鉅大LARGE | 點擊量：570次 | 2023年04月10日
動力鋰電池vs燃油系統(tǒng)，到底誰更環(huán)保？
不可否認(rèn),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(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和完善,便違背了新能源汽車節(jié)能減排的初衷。
文︱郭紫文
圖︱網(wǎng)絡(luò)
近年來,節(jié)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(fā)展熱潮,造車大軍蜂擁而至,市場發(fā)展前景廣闊。根據(jù)TrendForce集邦咨詢報告顯示,預(yù)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(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)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(jié)合國內(nèi)外環(huán)境及資源來看,新能源汽車替代燃油汽車的大勢已定。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
無論是新能源汽車的發(fā)展,還是燃油汽車停售,其初衷都是解決能源緊缺和環(huán)境污染等問題,實現(xiàn)"碳中和"目標(biāo)。在使用過程中,和傳統(tǒng)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(jù)優(yōu)勢。然而,從新能源汽車全生命周期來看,其三電系統(tǒng)之一的動力鋰電池,在生產(chǎn)制造和回收環(huán)節(jié)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(huán)保嗎?
排放轉(zhuǎn)移和電池生產(chǎn)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(jù)我國電力公司聯(lián)合會規(guī)劃發(fā)展部公布的《2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計快報》數(shù)據(jù)顯示,我國電力結(jié)構(gòu)中,火電占比最大,高達68%?；痣娭匾悦禾孔鳛槿剂?在發(fā)電過程中消耗了大量的煤炭資源,并出現(xiàn)大量環(huán)境污染物。終端用戶每使用1kWh電能,火力發(fā)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(xiàn)了零排放,而是將污染排放因素轉(zhuǎn)移到了發(fā)電過程中。
數(shù)據(jù)來源:我國電力公司聯(lián)合會規(guī)劃發(fā)展部《2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計快報一覽表》
在節(jié)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(xiàn)碳中和的重要驅(qū)動力。然而,動力鋰電池從材料提取到生產(chǎn)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(xué)制品提取;另一種則是從鹽沼中提取。年產(chǎn)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(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng),而其出現(xiàn)的有毒化學(xué)元素則存在泄露風(fēng)險。智利大學(xué)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(chǎn)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(xiàn)的不利影響則比鋰更甚。
從動力鋰電池生產(chǎn)制造過程來看,鋰電池重要包括電池材料生產(chǎn)、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(jié)果顯示,動力鋰電池原料獲取和制造過程總能耗205MJ/kg。據(jù)美國凱斯西儲大學(xué)的ChrisYuan對24kWh鋰電池組生產(chǎn)量耗分析數(shù)據(jù)顯示,鋰離子單體電池采用錳酸鋰正極和石墨負(fù)極,其中電池材料生產(chǎn)量耗為29．9GJ,電池生產(chǎn)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(chǎn)量耗
和之相對,燃油汽車動力系統(tǒng)的生產(chǎn)制造重要考慮發(fā)動機的鑄造和機加工。發(fā)動機重要零部件的生產(chǎn)量耗約417．63kWh。比較可知,在動力系統(tǒng)生產(chǎn)制造階段,動力鋰電池的能耗要比發(fā)動機能耗大得多。
發(fā)動機重要零部件生產(chǎn)制造能耗
電池回收和可行性
業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)顯示,2020年我國動力鋰電池累計退役量達到20萬噸,預(yù)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(shù)量呈現(xiàn)逐年上升的態(tài)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(shù)量不足10%,更多的電池流入灰色產(chǎn)業(yè)鏈,甚至不知去向,隱藏著巨大的安全隱患。
按照國家標(biāo)準(zhǔn),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(dāng)?shù)碾姵貥O易發(fā)生泄露、爆炸、自燃,嚴(yán)重危害環(huán)境和人身安全,還浪費了大量的資源。
除去流入非正規(guī)市場的電池,動力鋰電池回收階段出現(xiàn)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(guī)模處理復(fù)雜電池組,但燃燒必然會出現(xiàn)廢氣污染,處理成本較高;濕法冶金技術(shù)工藝上相對復(fù)雜,但關(guān)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(shù)水平仍有待提高。
由于動力鋰電池規(guī)格不一,缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),廢舊電池的狀態(tài)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(tǒng)的回收、拆解、材料再生等過程相對簡單,且已經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)尚未完全覆蓋,隨意丟棄的廢舊電池不計其數(shù)。公司終歸要自負(fù)盈虧,金屬價格的波動、技術(shù)和產(chǎn)量周期也會影響材料回收的效益,對動力鋰電池市場的發(fā)展有一定掣肘。
以鋰電池為例,鋰電池由正極、負(fù)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(xué)結(jié)構(gòu)和規(guī)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(shù)復(fù)雜多樣,形成完整全面的回收體系成本太大,短時間內(nèi)很難實現(xiàn)。
由此可以看出,當(dāng)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(fā)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(huán)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(qū)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(xiàn)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(chǎn)制造、回收利用的情況也對新能源汽車的環(huán)保意義影響頗深。
不可否認(rèn),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(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和完善,便違背了新能源汽車節(jié)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(fā)展還有意義嗎?答案當(dāng)然是肯定的,推進碳中和是全球發(fā)展的必然趨勢,因此,如何真正實現(xiàn)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(shù)走向成熟是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然。
關(guān)于動力鋰電池的回收利用,無論先行的政策、回收標(biāo)準(zhǔn),還是技術(shù)水平都遠遠達不到要求,這也導(dǎo)致當(dāng)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(zhì)疑的一個方面。另一方面則來源于動力鋰電池生產(chǎn)階段的排放轉(zhuǎn)移。
針對這兩點質(zhì)疑,更意味著發(fā)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(guān)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(zhuǎn)移至集中可控的發(fā)電廠,將超出人力控制的污染源通過量化集中管控,繼而優(yōu)化發(fā)電結(jié)構(gòu),提高非化石能源的使用率,則可以有效節(jié)約成本,減少污染。
而關(guān)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(chǎn)業(yè)鏈,實現(xiàn)電池剩余價值的利益最大化。任何一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都要經(jīng)歷從質(zhì)疑到成熟的過程,新能源汽車市場的未來仍然大有可為。
