陳軼嵩，蘭利波，郝卓，張春梅，邢云翔，蔡旭，羅耿，陳昊

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，西安 710064）

最新數(shù)據(jù)表明，2021年中國石油消耗對外依存度達到72%，能源安全問題成為當(dāng)今亟須解決的重要問題。為應(yīng)對全球氣候變暖，我國政府承諾在2030 年前達到碳峰值，在2060 年前實現(xiàn)碳中和。面向碳中和的未來愿景，2021 年10 月24 日，國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于印發(fā)2030 年前碳達峰行動方案的通知》將交通運輸綠色低碳運動作為重點任務(wù)之一，明確到2030 年，當(dāng)年新增新能源、清潔能源動力的交通運輸工具比例達到40%左右。同時，早在2015 年國務(wù)院出臺的《中國制造2025》中已將節(jié)能與新能源汽車作為十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一；并且《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035 年）》中提出，到2025 年實現(xiàn)新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量20%左右的發(fā)展愿景。新能源汽車包括純電動汽車（Battery Electric Vehicle，BEV）、混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）和燃料電池汽車（Fuel Cell Vehicle，F(xiàn)CV），分別以電能和氫能為主要能源的BEV 和FCV 使用過程具有零排放的優(yōu)勢，但考慮電能和氫能的來源，同時考慮車輛的原材料獲取和制造時，BEV和FCV 相對于傳統(tǒng)燃油車（Internal Combustion Engine Vehicle，ICEV）是否節(jié)能減排是一個值得研究的課題。生命周期評價方法（Life Cycle Assessment，LCA）可以系統(tǒng)、詳細地解決這一科學(xué)問題，全生命周期評價的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 全生命周期評價結(jié)構(gòu)圖

本文從全生命周期理論出發(fā)，系統(tǒng)介紹國內(nèi)外汽車全生命周期評價方法研究現(xiàn)狀，總結(jié)梳理了國內(nèi)外BEV、HEV 和FCV 的全生命周期評價研究進展，BEV生命周期評價從整車不同階段對比、不同鋰電池對比、鋰電池梯次利用及報廢回收3 個方面進行了總結(jié)，F(xiàn)CV 生命周期評價從整車及關(guān)鍵因子、不同氫能路徑和燃料電池系統(tǒng)3 個方面進行了總結(jié)，歸納了我國新能源汽車生命周期評價現(xiàn)存問題，基于現(xiàn)存問題對新能源汽車生命周期評價發(fā)展方向進行了前瞻性研究，最后為汽車生命周期降低碳排放提供意見。

1 新能源汽車全生命周期評價方法

中國標準GB/T 24040—2008 等同國際標準ISO 14040：2006《環(huán)境管理生命周期評價原則與框架》，生命周期評價定義為“對一個產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期中輸入、輸出及其潛在環(huán)境影響的匯編和評價”。生命周期評價的主要步驟為目的與范圍的確定、清單分析、影響評價和結(jié)果解釋4 個階段。

汽車全生命周期評價的主體思路是從汽車原材料獲取、制造裝配、運行使用、關(guān)鍵部件二次利用到報廢回收過程中的生命周期影響，如圖2 所示。汽車全生命周期評價研究開展的過程是搜集匯總不同動力類型汽車所涉及到材料開采、部件制造和燃料生產(chǎn)使用清單數(shù)據(jù)，綜合得出不同動力類型汽車的環(huán)境影響情況，并根據(jù)影響結(jié)果總結(jié)評價意見。汽車全生命周期評價為汽車產(chǎn)品的綠色生態(tài)開發(fā)與優(yōu)化、汽車企業(yè)制定戰(zhàn)略規(guī)劃和政府制定標準政策提供有力的技術(shù)支撐，為交通運輸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳達峰碳中和行動方案的制定提供參考意見。

圖2 汽車生命周期評價主體思路

圍繞汽車生命周期評價方法，國外許多學(xué)者主要聚焦碳排放和能耗研究，不同學(xué)者有不同的側(cè)重點和研究方向，國外主流研究現(xiàn)狀見表1。國內(nèi)不同的部分研究團隊開展了新能源汽車全生命周期評價工作，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、評價方法和評價案例方面存在差異，具體見表2。

表1 國外主流研究現(xiàn)狀

表2 國內(nèi)主流研究現(xiàn)狀

2 國內(nèi)外新能源汽車全生命周期評價研究進展

2.1 純電動汽車（BEV）

純電動汽車在使用運行過程具有零排放優(yōu)勢，但考慮整車的制造、電能的來源時，純電動汽車生命周期的環(huán)境影響是否優(yōu)于傳統(tǒng)燃油汽車是一個值得研究的科學(xué)問題。本文系統(tǒng)梳理了不同階段的BEV與ICEV 生命周期影響的對比研究結(jié)果，同時總結(jié)梳理了不同鋰電池全生命周期影響的對比、鋰電池梯次利用及報廢回收的研究進展。

2.1.1 整車不同階段對比

純電動汽車的全生命周期主要包含整車制造、使用和報廢回收階段。關(guān)于整車制造，QIAO Qinyu 等從不同部件、材料和能耗3 個維度比較了中國BEV 和ICEV 生產(chǎn)制造過程的全生命周期碳排放，生產(chǎn)BEV 的生命周期碳排放為15.0～15.2 t COeq，比生產(chǎn)ICEV 的10.0 t COeq 高50%，主要原因是鋰電池的制造；SHAFIQUE 等研究發(fā)現(xiàn)，在中國、美國和德國的所有選定類別中，鋰電池制造對整車制造的生命周期環(huán)境影響比例均超過45%。關(guān)于整車的使用，HELD 等重點研究使用階段對BEV 全生命周期評價的環(huán)境影響，研究發(fā)現(xiàn)，規(guī)則和可預(yù)測的移動需求模式和較高的車輛利用率是環(huán)保部署B(yǎng)EV 的有利條件；SHAFIQUE等采用當(dāng)前和未來的電力混合情景，對10 個選定國家的BEV 生命周期進行了比較分析，清潔能源的使用可以在全球范圍內(nèi)減少對環(huán)境的影響和減緩氣候變化。

關(guān)于BEV 的從搖籃到墳?zāi)沟娜芷谠u價，QIAO Qinyu 等研究發(fā)現(xiàn)，2015 年中國BEV 全生命周期碳排放量約為41 t COeq，比ICEV 低18%，由于電力的碳排放因子降低，到2020年該值將下降到34.1 t COeq；WU Zhixin 等計算比較了2010 年、2014 年和2020 年BEV 和ICEV 的生命周期碳排放，發(fā)現(xiàn)隨著電力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、發(fā)電技術(shù)的進步和熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)模擴大，到2020 年BEV 相對于 ICEV 的生命周期碳排放降低 13.4%；BURCHART等研究發(fā)現(xiàn)，波蘭和捷克當(dāng)前和未來BEV 的碳排放均低于ICEV，但BEV 引起的酸化、富營養(yǎng)化和人體毒性高于ICEV；SISANI等研究發(fā)現(xiàn)，BEV 的生命周期碳排放量相比于ICEV較低，為100～200 g COeq?km，但淡水富營養(yǎng)化和淡水生態(tài)毒性排放較高；TAGLIAFERRIA 等研究發(fā)現(xiàn)，基于歐洲鋰電池技術(shù)的兩種制造模型下的BEV 全生命周期的碳排放分別為110 和120 g COeq ?km，均低于ICEV 的160 g COeq ?km。SOUZA 等評估和比較巴西的ICEV 和BEV 的全生命周期環(huán)境影響。YU Ang等基于中國實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對一輛ICEV 和兩輛磷酸鋰（LFP）和三元鋰（NCM）電池驅(qū)動的BEV 進行了生命周期評價，情景分析考慮了電力結(jié)構(gòu)和電池能量密度。趙子賢等分析了中國不同省份私人BEV 生命周期碳排放減排潛力和關(guān)鍵影響因子。CORREA 等從油井到車輪分析的基礎(chǔ)上，提出了一種利用多物理指標比較5 種城市客車動力系統(tǒng)能源和環(huán)境性能的新方法。BEV 與ICEV 生命周期碳排放量對比見表3。

表3 BEV與ICEV生命周期碳排放量對比/g CO2 eq?km-1

綜上分析可知，BEV生產(chǎn)制造過程的生命周期碳排放總體上高于ICEV，主要原因是鋰電池制造過程的高碳排放，其使用階段的生命周期碳排放高度依賴于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的清潔程度，其從搖籃到墳?zāi)沟娜芷谔寂欧帕恳陀贗CEV。因此，動力電池制造技術(shù)的進步、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可再生能源成分的比例的提高以及熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展都是降低BEV生命周期碳排放的關(guān)鍵措施。

2.1.2 不同鋰電池對比

根據(jù)上文分析可知，鋰電池的生產(chǎn)制造是影響B(tài)EV生命周期碳排放的主要因素。量化對比不同鋰電池從材料獲取、制造、使用到報廢的全生命周期的環(huán)境影響是重要的研究課題。SUN Xin等收集了2017 年到2019 年兩家中國領(lǐng)先的鋰電池供應(yīng)商、兩家領(lǐng)先的正極材料生產(chǎn)商和兩家電池回收公司的清單數(shù)據(jù)，量化評估了NCM 的生命周期環(huán)境影響，發(fā)現(xiàn)材料制備階段對鋰電池生命周期的貢獻最大，其中正極材料、變形鋁和電解質(zhì)是主要貢獻者，真空干燥和包衣干燥是兩個主要的工序。KIM 等基于材料清單和來自電池行業(yè)的原始數(shù)據(jù)量化評估了福特福克斯BEV 中使用的NCM/錳酸鋰（LMO）電池組的全生命周期碳排放，24 kW?h的電池的從搖籃到大門的碳排放量為3.4 t COeq，即140 kg COeq?kW?h，其中電池制造是碳排放的關(guān)鍵因素，占比45%。CUSENZA 等研究了以LMO 和NCM 為復(fù)合正極材料，不僅在NMC 和LMO 正極的高性能和低性能之間取得了良好的折中，同時表現(xiàn)出了良好的環(huán)境性能。殷仁述等的研究構(gòu)建包括重置和二次使用階段在內(nèi)的純電動客車用鈦酸鋰電池全生命周期評價模型，計算得出每kW?h 鈦酸鋰電池全生命周期碳排放為1 860 kg COeq。

MARQUES 等比較評估了LMO和LFP電池的生命周期能耗和碳排放量，重點考慮了不同運行條件下的電池容量衰減問題，電池制造和使用分別考慮了不同區(qū)域制造工藝和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的差異，研究發(fā)現(xiàn)，LFP 電池的運行性能優(yōu)于LMO 電池，且在整個BEV使用壽命內(nèi)所需的電池數(shù)量較少；但LFP電池的生命周期影響高于LMO 電池，這主要是由于制造影響較大。SHU Xiong 等對比評價了LFP 和NCM 電池的生命周期環(huán)境影響，研究發(fā)現(xiàn)，LFP 生產(chǎn)階段更環(huán)保，而NCM 電池在應(yīng)用和運輸階段更環(huán)保；從整個生命周期視角來看，LFP 比NCM 更環(huán)保；此外，由于質(zhì)量較大，LFP 電池在用于能量存儲時可能會獲得更大的環(huán)境效益。HAO Han 等的研究構(gòu)建了中國動力電池生產(chǎn)過程清單數(shù)據(jù)并量化其生命周期碳排放量，結(jié)果表明，28 kW?h 的LFP、NCM 和LMO 電池生產(chǎn)時的碳排放量分別為3061、2912 和2705 kg COeq，動力電池正極材料的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放比例較高。不同鋰電池生命周期碳排放量如圖3所示。

圖3 不同鋰電池生命周期碳排放量

綜上可知，當(dāng)前流行的動力電池各有千秋，難以判斷哪種電池更具優(yōu)勢。總體來看，電池的正極活性材料的制備是動力電池生產(chǎn)過程的碳排放的主要影響因素，電力結(jié)構(gòu)的清潔程度是影響電池使用的碳排放的重要因素。因此，提升動力電池制備技術(shù)和發(fā)展可再生的清潔能源有助于提升動力電池及整車的環(huán)境效益。

2.1.3 鋰電池梯次利用及報廢回收

當(dāng)鋰電池的容量降低20%～30%時便不再滿足BEV的要求，車用廢舊電池的處理方式主要包括再制造、梯次利用、回收、直接報廢。

為應(yīng)對車用廢舊鋰電池環(huán)境威脅和電池組件供應(yīng)風(fēng)險，XIONG Siqin 等的研究量化分析了NCM 電池再制造的環(huán)境影響及成本，發(fā)現(xiàn)電池再制造的能耗與排放分別降低8.55% 和6.62%。ALFARO 等提出了一種可用于再制造的BEV 鋰電池拆卸過程設(shè)計模型，該模型能以最小的環(huán)境影響獲得最大的經(jīng)濟效益。雖然廢舊動力電池再制造可以降低40%的成本，但當(dāng)前動力電池的再制造沒有大規(guī)模應(yīng)用。

關(guān)于廢舊電池的梯次利用研究，AHMADI等研究了鋰電池從生產(chǎn)、一次利用、再制造、二次利用到報廢的全生命周期的環(huán)境影響，二次利用的場景為靜態(tài)儲能系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)，通過延長BEV鋰電池的壽命，以及利用好非高峰低成本清潔電力或間歇式可再生能源，汽車電氣化降低碳排放的效益更顯著。CUSENZA 等研究了一個由BEV退役的廢舊鋰電池制造的電池儲能系統(tǒng)、一個20 kW 光伏電站和電網(wǎng)組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供現(xiàn)有的接近為凈零的住宅建筑所需的電能（25 kWh/年）。為解決二次利用電池是否比新電池好以及二次利用電池是否會為不同靜態(tài)應(yīng)用場景提供相似的碳排放的問題，KAMATH 等比較了美國住宅屋頂光伏儲能、公共服務(wù)級光伏固定和公共服務(wù)級調(diào)峰3 種儲能應(yīng)用中使用再利用電池和新鋰電池的全生命周期碳排放，共41 個場景。在考慮的應(yīng)用中，與新的鋰電池相比，再利用電池降低了7%～31%的碳排放，在公共服務(wù)級的應(yīng)用中降低得更多。BOBBA等從生命周期評價的角度研究廢舊電池用于住房建筑的環(huán)境效益，發(fā)現(xiàn)動力電池二次利用可以增加住宅的光伏自耗。SUN Bingxiang等將回收的鋰電池再利用，構(gòu)建了一個3 MW×3 h 的電池儲能系統(tǒng)，用于電力負荷調(diào)峰。賈志杰等的研究構(gòu)建了兩個應(yīng)用場景，其中直接應(yīng)用場景包括LFP 儲能電池生產(chǎn)制造、直接應(yīng)用和回收再生3 個階段，其中梯次利用場景包括LFP 動力電池生產(chǎn)制造、電動汽車應(yīng)用、測試篩分、不合格電池回收、梯次應(yīng)用和回收再生6 個階段。研究發(fā)現(xiàn)，將退役的LFP 動力電池應(yīng)用于通信基站儲能領(lǐng)域，比使用原生LFP 儲能電池可減少18.98%的總環(huán)境影響，環(huán)境優(yōu)勢較為明顯。

關(guān)于鋰電池的回收及報廢，不同學(xué)者研究總結(jié)了鋰電池的火法、濕法、生物濕法和直接回收的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。HAO Han 等的研究基于2025 年的案例建立的數(shù)據(jù)庫比較了BEV 在完全回收和不回收兩種情況下的碳排放情況，BEV生產(chǎn)過程中存在和不存在循環(huán)利用的碳排放分別為9.8和14.9 t COeq，表明通過循環(huán)利用可以減少34%的碳排放。徐建全等的研究重點考慮了回收過程的ICEV和BEV的生命周期評價。

綜上可知，BEV 的鋰電池達不到整車要求時，首先應(yīng)考慮的是鋰電池的二次利用，可考慮應(yīng)用到家庭住宅、通信基站和電力調(diào)峰等靜態(tài)儲能系統(tǒng)，也可探索在低速電動車上應(yīng)用，以實現(xiàn)BEV 全生命周期環(huán)境效益最大化。鋰電池二次利用要面臨安全問題、評估方法、篩選和重組等技術(shù)挑戰(zhàn)，標準化、大數(shù)據(jù)和云計算等先進技術(shù)的發(fā)展將促進鋰電池二次利用和回收產(chǎn)業(yè)化。

2.2 氫燃料電池汽車（FCV）

氫燃料電池是一種以電化學(xué)方式將燃料與氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的能源轉(zhuǎn)換裝置。氫能作為二次能源，具有來源廣泛、終端零排放的突出優(yōu)勢，更可作為理想的能源互聯(lián)媒介，將棄風(fēng)、棄電進行高效利用并存儲，在能源結(jié)構(gòu)中擁有重要的戰(zhàn)略地位。氫燃料電池汽車的發(fā)展近年來受到國家和行業(yè)的高度重視，2019年政府工作報告中提出了“推動加氫設(shè)施建設(shè)”的任務(wù)部署；2020年9 月，五部委發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范運行的通知》，示范內(nèi)容聚焦技術(shù)創(chuàng)新，找準應(yīng)用場景，構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈；2022 年3 月，國家發(fā)展改革委和能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035）》，明確氫能是構(gòu)建綠色低碳產(chǎn)業(yè)體系、打造產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新增長點。截至2021 年10月底，新能源汽車國家檢測與管理平臺累計接入全國燃料電池汽車6 910 臺，燃料電池汽車發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈?/p>

燃料電池汽車使用過程具有零排放的突出優(yōu)勢，但是FCV的制造過程及氫能的制取、儲運等過程伴隨著污染物的排放，因此，從FCV全生命周期視角來看，其是否具有良好的環(huán)境效益是一個值得研究的科學(xué)問題。國內(nèi)外學(xué)者圍繞這一科學(xué)問題，從不同氫能路徑、不同應(yīng)用場景、不同關(guān)鍵因子著手，分析對比FCV生命周期能源消耗和污染物排放情況。FCV 生命周期評價總體分為燃料循環(huán)和車輛循環(huán)，燃料循環(huán)包含氫能的制取、運輸、儲存等環(huán)節(jié)，車輛循環(huán)包括材料的獲取、零部件制造、整車裝配、運行使用、報廢回收5個階段。

2.2.1 整車及關(guān)鍵因子

關(guān)于FCV 整車生命周期評價，BAUER 等在考慮了車輛參數(shù)設(shè)置的一致性和對未來技術(shù)進步的基礎(chǔ)上，提出了一種基于新型集成車輛仿真框架的比較生命周期評價模型，分析了傳統(tǒng)、混合汽油、柴油和天然氣汽車以及BEV 和FCV 的生命周期環(huán)境影響。BENITEZD 等重點研究了儲氫罐中碳纖維的制造工藝清單數(shù)據(jù)和對FCV生命周期環(huán)境影響，碳纖維制造工藝的改進使制造儲氫罐的碳排放由原來的5.6 t COeq降低為3.0 t COeq，F(xiàn)CV的生命周期碳排放量由150 g COeq?km降低為90 g COeq?km。AHMADI 等研究了4 種行駛工況、燃料電池衰減和制動能量回收對FCV全生命周期碳排放和燃油經(jīng)濟性的影響，結(jié)果表明，高速公路工況的生命周期碳排放最低，燃料電池衰減對FCV 平均燃油經(jīng)濟性的負面影響為23%，制動能量回收可以提高燃油經(jīng)濟性。LI Mengyu 等特別關(guān)注了車輛熱負荷對BEV 和FCV 的從油井到車輪性能的影響，在考慮車輛座艙熱負荷時，以天然氣為能源的FCV在總能源消耗和碳排放方面優(yōu)于所有BEV。LIU Feiqi 等以FCV 未來的銷量情況和制氫的碳排放因子兩個關(guān)鍵因素構(gòu)建了5 個情景來評估FCV對中國道路車隊碳排放的影響。在最樂觀的情景下，整個車隊產(chǎn)生的碳排放將比沒有FCV的情景減少13.9%，重型貨車碳排放將減少近20%。

考慮到區(qū)域差異，AHMADI 等對加拿大4個省由ICEV 轉(zhuǎn)變?yōu)镕CV 的環(huán)境影響和經(jīng)濟成本進行了分析。BEKEL 等對比和分析了德國的FCV和BEV 的環(huán)境影響和成本。LEE 等研究了美國燃料電池客車的生命周期環(huán)境影響和經(jīng)濟性。IANNUZZI 等對阿根廷的傳統(tǒng)柴油客車和燃料電池客車進行了生命周期排放對比分析。

綜上可知，氫燃料電池汽車的行駛工況、燃料電池衰退、車輛熱負荷、制氫碳排放因子、電力結(jié)構(gòu)、區(qū)域發(fā)展條件等因素是影響FCV生命周期碳排放的關(guān)鍵因子，聚焦突破關(guān)鍵因子的關(guān)鍵核心技術(shù)是提升氫燃料電池汽車環(huán)境效益的重要手段。

2.2.2 不同氫能路徑

國內(nèi)外學(xué)者分析了基于不同氫能路徑的FCV全生命周期評價研究。HAO Han 等利用生命周期評價的方法對比分析了北京客車的19 種不同的氫能路徑的能耗與碳排放情況，研究發(fā)現(xiàn)，基于混合電網(wǎng)電解水制氫擁有最高的碳排放，為3 100 g COeq?km；氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫最低，為80 g COeq?km?？椎卵蟮妊芯苛孙L(fēng)能、混合電網(wǎng)和光伏發(fā)電制氫對FCV全生命周期的影響。研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)能發(fā)電氫能路徑的碳排放最低，為60 g COeq?km。YOO 等對比分析了以甲烷蒸汽重整（SMR）、焦?fàn)t氣提純、石腦油裂解、電解水等制氫方式為基礎(chǔ)的7 種氫能路徑的碳排放量，為50.7～388.0 g COeq?km。SIMONS 等考慮了SMR、煤氣化、混合電網(wǎng)發(fā)電制氫、光伏發(fā)電制氫等不同氫能路徑，研究發(fā)現(xiàn)，與ICEV 相比，使用光伏發(fā)電的電解水制氫可以減少約40%的碳排放，而使用歐洲平均混合電力的電解水制氫可以增加約80%的碳排放。林婷等研究了電解水制氫、SMR、煤氣化、焦?fàn)t煤氣提取氫和生物質(zhì)氣化5 種制氫方式。WANG Qun 等利用從油井到車輪分析了12 條氫能路徑的碳排放情況，發(fā)現(xiàn)使用可再生電力電解水的HFCV 表現(xiàn)最好，為31 g COeq?km，而采用混合電解水的HFCV 表現(xiàn)最差，為431 g COeq?km。不同區(qū)域和不同氫能來源的FCV 和ICEV 的生命周期碳排放量見表4。由表4 可知，相比于ICEV，基于可再生清潔能源發(fā)電用于電解水制氫的FCV具有明顯的降低碳排放的效益，而基于混合電網(wǎng)的電解水制氫的FCV會產(chǎn)生較高的碳排放。

表4 不同區(qū)域和不同氫能路徑的FCV和ICEV的生命周期碳排放量/g CO2 eq?km-1

2.2.3 燃料電池系統(tǒng)

已有諸多學(xué)者對氫燃料電池系統(tǒng)開展了全生命周期評價研究，EVANGELISTI 等和SIMONS 等的研究構(gòu)建并分析了質(zhì)子交換膜、氣體擴散層、催化層、膜電極、輔電設(shè)備（Balance of Plant， BOP）、儲氫罐等的詳細清單數(shù)據(jù)，為燃料電池系統(tǒng)生命周期的評估提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。關(guān)于燃料電池系統(tǒng)生命周期的評價，MIOTTI等考慮關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的進步并構(gòu)建2015 年和2030 年的情景，發(fā)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)生命周期碳排放從3.8 t COeq 降低到1.6 t COeq。USAI 等發(fā)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)制造的生命周期碳排放為5.0 t COeq，其中燃料電池堆棧的催化層和儲氫罐的碳纖維是關(guān)鍵因素，總占比53%，同時隨著關(guān)鍵參數(shù)的變化，每kW 的燃料電池系統(tǒng)制造的碳排放由60 kg COeq 降低到30 kg COeq。陳軼嵩等以我國節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0 為參考，量化預(yù)測燃料電池系統(tǒng)制造的生命周期碳排放結(jié)果為67 kg COeq?kW。燃料電池系統(tǒng)部件清單和碳排放情況見表5。

表5 燃料電池系統(tǒng)部件清單和碳排放情況/kg CO2 eq?kW-1

綜上可知，燃料電池系統(tǒng)生命周期碳排放的區(qū)間為36～112 kg COeq?kW，燃料電池堆棧的關(guān)鍵部件和儲氫罐的碳纖維是關(guān)鍵因素，提升燃料電池的性能以及降低關(guān)鍵部件的耗材有助于燃料電池系統(tǒng)的生命周期碳排放，進而提升FCV的環(huán)境效益。

2.3 混合動力汽車（HEV）

混合動力汽車主要分為常規(guī)混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle， PHEV）和增程式混合動力汽車（Extend Range Electric Vehicle，EREV）。

關(guān)于PHEV 的生命周期評價研究中，SOUZA等評估和比較巴西的PHEV、ICEV 和BEV 的生命周期環(huán)境影響，考慮了燃料生產(chǎn)、發(fā)電和動力總成生產(chǎn)、車輛使用和動力總成報廢，研究發(fā)現(xiàn)，PHEV、ICEV 和BEV 的生命周期碳排放分別為242、291和151 g COeq?km。CUSENZA 等的研究以LMO 和NCM 為復(fù)合正極材料，對PHEV 鋰電池進行了生命周期環(huán)境評價。ANDERSSON等利用生命周期評價方法對比了HEV、PHEV和BEV 的生命周期碳排放情況，燃料考慮了化石燃料、第一代生物燃料和第二代生物燃料3 種情景，充電考慮了2020 年和2050 年的歐洲電力，研究發(fā)現(xiàn)，可再生燃料在減少生命周期碳排放潛力方面比低碳電力組合更大。YANG Lai等的研究對PHEV、ICEV 和BEV 的生命周期碳排放量和空氣污染物進行評估，發(fā)現(xiàn)PHEV 和BEV 的碳排放量、VOCs和NO的排放比ICEV 低，但其PM和SO比ICEV 高。PHEV 的PM和SO排放量分別是ICEV的1.8 倍 和1.5 倍。YUKSEL 等研 究 了 美 國PHEV 和ICEV 的生命周期碳排放，重點考慮了電力結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度、車輛行駛里程數(shù)和不同的行駛工況。在紐約城市行駛工況，PHEV 相比于ICEV可以減少60%的生命周期碳排放。MILLO 等設(shè)計制造了一輛插電式混合動力輕型商用車，驗證了混合動力減少碳排放的良好效果。陳軼嵩等利用GABI 軟件對PHEV 進行了生命周期的評估。KANNANGARA 等為ICEV、 HEV、 PHEV、BEV 和FCV 開發(fā)了一個適應(yīng)性生命周期評價框架，該框架考慮了車輛動力總成技術(shù)的進步、電力和燃料供應(yīng)的變化。研究發(fā)現(xiàn)PHEV和HEV的生命周期碳排放低于ICEV，但高于BEV。CANDERLARESI等的研究比較了HEV、ICEV 和FCV 三款基于氫燃料的乘用車的生命周期環(huán)境性能，研究發(fā)現(xiàn)3款純氫汽車被認為是極好的脫碳解決方案，車輛基礎(chǔ)設(shè)施被確定為環(huán)境負擔(dān)的主要來源。

針對增程式混合動力汽車進行生命周期評價的研究相對較少，陳軼嵩團隊基于德國開發(fā)的生命周期評價專用軟件GABI，選取國內(nèi)市場上的增程式電動汽車，建立全生命周期評價模型，從而對增程式電動汽車的節(jié)能減排績效進行研究。

3 我國新能源汽車生命周期評價現(xiàn)存主要問題

新能源汽車全生命周期評價是一項涉及多元素、多因子、多目標和跨產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜系統(tǒng)工程，數(shù)據(jù)質(zhì)量、系統(tǒng)邊界、功能單位和評價模型的不同都會導(dǎo)致評價結(jié)果產(chǎn)生差異。

3.1 與關(guān)鍵部件的技術(shù)進步深度耦合不足

從科學(xué)研究的角度看，新能源汽車生命周期評價與關(guān)鍵部件的關(guān)鍵核心技術(shù)進步交叉耦合程度不夠，如鋰電池機理研究和報廢回收關(guān)鍵技術(shù)與純電動汽車的生命周期評價的深度耦合，氫燃料電池機理研究、報廢回收與氫燃料電池汽車生命周期評價的深度耦合，智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)的進步與新能源汽車生命周期評價的深度交叉融合等。

3.2 缺乏基于國家標準的評價體系

從評價結(jié)果可對比性看，生命周期評價的系統(tǒng)邊界存在多樣性，包含從搖籃到大門、從搖籃到墳?zāi)?、從油井到車輪、從搖籃到搖籃等不同的邊界，不同產(chǎn)品在不同邊界下的分析結(jié)果不具有可比性，當(dāng)前亟須新能源汽車生命周期評價體系標準化，尤其在碳中和背景下，當(dāng)前缺乏一套基于國家標準的新能源汽車生命周期碳排放評價體系。

3.3 缺乏指導(dǎo)科學(xué)決策的動態(tài)評價模型

影響新能源汽車生命周期的環(huán)境性能存在諸多動態(tài)因素，各動態(tài)影響因素之間相互耦合，牽一發(fā)而動全身，所以靜態(tài)生命周期評價模型對技術(shù)參數(shù)進步、區(qū)域發(fā)展條件差異和產(chǎn)品制造工藝多樣性的適應(yīng)性較差。國內(nèi)研究多停留在靜態(tài)評價模型而缺乏具有前瞻性、預(yù)測性的動態(tài)評價模型。唯有以汽車理論和環(huán)境工程理論為基礎(chǔ)，對前瞻性問題進行動態(tài)評價和研判，才能對各種技術(shù)所造成的環(huán)境影響進行預(yù)警，為企業(yè)選擇技術(shù)路線和政府科學(xué)決策提供參考。

3.4 數(shù)據(jù)清單的本土化和完整性有待提高

從數(shù)據(jù)清單的質(zhì)量看，由于當(dāng)前企業(yè)數(shù)字化管理水平較低，整車和零部件企業(yè)的先進制造工藝所產(chǎn)生的能耗、排放數(shù)據(jù)的管理水平相對較差，導(dǎo)致我國生命周期評價研究者利用的數(shù)據(jù)多為工業(yè)平均數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)和國外數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，使汽車相關(guān)產(chǎn)品生命周期評價所構(gòu)建的數(shù)據(jù)清單的本土化、質(zhì)量、完整性和時效性相對較差，最終評價結(jié)果較難反映當(dāng)前我國先進技術(shù)水平的新能源汽車生命周期環(huán)境影響。

4 新能源汽車生命周期評價發(fā)展方向

4.1 清單數(shù)據(jù)精細化

新能源汽車生命周期評價涉及成千上萬的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性對最終評價結(jié)果影響較大。未來企業(yè)利用大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，搭建關(guān)鍵部件和能源的溯源數(shù)據(jù)管理平臺，提煉關(guān)鍵部件材料獲取、制造工藝的數(shù)據(jù)清單，提煉能源獲取、存儲的數(shù)據(jù)清單。由于企業(yè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)涉及企業(yè)機密，可通過數(shù)據(jù)再加工得到標準的數(shù)據(jù)清單，最終形成基于汽車相關(guān)企業(yè)先進制造工藝的準確和完整的數(shù)據(jù)清單，提高評價結(jié)果的可信度。

4.2 研究對象多元化

新能源汽車研究對象主要為BEV、HEV 和FCV。新能源汽車的關(guān)鍵部件包含鋰電池、燃料電池、儲氫罐、驅(qū)動電機等。未來新能源汽車生命周期評價的研究內(nèi)容需要將整車或部件的生命周期評價與前沿的先進技術(shù)進行耦合，如基于燃料電池機理性能優(yōu)化的燃料電池汽車生命周期評價，基于鋰電池梯次利用的純電動汽車生命周期評價，基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)的新能源汽車生命周期評價等。整車生命周期理論與汽車關(guān)鍵技術(shù)的深層次耦合是未來的研究趨勢。

4.3 評價模型動態(tài)化

新能源汽車對生態(tài)環(huán)境的影響涉及諸多動態(tài)因素，僅從靜態(tài)角度評價產(chǎn)品的時效性、適應(yīng)性存在不足，可供參考的價值也大為降低，所以對新能源汽車生命周期評價需進行動態(tài)分析，建立系統(tǒng)動力學(xué)模型?？蛇\用拓撲學(xué)、系統(tǒng)論等方法，以系統(tǒng)動力學(xué)方法，針對材料、能源、環(huán)境和成本四大特性確定各變量之間的計算方程以及關(guān)鍵參數(shù)，開發(fā)新能源汽車生命周期動態(tài)評價系統(tǒng)，運用系統(tǒng)進行靈敏度測試與分析，根據(jù)分析結(jié)果進行動態(tài)模擬與仿真。在不同目標導(dǎo)向下，通過不同指標權(quán)重設(shè)計代表不同優(yōu)先級取向的全生命周期優(yōu)化目標函數(shù)進行關(guān)鍵參數(shù)的多目標優(yōu)化分析。

4.4 評價體系標準化

新能源汽車生命周期評價系統(tǒng)邊界存在多樣性，不同系統(tǒng)邊界下的不同車型的研究結(jié)果不具備對比性。未來新能源汽車生命周期評價體系將向標準化發(fā)展，不同產(chǎn)品將建立一套基于產(chǎn)品特性的相同系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)標準、評價模型的生命周期評價體系，便于計算未來汽車生命周期能耗和污染物排放。在碳達峰和碳中和的背景下，未來將建立一套科學(xué)的標準化的新能源汽車生命周期碳排放評價體系。

基于數(shù)據(jù)清單精細化、研究對象多元化、評價模型動態(tài)化和評價體系標準化的新能源汽車生命周期評價發(fā)展方向前瞻性研究，本文凝練總結(jié)了我國新能源汽車生命周期評價體系，如圖4所示。

圖4 新能源汽車生命周期評價體系

5 面向碳中和的汽車全生命周期減碳建議

面向碳達峰和碳中和未來愿景，未來汽車行業(yè)應(yīng)以車輛生命周期減碳為核心，以跨行業(yè)協(xié)同為基礎(chǔ)，以負碳技術(shù)為補充，聚焦減碳、零碳和負碳3個技術(shù)手段，如圖5 所示，最終實現(xiàn)車輛從材料獲取、車輛制造、運行使用到報廢回收的全生命周期的碳排放降低。

圖5 面向碳中和的汽車全生命周期減碳建議

建議聚焦關(guān)鍵部件的關(guān)鍵技術(shù)突破，提升關(guān)鍵部件生命周期綠色水平。動力電池、燃料電池、儲氫罐等部件的碳排放是影響純電動汽車和燃料電池汽車碳排放的關(guān)鍵部件，改進鋰電池正極材料、燃料電池催化劑、燃料電池雙極板、儲氫罐的碳纖維等的制造工藝，優(yōu)化提升電池的功率密度和能量密度，提升電池的回收利用技術(shù)，探索電池梯次利用場景，實現(xiàn)動力電池、燃料電池、儲氫罐等制造工藝綠色水平的提高和耗材的減少，最終實現(xiàn)關(guān)鍵部件全生命周期碳排放的降低。

建議推進車用能源中的可再生清潔能源比例的提高，實現(xiàn)車輛燃料循環(huán)的低碳排放。從全生命周期視角看，電力結(jié)構(gòu)的清潔程度是影響純電動汽車使用過程碳排放的重要因素，車用氫能的來源是影響燃料電池使用過程碳排放的關(guān)鍵因素。逐步提高電力結(jié)構(gòu)的清潔程度和發(fā)展可再生能源制氫，逐步提高純電動汽車和燃料電池汽車的推廣水平，最終實現(xiàn)車用燃料的生命周期碳排放的降低。

建議從全生命周期視角，建立基于國家標準的新能源汽車碳排放評價體系。構(gòu)建動力電池、燃料電池、儲氫罐等部件生命周期信息追溯平臺，構(gòu)建汽車制造裝配各個工藝的數(shù)據(jù)管理平臺，構(gòu)建車用能源數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)追溯管理，以量化評價汽車生命周期碳排放為總目標，考慮中國的能源結(jié)構(gòu)、汽車制造工藝水平等關(guān)鍵因素，構(gòu)建涵蓋新能源汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的生命周期碳排放評價方法和模型，最終構(gòu)建一套基于國家標準并符合中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的生命周期碳排放評價體系。