在環(huán)保的大勢(shì)下，用電動(dòng)車取代燃油車是默認(rèn)的趨勢(shì)。于是，隨著各國(guó)政府對(duì)電動(dòng)汽車各種政策出臺(tái)以及補(bǔ)貼獎(jiǎng)勵(lì)等支持，全球電動(dòng)汽車數(shù)量得以迅速地增長(zhǎng)。對(duì)廠商而言，碳中和的背景下，傳遞電動(dòng)車環(huán)保是一個(gè)構(gòu)建賣點(diǎn)的好方式，而大多消費(fèi)者選購(gòu)電動(dòng)汽車的認(rèn)知也正是遵循了“環(huán)?！边@一直觀邏輯。
雖然電動(dòng)車在結(jié)構(gòu)上要比傳統(tǒng)燃油車更簡(jiǎn)單，但要打造一款品控出色的電動(dòng)車，也并非那么容易。事實(shí)上，用發(fā)電代替燃油這種簡(jiǎn)單的邏輯并不能經(jīng)得住環(huán)保賬的精打細(xì)算，尤其是關(guān)于電動(dòng)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(dòng)汽車的充電，依然是科學(xué)家與各領(lǐng)域企業(yè)共同面對(duì)的挑戰(zhàn)。
言過(guò)其實(shí)的環(huán)保
眾所周知，碳排放已經(jīng)成為當(dāng)前一個(gè)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(gè)總的碳排放額度，然后分配給各個(gè)經(jīng)濟(jì)體，碳排放的總額度某種程度上可以直觀折射一個(gè)國(guó)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(wú)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(shí)上，自2005年以來(lái)，多國(guó)都在促進(jìn)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?yàn)?，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(duì)簡(jiǎn)單明了。
于是，傳統(tǒng)的燃油汽車淘汰趨勢(shì)加速，新能源汽車的發(fā)展則在政策的支持下進(jìn)入發(fā)展快車道。根據(jù)天風(fēng)證券研究報(bào)告，2017年以來(lái)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(dòng)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(shí)現(xiàn)“零排放”，但事實(shí)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(dòng)汽車在對(duì)人體毒性潛勢(shì)、酸化潛勢(shì)、氣溶膠潛力和光化學(xué)污染上一點(diǎn)都不亞于燃油車，并且它的節(jié)能減排的效果也并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。
從汽車生產(chǎn)來(lái)看，大部分研究都表明，生產(chǎn)電動(dòng)車產(chǎn)生的碳排放其實(shí)要比燃油車更多。因?yàn)樾枰a(chǎn)電池，電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)車需要15.3噸，而100kWh需要27.5噸碳排放。
從汽車使用來(lái)看，根據(jù)美國(guó)的碳排放數(shù)據(jù)。一輛燃油皮卡大概每年會(huì)排放 6.24 噸的二氧化碳，美國(guó)的平均水平是一輛燃油車每年排放 5.2 噸二氧化碳。電動(dòng)車則更加復(fù)雜一些，這取決于電能是怎么來(lái)的，和中國(guó)一樣，美國(guó)同樣依賴火電，電動(dòng)車每年平均排放 2.02 噸二氧化碳。
實(shí)際上，當(dāng)前，我國(guó)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(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，以燃煤發(fā)電為主的火力發(fā)電量，占全國(guó)發(fā)電量比例為71.19%。其次，是水力發(fā)電，占比達(dá)到16.37%，然后是風(fēng)力發(fā)電、核能。最后，才是太陽(yáng)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(yáng)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(shuō)，對(duì)于30kWh的電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，只要開過(guò) 1.67 年后，電動(dòng)車就要比燃油車更加環(huán)保了，但如果把測(cè)算對(duì)象換成 100kWh 電動(dòng)車，則需要5.5年了。這還是在不考慮電池?fù)p耗和回收問(wèn)題的情況下。
從燃油汽車到電動(dòng)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(shí)際上，除了面對(duì)“排放”問(wèn)題，電池回收也是新能源汽車需要解決的難題。
考慮到動(dòng)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(dòng)車快速普及，2021年底，我們就已經(jīng)迎來(lái)第一批退役高峰。十到十五年后，數(shù)百萬(wàn)輛電動(dòng)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(dòng)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(qiáng)的垃圾。尤其是體積巨大的動(dòng)力電池，其包含大量重金屬、電解質(zhì)、溶劑及各類有機(jī)物輔料，集多種毒性很強(qiáng)的污染物于一身，不恰當(dāng)?shù)奶幹脮?huì)嚴(yán)重污染土壤與水源，亦會(huì)產(chǎn)生有毒氣體排放。因此，簡(jiǎn)單的填埋或是焚燒，都不適合用來(lái)處理退役的動(dòng)力電池。因此，為了實(shí)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(jià)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(jìn)行機(jī)械粉碎，然后進(jìn)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(jìn)一步燃燒的幾種方法來(lái)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(fù)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(diǎn)和缺點(diǎn)。比如，“火法回收”不需要回收者知道電池的設(shè)計(jì)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(jìn)行，但作為代價(jià)能源消耗很大。而濕法回收可以提取不易通過(guò)燃燒獲得的材料，但其中可能涉及對(duì)健康有危害的化學(xué)物質(zhì)。但無(wú)論是哪種方法，不可避免的是——都會(huì)產(chǎn)生大量廢料并排放溫室氣體。
從循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(dòng)力電池在達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命時(shí)，通過(guò)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(guò)程。退役的動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)相關(guān)的檢測(cè)，確定其性能后，可依次用于低功率電動(dòng)車、電網(wǎng)儲(chǔ)能、家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域，等電池性能進(jìn)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(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行充分的評(píng)價(jià)檢測(cè)，確定其性能。經(jīng)過(guò)檢測(cè)篩選后，才可根據(jù)不同的用途，對(duì)退役電池進(jìn)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(jī)理分析建立的電池壽命預(yù)測(cè)模型首先就不夠完善，更不用說(shuō)后面的步驟。
另一方面，從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)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(guò)程中，電池制造商、回收商、研究人員還需要解決很多問(wèn)題，這使得梯次利用遠(yuǎn)比直接拆解回收要麻煩，不如直接回收來(lái)得省事。不僅如此，復(fù)雜的流程還嚴(yán)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(jià)格倒掛的現(xiàn)象——舊電池比新電池還貴。
電動(dòng)汽車沒(méi)那么便宜？
過(guò)去，電動(dòng)汽車革命的目的是減少對(duì)化石燃料的依賴，減少排放，并減少交通對(duì)氣候變化的影響。隨之而來(lái)的是，當(dāng)涉及到個(gè)人消費(fèi)者時(shí)，電動(dòng)汽車還被寄予一個(gè)預(yù)期的好處，節(jié)省燃料成本。
2021年10月，安德森經(jīng)濟(jì)集團(tuán)發(fā)布了一份報(bào)告，比較了燃油車和電動(dòng)汽車的成本，并得出結(jié)論，電動(dòng)汽車可能比燃油車更昂貴。在編制該報(bào)告時(shí)，安德森集團(tuán)使用了大部分使用商業(yè)充電站充電的電動(dòng)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(fèi)用是在家充電的三倍。安德森經(jīng)濟(jì)集團(tuán)還增加了隱性成本，如充電所花費(fèi)的時(shí)間。
根據(jù)國(guó)網(wǎng)電動(dòng)方面的預(yù)計(jì)，到2040年我國(guó)將達(dá)到3億輛電動(dòng)汽車，銷量占比50%到60%，年用電量將增加2.68萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量占比17%；日充電功率可達(dá)5.87億千瓦，占2040年新能源裝機(jī)量18.81億千瓦的31%。要知道，2020年我國(guó)整體發(fā)電量累計(jì)也才7.42萬(wàn)億千瓦時(shí)。
面對(duì)激增的電動(dòng)汽車，單純的增長(zhǎng)電網(wǎng)容量，而忽視車輛電池與電網(wǎng)的互動(dòng)，顯然是不健康的發(fā)展。因?yàn)殡妱?dòng)汽車的充電接入是分散的、隨機(jī)的。所以，電動(dòng)汽車的充電特性會(huì)進(jìn)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?cè)鋈萆?jí)線路，會(huì)使全社會(huì)電力投資翻倍，增加終端用戶的用電成本。
顯然，不論是電動(dòng)汽車的生產(chǎn)、使用、回收還是消費(fèi)，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(bǔ)，汽車制造是一個(gè)系統(tǒng)性的難題。
電動(dòng)汽車確實(shí)許諾了一個(gè)更加環(huán)保減排的美好前景，但想讓消費(fèi)者開上更環(huán)保的車，想構(gòu)建車企真正的“核心環(huán)保競(jìng)爭(zhēng)力”，更重要的是，在汽車制造和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)都加入環(huán)保的理念——對(duì)環(huán)境友好，實(shí)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(huì)大改的情況下，要從全盤的角度，對(duì)汽車工廠的處處細(xì)節(jié)進(jìn)行環(huán)保追求。
不可否認(rèn)，從燃油汽車到電動(dòng)汽車，是能源升級(jí)的必然，正如馬斯克曾在一場(chǎng) 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(huì)有60%的綜合燃燒效率，但如果放在加天然氣的內(nèi)燃機(jī)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(guò)程中電量的損耗，電動(dòng)汽車+發(fā)電廠模式對(duì)內(nèi)燃機(jī)直接燃燒也有著明顯的優(yōu)勢(shì)，這還沒(méi)有考慮汽油、柴油、天然氣從石油中提煉過(guò)程中所消耗的能源。
另外，風(fēng)電水電太陽(yáng)能發(fā)電這些可持續(xù)能源發(fā)電方式對(duì)能源的利用率一直在顯著提升，換句話說(shuō)，它們?cè)诳偘l(fā)電量的份額中所占的比重會(huì)越來(lái)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(shí)間，在真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保的理想以前，電動(dòng)汽車行業(yè)還需要許多的修煉。
