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高污染or真环保丨电动汽车原罪剖析

来源:绿色和平在倾盆大雨中,他们乘坐皮划艇,在该公司的近海钻探船周 300902/07

不久前,来自绿色和平组织的环保活动人士展开了一场针对金属公司(TMC)的深海采矿勘探船只的和平抗议。来源:绿色和平在倾盆大雨中,他们乘坐皮划艇,在该公司的近海钻探船周围划动并抗议,之后几名活动分子成功登录该船,阻止了TMC公司的深海数据收集

标签: 电动汽车 动力电池 梯次利用

不久前,来自绿色和平组织的环保活动人士展开了一场针对金属公司(TMC)的深海采矿勘探船只的和平抗议。

来源:绿色和平

在倾盆大雨中,他们乘坐皮划艇,在该公司的近海钻探船周围划动并抗议,之后几名活动分子成功登录该船,阻止了TMC公司的深海数据收集活动。

绿色和平认为,深海矿藏开发会破坏海洋生态、释放污染物、影响海底储碳系统,对地球环境造成不可逆影响,重蹈石油钻探的覆辙。

占领行动发生在克拉里昂·克利普顿区(CCZ),该区域位于墨西哥和夏威夷之间,含有数十亿个富含钴、镍和其他矿物质的多金属结核,“锂、镍、钴”被称作电池金属,对于电动车、动力电池等绿色技术的应用至关重要,TMC公司正在进行最后的考察,然后提交有史以来首个商业利用国际海床的申请,推动深海矿藏的开发。

ISA深海底采矿勘探区域

而目前,深海采矿行业仍然缺乏明确的国际规则。国际海床管理局(ISA)负责该领域的规则制定,在2023年的年度会议上,包括德国、法国、西班牙、智利、新西兰和一些太平洋岛国,认为深海采矿对海洋生态有重大风险,提出暂停或禁止发放许可证,因此ISA未能就海床矿物开采的许可和技术规则达成一致。这一争议将于2024年7月ISA在金斯敦召开会议时再度讨论,届时,一场有关深海矿产管理权的激烈外交战将展开。

“TMC公司似乎决心无视科学、理智和全球公众反对,在世界上最后一个未触及的领域进行采矿,但我们在这里呼吁制止这个危险的产业,并让他们知道,在我们看护之下,深海采矿不会启动”,绿色和平国际深海采矿停止运动倡导者Louisa Casson说。

来源:中外对话海洋

这场发生在新兴产业和环保组织之间的拉锯战,深刻反应了全球电动化转型中的环境危机。麦肯锡预测,未来5年,电动汽车市场需要超过100万吨的碳酸锂当量的锂,钴产量也必须翻一番;到2030年,需要额外新增130万吨的镍产量、160万吨的石墨产量。电动车以及电池产业在全产业链范围对环境的破坏必须纳入各国政策考量和公共讨论。

由此也引发了一个老生常谈但又争议极大的问题,从全生命周期来看,电动汽车真的比油车环保吗?

2023年12月15日,著名的“反电动”斗士,丰田董事长丰田章男接受媒体采访时再次炮轰电动车。他表示,电动汽车是“低级产品”,要抵制到底。

在丰田章男看来,电动车既不是新技术,也不低碳环保。他表示电动汽车不算“新能源”,因为不少国家的电能仍是火电,如果全球所有的汽车都换成电动汽车,所需的电能将是目前的两倍,会造成更多的碳排放。而且,电动汽车的生产过程会消耗大量的能源和资源,从锂矿开采到废旧电池处理都会造成环境破坏。

丰田汽车创始人丰田喜一郎之孙、丰田公司董事长丰田章男

更疯狂的口水攻击来自于美国前总统特朗普,他在圣诞节期间举行的集会上指责电动汽车支持者是“邪恶且病态的暴徒”。今年9月,特朗普也曾断言白宫宣传的电动车是一个骗局,并表示如果在今年大选中获胜,将扶持美国的传统汽车业。

难道说与油车相比,电动车更不环保?电池造成的污染更严重?

直面污染

新能源汽车产业链包括上游的锂矿、钴矿、稀土矿等产业,中游的发电、电池、电机、电控加工制造组装等产业,下游的车辆组装、使用与回收等产业。

目前,新能源汽车锂电池所采用的金属锂在开采过程中存在显著的环境污染问题。通常,锂矿的开采方式主要有露天开采和盐湖卤水提锂两种。

前者需要通过挖掘方式获取锂辉石,然后通过浮选法、磁选法、重介质法和手选法等多步骤提取锂金属。而后者则采用离子交换法、蒸发结晶法、煅烧浸出法、纳滤膜分离法和溶剂萃取法等多种方法提取最终的锂金属。

锂盐湖

在盐湖提锂技术中,煅烧浸出喷雾干燥时可能产生酸雾,而所使用的卤水也可能导致土地盐碱化,从而破坏高原地区已经脆弱的生态环境。

去年年初,比亚迪在智利的锂矿开采计划就因当地原住民和社区的担心环境污染被当地政府叫停,锂矿富集地阿根廷,赣锋锂业的锂盐湖项目也曾发生过社区争议。

在南美州的沙漠地区提锂会造成地下水位下降和加速沙漠化,影响当地的用水,矿企在提锂后还会留下大量重金属污染,这在缺水的南美是无法被容忍的。

露天开采同样会导致粉尘、矿渣和重金属污染,更为重要的是这种采锂方式需要消耗大量水资源,且处理后难以完全清洁,对水资源造成长期污染。

一家由智利公司SQM运营的锂生产工厂

2022年11月24日,宜春市生态环境监测部门在对锦江干流饮用水水源地全指标监测分析中发现铊浓度异常,通告显示:锂盐企业江西永兴特钢新能源科技公司涉嫌以逃避监管方式排放含铊污染物,引发当地居民的骚动不安。铊常伴生于锂云母中,在锂云母提锂过程中,污染管控不到位,铊元素会被进一步富集,对人体造成伤害。

此外,钴矿、锰矿和稀土矿的开采也会引发一定程度的环境污染,其中很多污染是不可逆转的。而且锂矿企业在开采后剩余大量废渣处置、回收和再利用,又是另一个难解的问题。

当前,新能源汽车在电网的供能下运行,增加了发电企业的产能需求。然而,为了确保稳定供电,我国火力发电占比70%以上,这会消耗煤炭、石油、天然气等传统能源,导致空气污染和碳排放。这也是新能源汽车一直备受质疑的主要原因。

尽管我国正在积极推动风电和太阳能发电,但由于技术障碍,这些不稳定的电源难以大规模融入电网,甚至可能导致弃电现象。即便是受到政策大力支持的光伏发电,其组件在生产和使用过程中仍会带来一定的环境污染。因此,从电力供应层面来看,资源浪费和污染问题仍然存在。

尴尬的电池回收

电动汽车另一个为人诟病的是废旧电池污染问题,废旧动力电池不加处理填埋或焚烧不仅会对水源和土壤造成长达50年的污染,还会引起严重空气污染

电池污染主要来源几个方面。首先,石墨作为常见的负极材料在处理过程中存在有效性不高的问题,可能引发一定程度的污染。其次,常用的正极材料,如三元材料、钴酸锂、镍钴铝酸锂等,含有具有一定毒性的钴元素。

动力电池污染原理

第三,电解液通常包含有机溶剂和锂盐,其中的有机溶剂如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚等具有弱毒性,而锂盐采用的六氟磷酸锂在遇水时会产生剧毒的氟化氢。

最后,电池外壳和隔膜材质,如聚烯烃和粘结剂(丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、丙烯酸等),都可能被视为潜在的白色污染物。

减少废旧电池污染最有效的方法便是建立动力电池回收体系,随着我国新能源汽车逐渐走向报废,动力电池回收市场迎来了潜力巨大的发展期,欧盟《新电池》也明确了对电池关键矿物的回收比例要求。

动力电池回收路径

来源:头豹研究院

从经济角度考量,受资源条件影响,锂电产业链上下游扩产周期差异较大。产业链上游为锂资源开发环节工程量大,扩产周期长,平均需要5年左右,而电池制造扩产周期不到一年,周期错配导致锂矿开采无法满足电池制造的需求。

因此,电池回收不仅是节约资源保护环境,也是平抑原材料波动,满足市场需求的重要出路。

动力锂电池使用寿命通常在3至5年,中国2016开始大力推广新能源汽车电池,首批动力电池已进入退役期。

中国动力电池预计退役规模

来源:公开资料整理、研报

头豹研究院测算,2018年至2022年,中国动力电池理论回收量即退役量由24.1万吨上涨至75万吨。

虽然有宁德时代、上汽、国家电网等巨头入局,但实际回收量只由11.2万吨上涨至30万吨,涨幅低于理论回收量。

2018-2022中国动力电池理论回收量与实际回收量

来源:头豹研究院

主要原因在于中国动力电池回收行业仍缺乏尚未形成稳定、可行的安全回收机制;且回收行业利润率高,导致行业内存在大量无序竞争的回收小作坊。

这些电池回收小作坊无需大量生产及环保设备投入,成本低且缺乏监管。它们以高价抢夺货源,使得部分废旧电池流入黑市并被非法拆解,劣币驱逐良币,造成了许多安全和环境风险。

根据高工锂电数据,2018年~2020年,符合“《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》”规定的企业仅回收到了不到20%的退役电池,另据中国化学与物理电源行业协会储能应用分会统计,目前流向白名单企业的退役电池只有不到25%,有75%的业务被小作坊以及尚未进入白名单的企业消化,出现了“正规军干不过小作坊”的现象。

“受电池回收供应市场回收渠道不畅通等因素影响,2022年,全国电池回收行业整体开工率在65%左右,一些白名单企业出现了产线闲置的情况。”中国化学与物理电源行业协会储能应用分会副秘书长陈永翀接受媒体采访时表示。

谁更环保

诚然,电车在整个生命周期中确实存在上述问题,但它真的比油车污染严重?根据相关研究和实验来看,答案是否定的。

施羽,张华,于智涵三位研究人员选取2019年三款销量最高的油车(大众朗逸)、插电混动(普锐斯PHEV)、纯电车汽车(日产聆风)作为研究对象,分析了它们在全生命周期内的减排效益和环境影响。

生命周期评价 ( life cycle assessment,LCA) 是对一个产品或工艺从原材料开采到报废回收过程全生命周期内有关的输入、输出及其直接和间接环境影响进行汇编和评估的方法,也称作从 “摇篮”到 “坟墓” 的分析。

来源:《电动汽车全生命周期节能减排效益分析及环境影响评价》

研究发现,全生命周期内,传统燃油车(GICEV)、插电混动(PHEV)和纯电(BEV)总能耗分别为916 GJ、742 GJ和693 GJ。PHEV和BEV总能耗均低于GICEV,分别降低了18.94%和24.27%,这表明电动汽车可以在一定程度上降低能源消耗。

研究认为,从综合污染物排放的环境影响来看,电动汽车对于减少不完全燃烧和燃料挥发产生的CO和VOC排放效果最好,其次是CO2。但由于电力使用大幅增加,SOx排放量显著上升。与传统燃油车相比,插电混合动力电动车和纯电动车的环境影响分别降低了24.25%和40.72%。

但是,如果仅考虑燃料周期上游:包括燃料原料的开采、燃料或能源的生产、输配以及消耗过程,电动汽车更加耗能,其中 BEV 能耗最高,比 GICEV 高出64. 94% ,这主要是由于电能的生产需要消耗大量的一次能源,我国以燃煤发电为主,而煤电的效率仅有 40% 左右,转化时损失了大部分能量。

从温室气体排放来看,电动汽车(BEV)的生命周期温室里气体排放量也是最低的。国际清洁运输理事会 ICCT 在2021年发布报告,对比分析了欧洲、美国、中国和印度四大地区燃油车和纯电动车温室气体排放。

来源:ICCT

报告显示:平均寿命期内,电车排放量已经比汽油汽车低66%–69%,在美国低60%–68%,中国低37%–45%,印度低19%–34%。

根据统计图表,具体而言,中国电动车的温室气体排放主要来自电力生产,而油车的化石能源消耗是最大排放源。随着电力结构继续脱碳,预计2030年BEV和汽油车之间的气体排放差距将大幅增加。

因此,相对燃油汽车来说,电动汽车在整个生命周期中表现出节能环保的优势。但也要注意到,由于上游电力生产阶段存在较大能耗,整体效果有所降低,并且在原材料开采阶段存在污染风险。

但未来随着清洁能源替代煤炭、电池回收体系的完善,电动汽车的节能潜力将逐渐被释放,推广电动汽车将带来显著的环境效益。

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