禁售燃油車(chē)的一大目標(biāo)是為了節(jié)能減排，如何更好的實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)呢？上期周報(bào)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)燃油車(chē)在使用過(guò)程中的能耗和排放進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示，在使用階段純電動(dòng)汽車(chē)確實(shí)在能耗和二氧化碳的排放上占據(jù)優(yōu)勢(shì)（詳見(jiàn)“研究周報(bào) | 禁售燃油車(chē)之后，環(huán)境真的會(huì)變更好嗎？”）。但是相對(duì)燃油車(chē)來(lái)說(shuō)，從電動(dòng)汽車(chē)的全生命周期看，除了充電環(huán)節(jié)，動(dòng)力電池的生產(chǎn)和回收環(huán)節(jié)也存在能耗和環(huán)境影響問(wèn)題，本期周報(bào)嘗試用LCA（Life Cycle Assessment）即生命周期評(píng)價(jià)對(duì)此進(jìn)行分析。

LCA是一種評(píng)價(jià)產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)整個(gè)生命周期階段有關(guān)的環(huán)境負(fù)荷的過(guò)程。根據(jù)IS014040的定義：LCA是匯總和評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品、過(guò)程(或服務(wù))體系在其整個(gè)生命周期內(nèi)的所有投入及產(chǎn)出對(duì)環(huán)境造成的直接和潛在影響的一種方法。對(duì)于動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的視角來(lái)看，其生命周期的循環(huán)過(guò)程如下圖：

本文收集的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要來(lái)源于查詢到的企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)期刊上公開(kāi)發(fā)表的資料數(shù)據(jù)及GaBi環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，僅為行業(yè)值，不能確保完全符合企業(yè)的實(shí)際情況。

美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室發(fā)表過(guò)一篇題為“Comparison of Li-Ion Battery Recycling Processes by Life-Cycle Analysis”的文獻(xiàn)，文章分析比較了產(chǎn)品生命周期的所有過(guò)程影響，從原材料的獲取到生產(chǎn)，使用，結(jié)束生命的處理，再循環(huán)，以及最終的處理等。阿貢實(shí)驗(yàn)室對(duì)動(dòng)力電池生命周期的劃分如下圖：

1. 動(dòng)力電池制造過(guò)程的能耗及排放

對(duì)于動(dòng)力電池原料獲取和制造過(guò)程中的能耗，阿貢實(shí)驗(yàn)室給出了部分學(xué)者的研究結(jié)果如下圖：

我們以Majeau-Bettez的研究為例，根據(jù)上表，其原料獲取和制造過(guò)程總能耗約為205MJ/kg。假定此能量全部為我國(guó)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)下的電能輸出，根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)規(guī)劃發(fā)展部發(fā)布的《全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)2016》，火電71.6%。則每公斤動(dòng)力電池需要的火電能耗為205÷3.6×0.716=41kwh。根據(jù)《全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)2016》信息，我國(guó)6000 kW以上級(jí)發(fā)電企業(yè)供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為312g/kwh。轉(zhuǎn)化為供電標(biāo)準(zhǔn)煤：41×0.312=12.792kg。

取常見(jiàn)裝電40度的車(chē)輛為標(biāo)的，根據(jù)電池組能量密度，重量約為220kg左右。則制造每臺(tái)車(chē)的動(dòng)力電池需要能耗約為220×205÷3.6=12528kwh，折合標(biāo)準(zhǔn)供電煤為2.8噸。2016年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量約2800萬(wàn)臺(tái)，假定全部為電動(dòng)汽車(chē)，則所需電力供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)煤耗為7840萬(wàn)噸。按照標(biāo)準(zhǔn)煤的碳元素含量68％ (重量)，從理論上計(jì)算火電廠每發(fā)出一度電產(chǎn)生的二氧化碳為：312×0.68/12x44=788克，則每制造一臺(tái)車(chē)動(dòng)力電池的二氧化碳排量放為7000kg。

根據(jù)文獻(xiàn) “發(fā)動(dòng)機(jī)原始制造與再制造全生命周期評(píng)價(jià)方法”（大連理工）及“電動(dòng)汽車(chē)與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)生命周期評(píng)價(jià)對(duì)比研究”（合肥工大），查詢到車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的制造能耗如下表。對(duì)比可見(jiàn)動(dòng)力電池材料獲取和制造過(guò)程的能耗是發(fā)動(dòng)機(jī)的30倍左右。

2. 動(dòng)力電池回收過(guò)程的能耗和排放

在動(dòng)力電池的回收階段，目前主要集中在對(duì)有價(jià)金屬鈷、鎳和鋰的回收上，因?yàn)檫@些金屬屬于稀缺金屬，相對(duì)于其他金屬具有較高的回收價(jià)值。對(duì)于石墨、隔膜、電解液等的回收處理研究則非常少。關(guān)于動(dòng)力電池的回收能耗數(shù)據(jù)，主要通過(guò)文獻(xiàn)查詢的途徑搜集。

根據(jù)文獻(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)視角下的汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)生命周期評(píng)價(jià)研究”（廈門(mén)大學(xué)）中查詢到到CATL提供的LFP和NCM兩種電池的單體材料清單如下：

鋰電池的回收一般有火法、濕法和生物法這三大類(lèi)，下圖為國(guó)內(nèi)主流鋰電池回收處理公司廣東邦普所采用的工藝方法，其中LFP和NCM的工藝有所不同。

文獻(xiàn)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)視角下的汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)生命周期評(píng)價(jià)研究”（廈門(mén)大學(xué)）中廣東邦普公司對(duì)LFP和NCM兩種單體原材料的電池組進(jìn)行了回收分析，其中LFP由10組電池模塊，每個(gè)模塊10個(gè)電池單體組成，單體重量為1.973kg；NCM由11組電池模塊，每個(gè)模塊14個(gè)電池單體組成，單體重量為0．835kg。其回收能耗如下圖：

燃油汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列的預(yù)處理、拆解、分類(lèi)和壓實(shí)等工序處理后進(jìn)行回收，其金屬材料回收階段能源消耗，根據(jù)相關(guān)研究文獻(xiàn)(Andrew等，2006；Gregory等，2012；張伯明，2006；阮仁滿等，2010)查詢?nèi)缦?

對(duì)比可見(jiàn)，動(dòng)力電池回收過(guò)程中的能耗，電力消耗是發(fā)動(dòng)機(jī)的3倍，天然氣消耗則是10倍以上。

在環(huán)境影響上，燃油汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的回收、拆解、材料再生等過(guò)程比較簡(jiǎn)單，且工藝成熟。而鋰電池尤其是LFP的處理還不完善，且回收主要集中在有價(jià)金屬上，對(duì)于石墨、隔膜、電解液等的回收處理研究很少。電解液又是一項(xiàng)非常重要的污染源，如LiPF 6等在潮濕的空氣中會(huì)分解生成有害物質(zhì)，而有機(jī)溶劑如碳酸乙烯脂(EC)、碳酸二乙脂(DEC)或碳酸二甲脂(DMC)等會(huì)對(duì)環(huán)境水、大氣和土壤造成嚴(yán)重的污染并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。另外廢舊動(dòng)力鋰離子電池除了在拆解的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢液、廢渣等污染外，由于材料、殘余電量的原因，還存在自燃甚至爆炸等安全威脅。

3. 相關(guān)措施及建議

動(dòng)力電池制造階段能耗遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要原因是上游原材料種類(lèi)繁多，原料開(kāi)采和生產(chǎn)過(guò)程中就消耗了大量能源，產(chǎn)生了大量廢棄物，例如磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰的制備過(guò)程等。而且這個(gè)過(guò)程對(duì)鋰、鈷、鎳等礦產(chǎn)資源耗竭值高。

綜上，要降低電動(dòng)汽車(chē)的整個(gè)生命周期能耗值和礦產(chǎn)資源耗竭潛值應(yīng)注意以下措施：

1)     報(bào)廢回收階段是對(duì)原材料進(jìn)行回收再生的過(guò)程，直接減少了動(dòng)力電池全生命周期的礦產(chǎn)資源消耗，因此加強(qiáng)回收工作意義重大；

2)     改進(jìn)動(dòng)力電池回收工藝，提高金屬再生效率；

3)     改進(jìn)動(dòng)力電池回收工藝，提高回收企業(yè)的投入產(chǎn)出比，比如目前LFP在投入比NCM更多原料和能源的情況下，回收得到的再生金屬遠(yuǎn)少于NCM。

4)     提高動(dòng)力電池能量密度，減輕重量，從源頭減少原料開(kāi)采和獲取；

5)     挖掘成本更低廉、資源廣泛易得的電池材料，降低原料獲得難度。

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