You are here

探索乘用车全生命周期碳排放的核算与管理

乘用车不仅机动车总量中占比最多,其也是道路交通碳排放最大来源。2016年乘用车能源消耗占到全球交通部门的58%,占全球二氧化碳排放总量的20%左右[1]。而随着收入增长与产业发展需要,乘用车的数量仍在快速增长中。

针对乘用车的碳排放法规一直是限制其使用阶段尾气排放的重要措施之一,如美国的轻型车温室气体排放和企业平均燃料经济性(CAFE)标准、欧盟的乘用车CO2排放标准等。然而,随着车辆电动化发展,乘用车的碳排放逐渐由使用阶段向原材料获取阶段转移。为更全面地管理乘用车碳排放,欧盟计划在2023年前,建立统一的生命周期碳排放评价方法和数据统计体系,并且规定到2025年每一辆出口到欧盟市场的汽车需核算发布其生命周期碳排放。此外,各国车企也开始在自身生产与供应链中实现脱碳,并提出“碳中和”的时间表,如丰田早在2015年《丰田环境挑战2050》就提出,2050年实现整车全生命周期CO2零排放。

因此,核算与管理乘用车全生命周期的碳排放,全球发展必然趋势。为加强中国在这一领域的研究,提升国内产品的国际竞争力,世界资源研究所作为技术支持单位参与中汽数据有限公司组织联合国环境规划署、世界钢铁协会、能源基金会等机构一道编写的《中国汽车低碳行动计划研究报告(2020)》。

 

全生命周期碳排放核算边界

 

《报告》核算的乘用车生命周期碳排放边界包括乘用车的车辆周期和燃料周期。其中,

  • 车辆周期含:原材料获取、材料加工制造、整车生产、维修保养(轮胎、铅蓄电池和液体的更换)等阶段;
  • 燃料周期,即“油井到车轮(Well to Wheels)排放”,包括:燃料的生产排放和燃料的使用排放两个阶段。对于燃油车,燃料的生产排放包括原油开采、提炼加工等阶段的排放;对于电动汽车,燃料的生产排放包括电力(火电、水电、风电、光伏发电和核电等)生产与传输带来的排放。燃料使用阶段的排放,则是基于新标欧洲测试循环(NEDC)工况获得的测试结果。

原材料和零部件的运输过程、车辆生产设备制造与厂房建设、电池回收等阶段的碳排放,不在此次核算边界内。

 

图一、乘用车全生命周期温室气体排放核算边界

 

 

基于以上核算边界,研究利用中国汽车生命周期数据库(CALCD)中原材料碳排放因子与全国电网碳排放因子,结合2014—2019年40余家汽车生产厂商的调研整车生产的碳排放因子,核算不同燃料类型乘用车全生命周期碳排放,得到如下主要结论:

1. 车辆生产阶段排放增加,使用环节排放降低

根据中国乘用车2011-2019年单车平均(即所有燃料类型的产量加权平均)生命周期单位行驶里程碳排放变化情况的分析,可得出:

首先,车辆周期阶段的碳排放量逐步递增。一方面,由于零部件制造商使用轻量化材料用以减少使用阶段的燃料消耗,而相比于普通钢材,轻量化材料生产阶段的碳排放强度更高。另一方面,随着汽车电动化的发展,动力蓄电池的生产会带来额外的碳排放,也使得车辆周期阶段的碳排放量逐年递增。

其次,由于车辆燃料生产效率和使用效率的提高,燃料生产阶段和燃料使用阶段的碳排放会相应减少。具体来说,燃料生产阶段的碳排放变化量最不明显,相对于2011年的水平,2019年累计减少6.9CO2e/km。燃料使用阶段的变化量最大,累计减少38.4CO2e/km,这主要是由于乘用车油耗平均值的降低,带来燃料使用阶段碳排放的减少。

 

图二:2011-2019年中国乘用车单车平均生命周期碳排放变化(以2010年为准)

 

图三: 不同燃料类型乘用车的单车全生命周期各阶段碳排放占比

 

 说明:随着车辆电动化程度的增加,车辆周期排放占比逐渐增大。

2. 车辆周期中,原材料获取阶段的排放最大

虽然不同燃料类型乘用车在车辆周期各阶段碳排放有明显差异,但原材料获取阶段的碳排放占比最大,其次为制冷剂逸散及更换产生的碳排放。本研究中核算的原材料种类多样,覆盖车身材料(钢铁、铸铁、铝合金、镁合金等)、电池材料(三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、石墨等)、玻璃等。这说明,有关部门不仅需要鼓励整车厂在自身生产中利用可再生发电,也需要鼓励其与主要供应商如钢铁生产企业、电池企业等合作,积极推广绿色供应链,才能更好对车辆实现全生命周期的脱碳。

图四:不同燃料类型乘用车单车的车辆周期各阶段碳排放量

3. 纯电动乘用车单车全生命周期最低

对不同燃料类型乘用车单车全生命周期排放,以2019年产量做加权平均,结果显示:在燃油车中,柴油乘用车用车平均碳排放最高,明显高于其他燃料类型,为281.9gCO2e/km;汽油乘用车平均碳排放次之,为209.0gCO2e/km。常规混合动力乘用车碳排放为167.2gCO2e/km。在新能源乘用车中,插电式混合动力乘用车碳排放为180.9gCO2e/km,高于常规混合动力乘用车碳排放;纯电动乘用车碳排放最低,为153.7gCO2e/km。对比传统的汽油乘用车及柴油乘用车,纯电动乘用车全生命周期分别减排26.4%和45.5%。

值得注意的是,本研究结论采用的是全国平均发电碳排放因子,未考虑部分火电发电占比大的省份,其纯电动汽车全生命周期排放可能更高。同时,核算中也未考虑各种原材料(特别是电池原材料)长距离运输或回收利用带来的排放。因而,该结论可能低估纯电动汽车全生命周期碳排放。

图五:2019年不同燃料类型车辆单车平均单位行驶里程碳排放

 

4. 纯电动汽车全生命周期减排需要多措并举

纯电动汽车全生命周期的碳减排还需要多措并举,其涉及的减排主体也较燃油车更多。除在生产阶段推广绿色供应链外,也需要同样在生产阶段推行车辆轻量化、车辆效率提升。同时,上游发电侧电源结构的清洁化以及用户降低车辆日常使用强度(即减少行驶里程),都是必要的减排手段。值得指出的是,未来自动自动驾驶技术的推广可能会增加纯电动乘用车全生命周期排放,即自动驾驶增加处理与感知单元导致车辆百公里电耗的提升[2]。

 

 

引用:

  1. [1] International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2019, https://webstore.iea.org/key-world-energy-statistics-2019, (accessed 26 September 2019).
  2. [2] Stephens, T.S., et al., Estimated Bounds and Important Factors for Fuel Use and Consumer Costs of Connected and Automated Vehicles. 2016, National Renewable Energy Laboratory.

联系我们

订阅我们的简讯

欢迎订阅世界资源研究所简讯,了解关于我们的重要活动、研究出版情况和相关新闻报道.

京ICP备17010457号

京公网安备 11010102002632号