、基于经济投入产出的生命周期评价法（ EIO-LCA）和混合生 命周期评价法（ HLCA）。 PLCA 是一种自下而上的方法，它量化了产品 或流程 的直接环境 影响， 但 不考虑供应链 的构成 [7]。 PLCA 需要大量高精度的数据， 但数据获取较有难度 。 EIO- LCA 是一种自上而下的方法，考虑了部门间的相互作用 ，具有非常广阔的分析边界 。 在生 命周期评价中，基于经济投入产出的模型通常会增加特定产品、服务和组织的影响数据，而 不仅仅使用平均经济部门数据 [8]。 HLCA 结合了前两种方法， 并利用 EIO-LCA 的完整性和 PLCA 的独特性优势 [9]。 不同的方法类型在分析产品或流程的碳足迹方面具有各自的优劣势。碳足迹中包含的 信息因计算方法和被评估对象愿意承担的责任不同而产生差异。这就需要在全面性和参与 性之间进行权衡 [10]。由于消费者可以通过购买决策来影响商品或服务的碳足迹，因而对碳足 迹采用不同的方法进行广泛的评估是合适的。同样，由于企业可以影响其供应商，更广泛的 评估也可以有效激励更多的企业在制定决策时考虑对气候变化的影响。因此，在实际运用中， 应当采取适当的生命周期评价 方法来制定一致、全面的规则，确保控制产品和供应链的温室 气体排放在合理范围内。 （ 3）生命周期评价法的特点 相较其他环境评价工具，生命周期评价法关注产品系统，并对产品系统在时间和空间上 进行了扩展，这对环境影响的评价具有重要意义。这体现在以下三点： 第一，生命周期评价法的一个独特之处在于设定与目标相关的功能单元。 功能单元恰当 地描述了所研究的产品或过程 ， 反映了系统在产品单元级别提供的功能。 生命周期评价法的 功能单元相对较小，评价清单中对空气、水或土壤的排放量按照功能单元在每个过程中的全 部排放量占比来确定。在此类边界 条件下计算的环境影响代表了多年前排放量、当前排放量 和未来某个时间排放量影响的总和。然而，生命周期评价法不能了解到产品系统外其他过程 的排放，而这些过程也会影响相同的生态系统和人类群体。尽管生命周期评价法不能替代环 境风险评估，但生命周期评价的结果能够反映实际影响或潜在风险，这又取决于基础模型中 建设条件的相关性和有效性 [11-12]。 第二，生命周期评价法涵盖了环境影响的多样性，并包含跨影响类别的比较。理想情况 下，对环境影响进行建模应当以相同的实现程度进行，以避免在类别之间的比较中产生偏见。 生命周期评价法的目标是 采用一种可比较的方法来评估影响，这可以与其他环境评价工具 进行对比，以便在对所有环境影响进行建模时寻找到最佳评估方法。 第三，生命周期评价法可以针对各种范围进行环境影响评估，包括从摇篮到门（原材料 到工厂门口）、 门到门（仅关注制造过程）或从摇篮到坟墓（原材料直到 废物 处置） 。此外， 与其他 环境评价工具 不同 ，生命周期评价法是由 数据驱动的方法论 。这就使得它在循环经济 研究中可作为一种基于科学的强大分析工具，通过定量方法来衡量产品、服务或商业模式对 环境的影响。 3.生命周期评价方法在新能源汽车碳足迹研究中的运用 碳足迹一词 的起源可以追溯到 Wackernagel 和 Rees[13]提出的生态足迹概念。近年来，碳 足迹的定义逐渐清晰，并一直被用作全球变暖潜能（ the Global Warming Potential， GWP）的 生命周期影响类别指标。根据 Wiedmann 和 Minx[14]的研究，碳足迹定义为一项活动直接或 间接造成的，或是在产品生命周期内累积的二氧化碳排放总量的衡量指标。碳足迹是某活动 或产品导致的温室气体排放量的定量表达，有助于进行排放管理和对环节措施进行评估。目 前国际标准 IOS14067 规定了计算产品碳足迹的原则和要求，以及如何向目标受众传达这些 原则和要求。该标准是基于国际标准 ISO14040 和 ISO4044 中规定的有关生命周期评价的原 则、要求和指南。 ISO14067 的生命周期评价只有一个影响类别，即全球变暖潜能。碳足迹 研究的总体目标是通过计算产品生命周期内的所有重要温室气体排放，或基于系统边界定 义的选定过程，以二氧化碳当量计算产品的潜在全球变暖效应。 有关汽车系统的生命周期评价研究始于 20 世纪 70 年代，目的在于降低交通运输体系 对原油产品的依赖。此后，学界中逐渐兴起的对生态效率和可持续发展 的研究兴趣推动了生 命周期评价方法的发展和应用。相较成本收益分析是为了评估环境影响的经济方面，进行生 命周期评价是为了评估产品和服务在整个使用寿命期间的环境影响。生命周期评价法提供 了一个总体标准，为解决交通运输部门的碳排放问题提供了新的见解，这将有助于交通运输 部门更加绿色可持续地发展，从而降低温室气体排放对气候变化效应的影响，产生巨大的社 会效益。减少交通运输排放不仅涉及提高发动机效率、降低行驶阻力、加强污染物控制等对 现有技术的优化，还 涉及 引入替代燃料或新的动力系统技术。使用生命周期评价法评估现有 燃料使用和最新电 力驱动的主要目的在于评估替代燃料在减少石油和不可再生燃料消耗方 面的潜力，以减少空气污染和碳排放。在评估时，应将车辆的生命周期划分为两个循环：第 一个循环是车辆生命周期，包括车辆总成、维护、拆卸和再循环等；第二个循环是燃料生命 周期，包括燃油抽取、处理、分配、存储和使用 [15]。 随着新能源汽车产业的快速发展，使用生命周期评价法来比较不同国家、不同技术路线 的新能源汽车相较传统燃油汽车对环境的影响越来越普遍。相关研究沿着新能源汽车产业 链向上下游延伸，划分出更为细致的评价单元，包括对电能来源、动力电池生产、电动机生 产 、废旧电池处理等 方方 面面，以揭示新能源汽车在发展过程中对人类健康、生态系统、资 源可用性等方面的影响。 （二）碳达峰与碳中和目标下新能源汽车环境影响评价 现有研究表明，除了巨大的经济社会效益外，运输服务也会造成重大的负面环境影响。 一系列严重的环境问题，如气候变化、光化学烟雾、酸雨、车辆与基础设施报废等，都与运 输活动有关 [16]。对此，各国政府加大了对新能源汽车的推广力度，以期减少传统燃油汽车对 环境的影响。然而，在目前的技术条件和能 源结构下，新能源汽车是否真正环保、低碳，也 是政府部门和学界关注的热点问题。为此学者们开发了不同的环境指标，来量化分析新能源 汽车在生命周期各阶段的碳足迹及其可能产生的环境影响。 1.新能源汽车与传统燃油汽车环境影响的生命周期评价比较 在全球范围内，交通碳排放量约占能源相关碳排放量的 1/4，如果不减排，预计到 2050 年将增长到 60.0%[17]。根据工信部公布的数据，截至 2020 年底，中国国内汽车保有量达到 2.8 亿辆，是全球第一大汽车生产国和消费市场，中国汽车 产业已进入从高速增长向高质量 发展转型的关键时期，汽车 行业的碳减排对 于中国 能否顺利实现碳达峰至关重要。 在此背景下，可持续性已经成为汽车产业发展的一个关键问题。这一趋势给传统汽车制 造商带来了更大压力，需要在传统技术上开发新的解决方案以实现环境目标。许多国家为了 减少燃料消耗和污染排放颁布了多项法规，如对燃油征收高额税以促进节能减排。交通运输 部门的脱碳也受到极大重视。在不同的交通替代方案中，电动汽车已经成为减少对化石燃料 依赖的可行解决方案 [18]。为此，有必要对创新技术和传统技术进行有效性比较，以支持汽车 产业可持续发展的决策。 现有研究采用生命周期评价法比较了内燃 机、纯电动、混合动力和插电式混合动力等不 同汽车驱动技术的环境生态特性。相关研究分为若干类，一些生命周期评价研究只探讨电动 汽车特定组件的环境影响，如动力电池、电力电子设备等 [19]-[21]。另一些研究只评估了汽车 生命周期特定阶段的碳排放，如车辆的使用阶段或生产阶段。而更全面的研究考虑到了电动 汽车或混合动力汽车整车的环境影响 [22]-[27]，特别是对传统燃料汽车和新能源汽车的环境影 响进行比较的研究。 Notter 等 [28]编制了详细的锂离子电池生命周期清单和基于电动汽车的生 命周期评价。研究表明，无论是使用汽油燃料的内燃机汽车还是以锂离子电池为动力源的电 动汽车，它们所造成的环境负担都受到运行阶段的影响。以传统内燃机车作为参考车辆，在 电动汽车对环境总影响中，电池所造成的影响占比为 15.0%。锂离子电池组件中，因锂提取 造成的影响小于 2.3%。这项研究为基于电池的电动汽车进行更详细的环境评估提供了良好 的基础。 Hawkins 等 [29]汇总了对混合动力汽车和电动汽车进行生命周期评价的研究，并比较 了不同类型车辆的全球变暖潜能值。分析表明， 以煤电为电力来源的电动汽车 GWP 介于小 型和大型传统内燃机车之间，而以天然气或低碳能源为电力来源的电动汽车，其环境效应要 优于最高效的内燃机汽车。并且，与内燃机车使用燃料相比，依赖煤电的地区使用电动汽车 显示出硫化物排放量增加的趋势。最终研究得出，尽管与传统内燃机汽车相比，电动汽车的 GWP 似乎有所下降，但高效的内燃机汽车和独立于电网的混合动力汽车的环境表现要优于 使用燃煤发电的电动汽车。 Bauer 等 [30]提出了一种基于新型集成车辆仿真框架的比较生命周 期评价法，对当前和未来中型乘用车的环境表现进行了综合评价。该框架 允许车辆参数设置 的异质性并考虑到了未来的技术进步。经过测评得出，如果非化石能源用于电力和氢气生产， 电动汽车可以显著缓解气候变化。然而，在酸化、颗粒物形成和毒性等其他环境负担方面， 由于车辆和燃料生产环节的碳排放，在某些情况下，电动汽车可能比现代化石燃料汽车的环 境表现更差。因此，交通运输的电气化应当随着对车辆生产链的生命周期管理及能源运输政 策进行整合，以应对电动汽车潜在的环境弊端。 Tagliaferri 等 [31]对欧洲基于锂电池技术的电 动汽车进行了生命周期评价，并将其与内燃机汽车进行比较。评价中包括两种类型车辆 的制 造、使用和处置阶段。研究结果显示，由于在电池组中使用了金属，因而电动汽车的制造阶 段是对环境负面影响最大的阶段，但电动汽车在使用阶段产生的温室气体排放量是内燃机 汽车的一半。 Lombard 等 [32]从生命周期评价的角度比较了传统燃油车、纯电动车、插电式油 电混合动力车和插电式混合燃料电池车四种类型车辆在动力总成生产、车辆使用阶段和动 力总成寿命终止阶段的环境影响差异。根据生命周期影响评价结果，在气候变化、燃料消耗 和累积能源需求指标中，最低值是插电式油电混合动力车，其次是插电式混合燃料电池车和 纯电动车，最后是传统 燃油车。使用相应的纯电动动力系统代替传统的燃油动力系统对应的 减排量最低，但仍具有价值。进一步根据“从油箱到车轮”的比较研究发现，纯电动动力系 统具有非常高的平均效率，导致的消耗较少；其次是插电式油电混合动力车和插电式混合燃 料电池车，最后是传统汽车。然而，在电池方面，基于纯电动动力系统的环境表现明显低于 基于内燃机的动力系统。在包括人体毒性、富营养化和酸化等一组指标中，传统汽车都低于 纯电动和混合动力汽车。这也再次证实了电动汽车的环境潜力取决于电池的有效生产和回 收。 通过以上研究可以看出，对以电动系统为代表的新能源 汽车和以燃油动力系统为代表 的传统汽车进行生命周期评价可以发现，与内燃机汽车相比，新能源汽车无疑可以减少尾气 排放，有助于降低空气污染水平，尤其是在城市内使用，但新能源汽车的使用阶段并非零影 响。尽管以电动汽车为代表的新能源汽车在运行过程中不存在局部排放，但因为电池充电而 产生的电力需求是高度的能源密集型消耗，并涉及碳排放，因而可造成不容忽视的环境负担， 电动系统的环境影响指标不一定会优于高效的传统汽车。但是，对电动汽车的生产阶段、废 旧材料回收阶段等进行节能减排管理，会减轻这些因素对环境的负面影响。此外，由于各个 国家 的能源结构存在差异，因而对不同国家进行具体的新能源汽车环境评估至关重要。 2.典型国家和地区发展新能源汽车的生命周期评价 （ 1）中国 中国机动车保有量从 2015年 1.7亿辆增长到 2020年的 2.8辆，年平均增长率达 10.3%。 研究预测中国机动车保有量在未来 20 年将持续增长，预计到 2030 年中国汽车总量达到 3.5 亿到 5.5 亿辆 [33-34]。中国日益增长的交通需求对实现二氧化碳减排提出了挑战。对此，中国 正在积极推动乘用车电气化，以减少交通运输部门的二氧化碳排放。截至 2020 年，中国新 能源汽车产销量已经连续 6 年 蝉联世界第一，累积销售 550 万辆。据相关机构预测， 2025 年 中国新能源汽车渗透率将高于 20.0%，介于 20.0%到 25.0%之间， 2030 年也将会高于 40.0%。 中国新能源汽车消费人群的成熟速度比欧美国家更快，对新能源汽车的要求会进一步细化， 将拉动整个新能源汽车市场发展。但是，乘用车电气化是否有助于中国实现二氧化碳减排， 此问题得到了学者的广泛关注和深入分析。 针对在中国畅销的 A 级紧凑型电动轿车，相关研究分析了不同车型从摇篮到大门阶段 （ CTG）、从油井到车轮阶段（ WTW）和从摇篮到坟墓阶段（ GTC）的温室气体 排放情况。 研究得出 2015 年电动汽车全生命周期的温室气体排放量约为 41 吨二氧化碳当量，比内燃 机汽车低 18.0%。随着电力生产的温室气体排放量的下降，到 2020 年这一数值将降低到 34.1 吨二氧化碳当量。分阶段来看， WTW 阶段的温室气体排放量正在迅速下降，但是 CTG 阶 段的温室气体排放量不会很快得到改善，这可能成为电动汽车发挥环境效益的障碍 [35]。其他 研究通过分析中国电力发展趋势与新能源汽车生命周期碳排放之间的关系时也得到类似结 论，并指出如果中国希望在 2040 年之前实现电动汽车对燃油汽车的替代，那么就需要努力 降 低在电力生产过程中排放的二氧化碳，从而才能实现新能源汽车全生命周期的环境效益 [36]。此外，还有研究对中国燃料电池汽车、电动汽车和内燃机汽车的生命周期环境影响进行 了综合评价。研究发现，由于电池生产的高能耗和高排放，电动汽车在生命周期内的一次能 源消耗和温室气体排放明显高于其他类型的汽车。在整个生命周期中， 以 废水电解制造氢气 和焦炉煤气为燃料的燃料电池汽车在行驶里程达到 7.5 万公里左右时环境表现最好，并随着 行驶里程增加，其优势将更加明显 [37]。因此，有必要根据行驶里程选择合适的车辆和驱动方 式，以 实现持续的良好环境表现。 从上述研究中可以看出，中国作为汽车消费市场增长最快、规模最大的国家，推广新能 源汽车的普及和使用是实现交通运输业节能减排的重要举措。但是，从新能源汽车全生命周 期进行评估会发现，电力生产结构、电池材料、车辆行驶里程等多个因素都会影响新能源汽 车的环境表现。特别是当前煤电仍在中国的发电结构中占主导地位，电池生产和报废处理污 染较大，这些都是发挥新能源汽车环境效益的障碍。因此，发展新能源汽车不仅要关注车辆 的使用环节，也需要转变电力生产结构，完善车辆循环再利用体系，追踪新能源汽车生命周 期的碳足迹 ，真正实现新能源汽车的低排放甚至零排放。 （ 2） 美国 交通运输业一直是美国温室气体排放和能源消耗最主要的来源之一。交通运输业的能 源消耗和温室气体排放约占美国总量的 28.0%，运输业石油消费占美国石油消费总量的 67.0%，其石油消费量约为美国石油总产量的 1.5 倍。另一方面，美国运输业中，轻型车辆 占石油总使用量的 63.0%、能源总使用量的 59.0%和温室气体总排放量的 60.0%。由于美国 交通运输业严重依赖石油，且是温室气体排放的主要来源，为了降低污染，美国已经开发出 各种替代传统燃油车的技术。此外，美国联邦政府、 国家机构也制定出环境友好且经济可行 的政策，以减少运输业的碳排放。 通常认为各类传统内燃机汽车的替代品如电动汽车、插电式混合动力汽车等在温室气 体排放和能源消耗方面是比内燃机汽车更好的选择。然而，在现实中，由于时间和空间的变 化，在这些车辆类型中做出最优选择并不容易。根据对美国家庭出行调查，行驶不到 48 公 里的车辆占每日乘用车行驶里程的 63.0%。因此，如果日常出行由电力驱动，可以减少对燃 油的使用。但是，这一百分比会因为特定地区的驾驶特性而发生变化，所以在确定哪种车辆 技术在温室气体排放和能源使用方面最合适时，需要考 虑空间的差异。 针对美国的研究发现，在考虑美国 50 个州的平均发电成本组合、区域驾驶模式，以及 车辆和电池制造的影响下，电动汽车在 24 个州中是碳密度最低的车型，而混合动力汽车在 45 个州中是最节能的车型。此外，鉴于目前边际发电成本组合，广泛采用电动汽车并不是 一个最优策略，相反，混合动力汽车是所有状态下最节能的选择。同时，研究还发现，太阳 能的广泛应用显著提高了插电混合动力汽车和纯电动汽车的环境表现，电动汽车可使温室 气体排放量和能源消耗分别减少 73.0%和 55.0%[38]。因此，对于美国而言，应当鼓励使用可 再生能源 为电动汽车和插电式混合动力汽车供电，以减少温室气体排放和能源消耗。 （ 3） 欧洲 为了降低温室气体排放，欧盟委员会宣布了一系列长期低碳计划， 以 实现到 2050 年温 室气体排放量比 1990 年减少 80.0%到 95.0%的目标。作为碳排放的主要来源之一，交通运 输部门产生的温室气体约占欧洲温室气体排放量的 1/4，其中公路运输占 70.0%以上。按照 目标规划，交通运输部门必须在 2050 年将温室气体排放量减少 54.0%到 67.0%。为了达到 这一目标，欧洲各国也普遍采取推广新能源汽车的政策措施。针对欧洲国家的研究表明，假 设车 辆使用寿命为 15 万公里，与传统柴油或汽油车相比，采用当前欧洲电力结构的电动汽 车，其全球变暖潜能值可降低 10.0%到 24.0%。然而，来自汽车供应链的生态毒性、金属消 耗等却显著增加。分析结果对电力来源、使用阶段能耗、车辆寿命和电池更换计划的假设条 件十分敏感。由于电动汽车的生产对环境的影响比传统汽车更为显著，假设车辆使用寿命为 20 万公里，那么电动汽车的 GWP 环境效益相对于汽油车为 27.0%到 29.0%，相对柴油车为 17.0%到 20.0%。如果假设车辆使用寿命为 10 万公里，那么与汽油车相比，电动汽车的 GWP 环境效益将降低到 9.0%到 14.0%，与柴油车的影响相近 [29]。这些研究结论表明，提升电动 汽车的环境效益需要减少汽车生产供应链的环境影响，并在电力基础设施中推广清洁电力 来源。 （ 4）其他国家和地区 在巴西， 2014 年交通运输部门的能耗占总能耗的 32.5%，温室气体排放占总排放量的 46.3%[39]。为了寻求交通运输部门可行的减排路径，相关研究采用生命周期评价法对燃油汽 车替代技术如乙醇、混合动力、电动技术的环境效益进行了比较分析。研究得出：以乙醇为 燃料的动力技术对酸化、富营养化和光化学污染等环境影响较大，使 用汽油的动力技术对化 石燃料消耗、全球变暖潜能等影响更大，使用锂离子电池的车辆对人体