張繩赟　魏文博　王睿

摘 要：吉利汽車在2021年發(fā)布了公司碳中和戰(zhàn)略規(guī)劃，短期目標(biāo)以2020年為基線，在2025年單車全生命周期碳排放減少25%以上；長(zhǎng)期目標(biāo)在2045年實(shí)現(xiàn)碳中和，而純電動(dòng)汽車是吉利汽車加速電動(dòng)化進(jìn)程以及實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵路徑之一。純電動(dòng)汽車雖然是零尾氣排放，但在它的全生命周期中還是會(huì)有大量的碳排放產(chǎn)生，所以在純電動(dòng)汽車的研發(fā)中還需要探索如何減少其對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響。文章分析了一款純電動(dòng)汽車從“搖籃”到“大門”的碳排放來(lái)源，并對(duì)動(dòng)力電池、材料以及整車生產(chǎn)制造實(shí)施的碳減排方案做了分析介紹，最后對(duì)系統(tǒng)邊界內(nèi)的各階段做了碳減排工作的總結(jié)闡述。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 碳排放 碳減排

1 引言

新能源汽車的推廣使用能有效的緩解我國(guó)能源短缺的現(xiàn)狀，并能降低溫室氣體的排放[1]。21世紀(jì)中國(guó)一直在政策上進(jìn)行大力傾斜以扶持新能源汽車及其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，新能源汽車保有量隨之在市場(chǎng)上一路上漲，而這其中又以純電動(dòng)汽車增長(zhǎng)的最為迅猛。

純電動(dòng)汽車是完全由可充電電池提供動(dòng)力源的汽車，目前市場(chǎng)上以三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池應(yīng)用的最為廣泛。純電動(dòng)汽車以電池作為載體，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供汽車使用，在使用過(guò)程做到了零尾氣排放，但從它的全生命周期分析看還是有大量的碳排放產(chǎn)出。不管是原材料生產(chǎn)、零件制造，還是汽車使用階段等都產(chǎn)生了碳排放并對(duì)全球增溫潛勢(shì)影響很大[2]。但電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油車比，電動(dòng)汽車具有較大的制約性減排空間[3]。對(duì)于我國(guó)隨著純電動(dòng)汽車生產(chǎn)階段車輛數(shù)量趨于穩(wěn)定、行駛階段車輛不斷擴(kuò)大，汽車碳排放總量呈下降趨勢(shì)[4]。綜上可以看出純電動(dòng)汽車并不是碳中和的終點(diǎn)，這只是一個(gè)更有利于碳減排新的起點(diǎn)。所以各車企在研發(fā)生產(chǎn)純電動(dòng)汽車時(shí)需要考慮如何在產(chǎn)品的全生命周期各階段進(jìn)行碳排放來(lái)源識(shí)別以及碳減排措施實(shí)施，以期能盡量減少或去除產(chǎn)品對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，從而助推國(guó)家、行業(yè)以及企業(yè)走向碳中和。

2 碳排放來(lái)源分析

本文以吉利汽車生產(chǎn)的一款純電動(dòng)汽車作為研究對(duì)象，該車輛的主要相關(guān)參數(shù)信息見(jiàn)表1。

根據(jù)吉利內(nèi)部的車輛碳排放核算方法，按圖1所示的系統(tǒng)邊界計(jì)算車輛從“搖籃”到“大門”的碳足跡。在核算過(guò)程中優(yōu)先選取實(shí)際的場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際的工藝生產(chǎn)流程進(jìn)行建模計(jì)算，在無(wú)實(shí)際場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)的情況下則優(yōu)先從Gabi和Ecoinvent數(shù)據(jù)庫(kù)選擇具有代表性的因子數(shù)據(jù)進(jìn)行碳排放影響評(píng)估。

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到系統(tǒng)邊界內(nèi)整車的碳排放約為27.1t CO2e。從表2所示整車碳排放來(lái)源及占比可以看出，原材料獲取階段的碳排放占比90.4%是最主要的來(lái)源，動(dòng)力電池碳排放占比29.5%是單個(gè)零件貢獻(xiàn)最高的，鋁材碳排放占比24.7%是材料中貢獻(xiàn)最高的。其他依次為鋼鐵碳排放占比13.8%，電子電器碳排放占比9.4%，聚合材料碳排放占比8.8%，以及其他材料占比3.9%，一級(jí)供應(yīng)商物流運(yùn)輸和車輛生產(chǎn)制造分別占比3.7%和5.9%。

3 碳減排方案

通過(guò)對(duì)整車碳排放主要來(lái)源分析，從減碳成本、可操作性以及零件實(shí)際開發(fā)狀態(tài)的維度考慮，最終確定了從以下三個(gè)主要方向來(lái)落實(shí)整車碳減排方案。

3.1 動(dòng)力電池減排

動(dòng)力電池主要由電池模組、箱體、熱管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)以及高壓配電系統(tǒng)五部分組成，材料主要由三元材料、鋁、鋼、塑料和電解液等組成。通過(guò)以動(dòng)力電池出貨能量1 kwh為功能單元，采用歐盟產(chǎn)品環(huán)境足跡PEF方法，計(jì)算其“搖籃”到“大門”的碳足跡。從表3所示動(dòng)力電池包的碳排放可以看出，陰極、陽(yáng)極、電芯鋁材、下箱體鋁材以及動(dòng)力電池生產(chǎn)制造是主要的碳排放來(lái)源，合計(jì)占比87.7%。

通過(guò)對(duì)陰極材料生產(chǎn)使用15%的清潔電能以及電池包生產(chǎn)使用42%的清潔電能，電芯殼體及鋁金屬材料使用35%的水電鋁和電池包下箱體使用45%的水電鋁的減排措施后，計(jì)算得到如表4所示的減排后動(dòng)力電池的碳排放，電池包每單位kwh的碳排放從78.33降低至66.79kg CO2e，減排比例約為14.7%。

3.2 低碳材料方案

整車除動(dòng)力電池以外，其他零件使用的鋁材、鋼鐵及聚合材料貢獻(xiàn)了大部分的碳排放。根據(jù)研究表明，使用清潔能源生產(chǎn)原鋁及再生鋁，能有效的降低鋁生命周期的碳排放[5]。生物質(zhì)材料能夠替代或部分替代傳統(tǒng)石油基高分子材料，從而避免石油基高分子合成過(guò)程中的碳排放[6]。

本車型在側(cè)門結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、下車體及輪輞等鋁零件使用了100%的水電鋁。在儲(chǔ)物盒、底護(hù)板、門飾板、保險(xiǎn)杠、擋泥板、進(jìn)氣格柵、行李箱等零件上開發(fā)應(yīng)用了含30%的循環(huán)塑料，地毯、隔音墊、腳墊等開發(fā)應(yīng)用了100%的回收纖維，在座椅、儀表板及門板等開發(fā)應(yīng)用了40%的生物基材料。通過(guò)開發(fā)及應(yīng)用以上低碳材料方案，在材料的選擇和使用上最終減少了約3.3t CO2e，減排比例約為13.5%。

3.3 清潔生產(chǎn)

整車生產(chǎn)如圖2主要由沖壓、焊裝、涂裝、總裝車間及動(dòng)力站坊組成。在生產(chǎn)過(guò)程中主要使用電能、天然氣以及蒸汽等進(jìn)行供能，場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸方面會(huì)使用化石燃料，各個(gè)車間的生產(chǎn)工藝過(guò)程會(huì)消耗各種輔料耗材，并會(huì)產(chǎn)生廢水、廢料和廢氣。

從表2中可以看出整車生產(chǎn)的碳排放約1.6t CO2e，而通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，本車型是在2021年底才投入使用的全新工廠進(jìn)行生產(chǎn)制造的，在產(chǎn)能還未飽和的情況下，其單車生產(chǎn)使用的能耗明顯偏高，從而導(dǎo)致整車生產(chǎn)的碳排放較高。通過(guò)采購(gòu)綠電以及部分使用光伏電后，整車生產(chǎn)的碳排放從1.6t CO2e降低至0.48t CO2e，減排比例約為70%。

4 碳減排方向總結(jié)

4.1 車輛研發(fā)設(shè)計(jì)

在車輛研發(fā)設(shè)計(jì)階段涉及到的碳減排方向主要有材料的用量、材料類型選擇、生產(chǎn)工藝改進(jìn)以及車輛電耗控制等。對(duì)于材料的使用，材料用量越少，來(lái)自材料端的碳排放也會(huì)更少，所以對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少原材料的用量能相對(duì)減少產(chǎn)生碳排放。對(duì)于同一零件使用不同類型材料的設(shè)計(jì)方案，需要結(jié)合材料重量、利用率以及材料單位重量的碳排放影響進(jìn)行整體評(píng)估，選擇相對(duì)低碳的設(shè)計(jì)方案。如選擇水電鋁、循環(huán)材料以及生物基材料，對(duì)比常規(guī)的鋁材及塑料，可以有效降低來(lái)自材料本身的碳排放。另外也可以使用如氫冶金技術(shù)這種新生產(chǎn)工藝的方式來(lái)降低材料的碳排放。汽車的電耗會(huì)在研發(fā)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，電耗的高低和使用的電力類型決定了汽車使用階段的碳排放量，降低電耗可以減少行駛相同里程的能源消耗，從而降低汽車使用階段總的碳排放。

4.2 零件物流運(yùn)輸

國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的零件供貨運(yùn)輸方式基本為使用柴油卡車進(jìn)行陸運(yùn)，除了運(yùn)輸?shù)目ㄜ囋谛旭偸褂貌裼彤a(chǎn)生碳排放外，獲取柴油本身也會(huì)產(chǎn)生碳排放。另外運(yùn)輸零件的距離以及單次運(yùn)輸?shù)难b載量也會(huì)影響物流運(yùn)輸端的碳排放。從運(yùn)輸方式看，根據(jù)運(yùn)輸?shù)乩砦恢煤侠磉x擇使用公共交通的方式進(jìn)行運(yùn)輸，或切換成純電動(dòng)卡車進(jìn)行運(yùn)輸能有效降低運(yùn)輸端的碳排放。從運(yùn)輸路線和效率看，在后端實(shí)施物流智能數(shù)字化管理，減少運(yùn)輸總距離和提高額定范圍內(nèi)的裝載量，也能減少物流運(yùn)輸端的碳排放。

4.3 整車生產(chǎn)制造

整車生產(chǎn)制造除了購(gòu)買綠電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火電進(jìn)行生產(chǎn)制造外，還可以通過(guò)自建光伏發(fā)電等方式實(shí)現(xiàn)可再生能源切換。對(duì)天然氣鍋爐供能的方式可以進(jìn)行工藝改造切換成使用生物質(zhì)能源進(jìn)行代替。對(duì)于生產(chǎn)自制件的過(guò)程，可以提升沖壓零件的材料利用率，以減少資源消耗的方式來(lái)降低碳排放產(chǎn)生。對(duì)于廠內(nèi)的物流運(yùn)輸可以使用純電動(dòng)汽車進(jìn)行代替。另外減少輔料耗材的消耗以及減少生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物、廢水、廢氣的產(chǎn)出，也可以幫助生產(chǎn)制造減少碳排放的產(chǎn)生。

5 結(jié)語(yǔ)

純電動(dòng)汽車的碳減排基于國(guó)內(nèi)目前火電為主的能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，首先需要推動(dòng)整車供應(yīng)鏈向可再生能源進(jìn)行切換，不論是原材料獲取與精煉過(guò)程，還是零件和整車的生產(chǎn)制造過(guò)程。其次需要開發(fā)運(yùn)用新材料、新工藝及新運(yùn)輸模式等方式，減少不可再生自然資源的消耗，向低碳及零碳開發(fā)的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

隨著中國(guó)在七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上承諾雙碳目標(biāo)，各車企在自身的發(fā)展過(guò)程中都應(yīng)該積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，在整車產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能降碳，努力降低企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的影響。

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