新能源探索:电动汽车能否驶向环保可持续的未来?
来源 中车友参考界面新闻 浏览 1079 发表时间:2022-07-15 09:25:10
自2020年以来,电动汽车在法国的销量显著上升,且2021年占了汽车总销量的10%,但是法国公路上行驶的车辆中电动车的占比才刚刚超过1%。
法国规定2040年国内彻底停止销售内燃机汽车,但欧盟希望能将时间节点提早至2035年。
在法国,电动车的碳排放比内燃机汽车低3倍。
有别于传统的内燃机汽车,电动车在行驶时的排放量为零,其主要的碳排放来源于车辆制造以及电网发电。
但即使使用电动车,也存在交通事故、交通堵塞、噪音污染等问题。
在法国,汽车是应用最广的出行工具。在全民总出行次数、旅途总时间、出行总里程方面[1],汽车皆占据了高达三分之二的比例。与此同时,汽车也是温室气体的主要来源之一,法国国内出行(不包括跨境出行)所排放的温室气体超过一半来自汽车。汽车排放占全国总碳排放的16% [2]。所以说,应对全球气候变暖,汽车是最需要变革的行业之一。
由于电动车被公认能减少交通环境污染,政府正大力推广其应用,车企不断开发新型电动车,民众的使用率也越来越高。
虽然自2020年以来电动车在法国的销量显著上升,且2021年占了汽车总销量的10% [3],但是法国公路上行驶的车辆中电动车的占比才刚刚超过1%。尽管如此,政府仍在大力支持电动车的普及,预计未来使用率必将上升。法国规定2040年国内彻底停止销售内燃机汽车,但欧盟希望能将时间节点提早至2035年[4]。
汽车电气化,究竟是好是坏?能否让出行更绿色?让我们来一起探讨电动车在环境、社会、经济等领域的积极和消极影响。
汽车电气化,对于实现气候变化减缓目标必不可缺
有别于传统的内燃机汽车,电动车在行驶时的排放量为零,其主要的碳排放来源于车辆制造以及电网发电。制造电动车电池需要矿物质作为原材料,而矿石开采不可避免地会造成环境污染,且矿石的精炼和电池生产过程都须要耗能。正是因为要生产电池,所以制造一辆电动车的温室气体排放高于内燃机汽车,而且还会产生温室气体外的其他污染物。
但是电动车的使用过程可以抵消上述碳排放,在实现了低碳发电的国家尤其如此。法国的电力系统的碳排放就出了名的低,故在法国电动车的碳排放比内燃机汽车低3倍(不同的研究项目采用的假设条件、分析的车型不同,计算出的结果为低2倍至低5倍不等)。
图1:法国2016-2030年燃油车、插电式混合动力车、纯电动车的碳平衡变化趋势,基于车辆全生命周期分析,单位:每吨二氧化碳当量。
注:V2G指车辆-电网互充技术:当电动汽车不使用时,车载电池的电能充给电网;车载电池若需要充电,电流则由电网流向车辆[5]。
氢能源、生物沼气、生物燃料、人造(合成)燃料虽然可以代替化石燃料,但不适合轻型汽车使用,所以如果想要在交通领域实现减缓气候变化的目标,汽车使用电力是最便捷的选择,甚至可以说是唯一的选择。IPCC在一份面向政策制定者的报告[7]中指出:“在对多种交通工具的全生命周期分析中,以低碳电能驱动的电动车辆是最有可能实现陆上交通去碳化的交通工具[8]”。然而,即使将排放量降低三倍,仍不足以达到减碳目标,我们仍须要开发更节能的车辆。
电动汽车究竟能否减少空气污染?
除了导致气候变化,传统汽车引发的另一个严重问题是空气污染,影响民众健康。在法国,汽车带来的公共健康危害主要是微颗粒污染(即空气PM值上升),其次是氮氧化物和臭氧污染[9]。在各种污染物中,交通排放所占的比例有高有低:氮氧化物60%以上来自交通工具, PM2.5则只有17.5%来自交通工具[10]。在人口密集的地区,特别是道路附近,这些比例会相应上升。比如,马路附近的PM2.5颗粒超过一半来自交通工具排放[11],所危及到的人群也相应更多。
汽车尾气一直是道路交通污染的主要来源,不过新型内燃机汽车的尾气排放已显著降低,电动车则完全不会排放含有细颗粒和氮氧化物的尾气。
然而,虽然尾气细颗粒污染的问题已得到了很大程度的缓解,非尾气排放的微颗粒污染却呈上升趋势。在法国,2019年的PM10和PM2.5分别有59%和45%来自非尾气排放[12],即刹车粉尘、轮胎粉尘、路面摩擦粉尘、路面微颗粒扬灰等。电动车可以通过“再生制动”减少刹车粉尘,但是由于车身总质量更大,所以轮胎摩擦地面产生的颗粒物更多。不过总体而言,电动车的每公里排放量还是比传统车辆低。
图2:燃油车和电动车的微颗粒排放
电动车不为人知的种种负面影响
无论是温室气体排放还是污染排放,电动车都比内燃机车辆少。但是当前电动车带来的减排效应仍然较低,特别是与其他更经济、更绿色的出行方式相比——这一点应引起我们的重视。除了排放之外,车辆出行还会引发其他问题,是电气化所无法解决的。
其中一个问题是噪音污染。跟空气污染一样,噪音污染对人的生活质量有很大影响。这个问题可以通过汽车电气化缓解,但却不能完全消除。内燃机汽车的噪音不仅来自发动机,还来自轮胎和地面摩擦、以及空气动力噪声(即车身与空气的摩擦;车速越快,噪声越大)。后两类噪声并不会因为汽车电气化而减少。
车辆占用过多城市空间的问题同样无法通过汽车电气化解决。说起这个问题,人们通常首先想到的是汽车占用道路空间导致堵车,但其实还包括占用过多的路旁、楼内、和车库停车空间。汽车多了,则需要建设更多交通基础设施,导致城市水泥路面覆盖率太高,生物多样性下降。另外,交通事故的发生率也不会因为汽车电气化而下降。再者,现代人普遍运动不足,构成了严重的公共健康隐患,而开车偏偏是一种“静止”的出行方式。高达95%的法国民众都运动不足[14],该问题过于普遍,所以常常被忽视。
社会不平等、居住地贫富分化所引发的交通服务可达性不平等,既有可能因汽车电气化减少,但也有可能加剧。当前电动车价格仍然较高,最贫困的人群负担不起。虽然使用期间的价格明显低于传统车辆,但与公共交通、拼车、乃至走路骑车相比,电动车的总拥有成本仍然较为昂贵。人们宁愿跟别人拼车,也不想买车。
在自然资源使用方面,特别是金属矿物(锂、钴、镍、铜等),电动车的需求比内燃机汽车更高。而金属矿物采购难,价格时有波动,资源总量有限,开采污染环境,都会给电动车带来额外的挑战。
重塑车辆,转变出行方式
上述的种种问题不可能仅通过汽车电气化解决,何况全球总车辆数量在未来几十年还会上升,电气化本身就困难重重。
首先应该做的是重新思考车辆尺寸的设计——常见的车型与绝大多数日常出行需求究竟匹不匹配?一般小轿车有五个座位,最高时速180 km/h,重1.3吨,但是大部分时候,实际出行的只有一个人,行驶的道路最高时速只允许80-90 km/h(限速130 km/h的道路也有,但相对较少),路程只有几公里到几十公里不等。
车企必定会争先开发行驶里程更远的电动车,但问题是,用户一年出不了几次远门,充一次电行驶几百公里的车不会频繁使用,而且这样的电动车价格贵,生产中排放的污染也不少。所以,未来我们应该开发节能型车辆:体量小、质量轻、马力小、速度低、外形采取流线型设计、行驶里程短——也就是说要与当前的车辆开发趋势背道而驰。各大车企现热衷于开发的电动SUV等重型电动车辆完全不符合上述任何一项节能条件。
除此之外,我们还应该开发介于自行车和汽车之间的“中型车辆”,比如电动自行车(包括最高时速45 km/h的高速电摩)、迷你汽车(类似雷诺Twizy、雪铁龙Ami)、折叠自行车、载货自行车、卧式自行车(车身有罩,躺着骑)等。这些创新的车型拥有更多的可能性,可以替代汽车的使用,也更有利于电力出行的推广,且其温室气体排放、污染排放、以及空间、资源使用都低于普通的电动车。
图3:介于自行车和汽车之间的“中型车辆”[15]
从更宏观的角度来说,我们也需要重新思考汽车的使用情境和场景,利用法国国家低碳战略所提倡的五种手段[16]降低交通出行的碳排放量。一、减少交通出行需求,缩短通勤圈半径,减少远途出行频次。二、转变出行模式,优先选择步行、汽车、搭乘公交、搭乘大巴等方式(根据实际距离按这一顺序依次采用),少开车、少坐飞机。三、提高车辆入座率,特别是通过拼车等方式。四、提高能源效率,降低道路车速限速,提倡驾驶绿色车辆(如上文中所列举)。五、推广低碳能源使用,特别是通过最轻型车辆的电气化;对于不便使用电力的车辆,推广氢能、生物天然气、生物燃料、合成燃料的使用。
要想让新兴技术在节能减排中发挥作用,就必须在“油改电”的过程中合理应用技术。唯有如此,才能从源头上解决交通的碳排放问题,让出行更具低碳可持续性。电力是替代石油燃料的最佳选项,电动车的使用必须推广,但应切记,电动车不应被视为万灵药,因为它不能解决所有的问题。