吉利某款純電動汽車碳減排分析及總結

張繩赟　魏文博　王睿

摘 要：吉利汽車在2021年發布了公司碳中和戰略規劃，短期目標以2020年為基線，在2025年單車全生命周期碳排放減少25%以上；長期目標在2045年實現碳中和，而純電動汽車是吉利汽車加速電動化進程以及實現碳中和的關鍵路徑之一。純電動汽車雖然是零尾氣排放，但在它的全生命周期中還是會有大量的碳排放產生，所以在純電動汽車的研發中還需要探索如何減少其對環境造成的負面影響。文章分析了一款純電動汽車從“搖籃”到“大門”的碳排放來源，并對動力電池、材料以及整車生產制造實施的碳減排方案做了分析介紹，最后對系統邊界內的各階段做了碳減排工作的總結闡述。

關鍵詞：純電動汽車 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能源短缺的現狀，并能降低溫室氣體的排放[1]。21世紀中國一直在政策上進行大力傾斜以扶持新能源汽車及其產業鏈發展，新能源汽車保有量隨之在市場上一路上漲，而這其中又以純電動汽車增長的最為迅猛。

純電動汽車是完全由可充電電池提供動力源的汽車，目前市場上以三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池應用的最為廣泛。純電動汽車以電池作為載體，將電能轉化為化學能儲存在電池內部，使用時再將化學能轉化為電能供汽車使用，在使用過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出。不管是原材料生產、零件制造，還是汽車使用階段等都產生了碳排放并對全球增溫潛勢影響很大[2]。但電動汽車與傳統燃油車比，電動汽車具有較大的制約性減排空間[3]。對于我國隨著純電動汽車生產階段車輛數量趨于穩定、行駛階段車輛不斷擴大，汽車碳排放總量呈下降趨勢[4]。綜上可以看出純電動汽車并不是碳中和的終點，這只是一個更有利于碳減排新的起點。所以各車企在研發生產純電動汽車時需要考慮如何在產品的全生命周期各階段進行碳排放來源識別以及碳減排措施實施，以期能盡量減少或去除產品對環境產生的負面影響，從而助推國家、行業以及企業走向碳中和。

2 碳排放來源分析

本文以吉利汽車生產的一款純電動汽車作為研究對象，該車輛的主要相關參數信息見表1。

根據吉利內部的車輛碳排放核算方法，按圖1所示的系統邊界計算車輛從“搖籃”到“大門”的碳足跡。在核算過程中優先選取實際的場地數據，結合實際的工藝生產流程進行建模計算，在無實際場地數據的情況下則優先從Gabi和Ecoinvent數據庫選擇具有代表性的因子數據進行碳排放影響評估。

經過計算得到系統邊界內整車的碳排放約為27.1t CO2e。從表2所示整車碳排放來源及占比可以看出，原材料獲取階段的碳排放占比90.4%是最主要的來源，動力電池碳排放占比29.5%是單個零件貢獻最高的，鋁材碳排放占比24.7%是材料中貢獻最高的。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%，一級供應商物流運輸和車輛生產制造分別占比3.7%和5.9%。

3 碳減排方案

通過對整車碳排放主要來源分析，從減碳成本、可操作性以及零件實際開發狀態的維度考慮，最終確定了從以下三個主要方向來落實整車碳減排方案。

3.1 動力電池減排

動力電池主要由電池模組、箱體、熱管理系統、電池管理系統以及高壓配電系統五部分組成，材料主要由三元材料、鋁、鋼、塑料和電解液等組成。通過以動力電池出貨能量1 kwh為功能單元，采用歐盟產品環境足跡PEF方法，計算其“搖籃”到“大門”的碳足跡。從表3所示動力電池包的碳排放可以看出，陰極、陽極、電芯鋁材、下箱體鋁材以及動力電池生產制造是主要的碳排放來源，合計占比87.7%。

通過對陰極材料生產使用15%的清潔電能以及電池包生產使用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，計算得到如表4所示的減排后動力電池的碳排放，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

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

本車型在側門結構件、發動機罩、下車體及輪輞等鋁零件使用了100%的水電鋁。在儲物盒、底護板、門飾板、保險杠、擋泥板、進氣格柵、行李箱等零件上開發應用了含30%的循環塑料，地毯、隔音墊、腳墊等開發應用了100%的回收纖維，在座椅、儀表板及門板等開發應用了40%的生物基材料。通過開發及應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

整車生產如圖2主要由沖壓、焊裝、涂裝、總裝車間及動力站坊組成。在生產過程中主要使用電能、天然氣以及蒸汽等進行供能，場內運輸方面會使用化石燃料，各個車間的生產工藝過程會消耗各種輔料耗材，并會產生廢水、廢料和廢氣。

從表2中可以看出整車生產的碳排放約1.6t CO2e，而通過進一步分析發現，本車型是在2021年底才投入使用的全新工廠進行生產制造的，在產能還未飽和的情況下，其單車生產使用的能耗明顯偏高，從而導致整車生產的碳排放較高。通過采購綠電以及部分使用光伏電后，整車生產的碳排放從1.6t CO2e降低至0.48t CO2e，減排比例約為70%。

4 碳減排方向總結

4.1 車輛研發設計

在車輛研發設計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、生產工藝改進以及車輛電耗控制等。對于材料的使用，材料用量越少，來自材料端的碳排放也會更少，所以對零件進行結構優化，減少原材料的用量能相對減少產生碳排放。對于同一零件使用不同類型材料的設計方案，需要結合材料重量、利用率以及材料單位重量的碳排放影響進行整體評估，選擇相對低碳的設計方案。如選擇水電鋁、循環材料以及生物基材料，對比常規的鋁材及塑料，可以有效降低來自材料本身的碳排放。另外也可以使用如氫冶金技術這種新生產工藝的方式來降低材料的碳排放。汽車的電耗會在研發設計階段進行設計驗證，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 零件物流運輸

國內傳統的零件供貨運輸方式基本為使用柴油卡車進行陸運，除了運輸的卡車在行駛使用柴油產生碳排放外，獲取柴油本身也會產生碳排放。另外運輸零件的距離以及單次運輸的裝載量也會影響物流運輸端的碳排放。從運輸方式看，根據運輸地理位置合理選擇使用公共交通的方式進行運輸，或切換成純電動卡車進行運輸能有效降低運輸端的碳排放。從運輸路線和效率看，在后端實施物流智能數字化管理，減少運輸總距離和提高額定范圍內的裝載量，也能減少物流運輸端的碳排放。

4.3 整車生產制造

整車生產制造除了購買綠電代替傳統的火電進行生產制造外，還可以通過自建光伏發電等方式實現可再生能源切換。對天然氣鍋爐供能的方式可以進行工藝改造切換成使用生物質能源進行代替。對于生產自制件的過程，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降低碳排放產生。對于廠內的物流運輸可以使用純電動汽車進行代替。另外減少輔料耗材的消耗以及減少生產過程中的廢棄物、廢水、廢氣的產出，也可以幫助生產制造減少碳排放的產生。

5 結語

純電動汽車的碳減排基于國內目前火電為主的能源結構現狀，首先需要推動整車供應鏈向可再生能源進行切換，不論是原材料獲取與精煉過程，還是零件和整車的生產制造過程。其次需要開發運用新材料、新工藝及新運輸模式等方式，減少不可再生自然資源的消耗，向低碳及零碳開發的方向進行轉換。

隨著中國在七十五屆聯合國大會上承諾雙碳目標，各車企在自身的發展過程中都應該積極響應國家號召，在整車產品全生命周期的各個環節進行節能降碳，努力降低企業在發展過程中對環境造成的影響。

參考文獻：

[1]楊衛華，初金鳳，吳哲，孟海燕，李小立. 新能源汽車碳減排計算及其影響因素分析[J]. 環境工程，2014（12）：148-152.

[2]劉爽，趙濤，楊會亮，楊文謙. 純電動汽車生命周期碳排放影響因素的研究[J]. 汽車工藝師，2021（10）：20-24.

[3]施曉清，李笑諾，楊建新. 低碳交通電動汽車碳減排潛力及其影響因素分析[J]. 環境科學，2013，34（1）：385-394.

[4]童瑞詠，毛保華，魏潤斌，肖中圣，黃俊生. 碳達峰目標下的汽車電動化碳減排效果研究[J]. 公路交通科技，2023，40（2）：238-245.

[5]李瑛娟，宋群玲，張金梁，王曉東，劉捷，蔡川雄. 碳中和背景下電解鋁行業節能減排的探討[J]. 昆明冶金高等?？茖W校學報，2021，37（5）：8-14.

[6]李建軍. 塑料工業： 綠色低碳循環[J]. 塑料工業，2022，50（6）：1-17.