2021年七月份，中汽研公布了《乘用車生命周期碳排放核算技術(shù)規(guī)范》，將乘用車碳排放核算問題繼續(xù)往前推進(jìn)了一步。

此前的2019年六月二十日，在杭州舉辦的2019我國(guó)汽車生態(tài)設(shè)計(jì)國(guó)際論壇上，我國(guó)汽車研究中心有限公司數(shù)據(jù)資源中心公布了我國(guó)汽車低碳行動(dòng)計(jì)劃2019年研究成果，結(jié)果表明鋰電池汽車比亞迪宋MAX和沃爾沃XC60碳排放值均高于基準(zhǔn)值，不僅不存在減排，甚至?xí)略雠欧牛鐖D1所示。

圖1中汽研公布的最新兩款碳排放超過基準(zhǔn)值的電動(dòng)汽車產(chǎn)品

這個(gè)研究表明，新能源汽車，如電動(dòng)汽車，只是在行駛過程中沒有出現(xiàn)污染和排放，但其將碳排放轉(zhuǎn)移到了使用時(shí)看不見的車輛生產(chǎn)和電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)。這就是所謂的碳轉(zhuǎn)移問題。碳轉(zhuǎn)移問題越來越受到關(guān)注，政府也開始將該問題納入制定新能源汽車政策的考量之中。

生態(tài)環(huán)境部氣候司已經(jīng)委托中汽中心開展"國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化專項(xiàng)——《乘用車碳排放核算技術(shù)規(guī)范及限額標(biāo)準(zhǔn)》研究"。該標(biāo)準(zhǔn)研究制定已于2019年三月十五日啟動(dòng)，中汽中心已聯(lián)合主流車企，成立了標(biāo)準(zhǔn)研究工作組。該標(biāo)準(zhǔn)有望于2025年公布并成為國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。

新能源汽車，除了電動(dòng)汽車外，還有氫燃料動(dòng)力電池汽車。氫燃料動(dòng)力電池汽車碳排放相比電動(dòng)汽車和燃油車，碳排放情況如何？中汽研沒有涉及。

我們?cè)谶@里，結(jié)合中汽研的已有研究成果，試圖在碳中和背景下，對(duì)電動(dòng)汽車和氫燃料動(dòng)力電池汽車的全生命周期碳排放，給出一個(gè)初步的研究框架。

1、全生命周期碳排放核算邊界

根據(jù)中汽數(shù)據(jù)有限公司聯(lián)合聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署、國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略研究和國(guó)際合作中心、世界資源研究所和北京工業(yè)大學(xué)等16家國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)開展的《我國(guó)汽車低碳行動(dòng)計(jì)劃2020》的研究成果，乘用車全生命周期碳排放邊界包括車輛周期和燃料周期，如圖2。

圖2全生命周期碳排放核算邊界

1．1車輛周期碳排放比較

根據(jù)中汽研的數(shù)據(jù)，由于動(dòng)力蓄電池原材料獲取的困難和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，電動(dòng)汽車車輛周期在全生命周期中的碳排放高達(dá)40％。其中，動(dòng)力蓄電池的生產(chǎn)碳排放占比達(dá)到22％，其他部件生產(chǎn)的碳排放僅為18％。從文獻(xiàn)［1］中也可以看到，鋰電池車輛周期中出現(xiàn)的碳排放最大，約是內(nèi)燃機(jī)汽車車輛周期碳排放的2倍，燃料動(dòng)力電池汽車車輛周期碳排放的1．2倍。燃料動(dòng)力電池車輛周期生產(chǎn)過程中碳排放高于內(nèi)燃機(jī)汽車的原因重要是電堆和儲(chǔ)氣瓶的生產(chǎn)碳排放大，約占車輛周期的20％，而內(nèi)燃機(jī)汽車動(dòng)力系統(tǒng)僅占6％。

圖3不同類型乘用車車輛周期的碳排放［1］

（ICEV：內(nèi)燃機(jī)汽車；EV：電動(dòng)汽車；FCV：燃料動(dòng)力電池汽車）

［1］Yang，Z．，B．WangandK．Jiao，Lifecycleassessmentoffuelcell，electricandinternalcombustionenginevehiclesunderdifferentfuelscenariosanddrivingmileagesinChina．Energy，2020．198：p．117365．

1．2燃料周期碳排放比較

內(nèi)燃機(jī)汽車燃料周期的碳排放一般約占全生命周期碳排放的80％。電動(dòng)汽車燃料周期的碳排放則和其電力生產(chǎn)方式有關(guān)，故而電動(dòng)汽車的碳減排效果一般和該省份不同的發(fā)電方式有關(guān)。不同發(fā)電方式出現(xiàn)的碳排放如圖4所示。

圖4不同發(fā)電方式出現(xiàn)的碳排放

總體來說，根據(jù)《我國(guó)汽車低碳行動(dòng)計(jì)劃2020》的研究成果，如圖5所示，在目前我國(guó)的電力結(jié)構(gòu)下，電動(dòng)汽車使用有利于減少碳排放。

圖5我國(guó)乘用車單車單位行駛里程全生命周期碳排放（gCO2e／km）

燃料動(dòng)力電池汽車燃料周期的碳排放和氫氣的制取方式顯著相關(guān)，如表1所示。從表中可以看到，依據(jù)氫氣制取方式不同，碳排放量從低到高為：1．可再生能源制氫；2．天然氣制氫；3．焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫；4．煤制氫；5．混合電制氫。氫氣制取地點(diǎn)，如現(xiàn)場(chǎng)制氫和遠(yuǎn)距離輸電后制氫；氫氣運(yùn)輸方式，如氣氫管道、氣氫拖車、液氫槽車等因素也會(huì)影響燃料動(dòng)力電池的碳排放，但都不是重要因素。

表1．不同路徑的等效碳排放量［2］

2、全生命周期碳排放綜合比較

目前，中汽研有關(guān)乘用車碳排放分析比較的車型只包括了汽油車、柴油車、常規(guī)混合動(dòng)力車、插電式混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車，但沒有包括燃料動(dòng)力電池汽車，而電動(dòng)汽車和燃料動(dòng)力電池汽車是寄予厚望的減排主力軍，我們基于以上研究成果從能量利用率角度綜合分析電動(dòng)汽車和燃料動(dòng)力電池汽車的全生命周期碳排放。

根據(jù)殼牌公司的分析，在能量來源都為可再生能源發(fā)電的條件下，電動(dòng)汽車擁有最高的能量利用效率，如圖6所示。

圖6基于可再生能源的能源動(dòng)力組合全鏈條能效分析

根據(jù)數(shù)據(jù)，充電電動(dòng)汽車的效率為77％，而氫燃料動(dòng)力電池汽車的效率僅為30％。假如假設(shè)電動(dòng)汽車跑1公里要1度電，那么氫燃料動(dòng)力電池車要度，相應(yīng)地，碳排放新增了約1．3倍。然而，該數(shù)據(jù)沒有考慮汽車有效載重問題。以捷氫科技推出的PROMEP3X電堆產(chǎn)品為例，系統(tǒng)能量密度為631W／kg，而根據(jù)《電動(dòng)汽車觀察家》統(tǒng)計(jì)，2019年五月份系統(tǒng)能量密度排第一位的是ALON．S，為166．06Wh／kg，動(dòng)力鋰電池總蓄電量為58．8kW·h，則動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)總質(zhì)量為

，整車全部質(zhì)量為1575kg，動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)質(zhì)量占整車質(zhì)量的。如將該車型的動(dòng)力系統(tǒng)換為氫燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)，該電堆額定功率為117kW，燃料動(dòng)力電池動(dòng)力系統(tǒng)總質(zhì)量為，只占整車質(zhì)量的。故而動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)比氫燃料動(dòng)力電池系統(tǒng)的有效載重低了，即多新增了10％的碳排放。

另外，當(dāng)電池容量很大的時(shí)候，很大一部分電池容量都用來運(yùn)載電池本身了，就像一個(gè)人帶一斤干糧能走20公里，帶兩斤能走40公里，但帶100斤干糧能走2000公里嗎？肯定是不能的，因?yàn)楦杉Z的重量已經(jīng)把旅行者壓垮了。如圖7所示，隨著電池容量的新增，續(xù)航里程的上升呈指數(shù)式衰減，到最后趨于平緩，所以動(dòng)力鋰電池新增行駛里程和新增運(yùn)行重量都是非常困難的問題。故而，繼續(xù)假設(shè)動(dòng)力鋰電池的由于新增運(yùn)行里程或運(yùn)行重量導(dǎo)致行駛效率繼續(xù)下降15％，此時(shí)相比于具有52％的能量利用率。

圖7電池容量和運(yùn)行里程的關(guān)系［3］

［3］為何TSLA靠鋰電池就能達(dá)到500公里續(xù)航？－知乎

另外，應(yīng)該注意到殼牌公司制定的氫氣轉(zhuǎn)換成電能的效率為46％，這是偏低的。按照目前主流車企制定的工作點(diǎn)工作電壓為0．65V，此時(shí)的工作效率約為53％，提升7個(gè)點(diǎn)的效率。另外根據(jù)美國(guó)能源部燃料動(dòng)力電池辦公室提出的第八級(jí)長(zhǎng)途拖掛車的長(zhǎng)期目標(biāo)效率為72％，此時(shí)燃料動(dòng)力電池能提升22個(gè)點(diǎn)的效率，總能量利用率為56％，開始高于電動(dòng)汽車，表明其碳排放已經(jīng)可能低于電動(dòng)汽車了。

最后，還應(yīng)該指出，當(dāng)出現(xiàn)氫氣的能量為"棄光"、"棄電"時(shí)，考慮其將不能利用的能量重新利用了起來，此時(shí)氫燃料動(dòng)力電池車的使用實(shí)現(xiàn)了真正意義上的"零排放"。

3、總結(jié)和展望

中汽研做的碳排放研究，只研究了電動(dòng)汽車和燃油車全生命周期的碳排放。而目前尚未看到有機(jī)構(gòu)研究電動(dòng)汽車和氫燃料動(dòng)力電池汽車全生命周期的碳排放。本文試圖分析碳中和背景下的電動(dòng)汽車和燃料動(dòng)力電池汽車的全生命周期碳排放。總的來說，電動(dòng)汽車車輛周期的碳排放大于燃料動(dòng)力電池汽車。在燃料來源都為可再生能源的前提下，電動(dòng)汽車燃料周期碳排放由于較高的能量利用率可能低于燃料動(dòng)力電池汽車。然而，在長(zhǎng)距離，中重型的應(yīng)用場(chǎng)景下，由于自身局限性，電動(dòng)汽車的碳排放可能反超燃料動(dòng)力電池汽車。并且，很重要的是，氫燃料動(dòng)力電池汽車可以基于氫能實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排放，而電動(dòng)汽車終歸是消耗電能的產(chǎn)品。

另外，應(yīng)該指出，目前中汽研的報(bào)告中全部沒有考慮動(dòng)力鋰電池回收出現(xiàn)的碳排放等影響，但可以估計(jì)，由于鋰電池自身的材料體系，其回收難度、碳排放、回收成本、對(duì)環(huán)境的不利影響等應(yīng)該大于氫燃料動(dòng)力電池。