低碳的电动车,只是美好神话

直接提锂前景似乎非常广阔

低碳环保，似乎已经成为电动车的“护身符”。谁要是反对电动车，似乎就是与环保大趋势作对。但并不是所有人都买账。

电动车怀疑论者经常认为，特斯拉等电动车的制造和处理，以及依赖煤炭发电，使电动车的碳足迹大于非电动车。只有发电过程能够实现绿色环保，同时车辆制造过程中也实现“低碳”，电动车的环保才是有意义的。

遗憾的是，试图证明或否定这一观点的研究并不多。年，《自然》子刊发表了一篇重磅研究成果，否定了“电动车不环保”的这一说法。根据该研究，最坏的情况下，在全球95%的地区，电动车也比传统汽油汽车更加环保。唯一的例外是像波兰这样的地方，因为那里的电力来源几乎都是依靠煤炭。

但是这里有一个问题：如果只考虑了行驶期间的碳排量，而没有考虑上游汽车制造期间的碳排量，结果难免失之片面。近日曼哈顿研究所（ManhattanInstitute）编制了一份题为《全民电车？一个不可能的梦》的综合报告，通过考察数十个参数和数据点，对电动车与内燃机汽车的终生温室气体排放量进行了比较。

消失的二氧化碳

去了哪里？

根据该报告，电动车的温室气体排放量比内燃机汽车大得多，这主要是因为电动车上游（采矿+制造）排放量的差异要大得多。这种差异导致最“脏”的电动车的排放量可能是最清洁的内燃机的两倍多。

电车的碳排放量可能大于油车

图片来源：曼哈顿研究所

不过，我们会注意到，在基本情况下，电动车一开始的排放量更大，而这种看似“反常”的现象，主要是由于电动车和电池金属在制造过程中，同样会产生排放量所造成的。随着行驶里程的增加，电动车的“低排量”最终会在行驶里程达到60,英里时，电动车的排量才可能小于燃油车。

根据报告，电动车的电动机和大功率线路使用的铜必然比传统汽车多出几百倍。此外，汽车制造商在电动车的车架和车身中使用了更多的铝，以抵消电池对重量的影响。而每多出到磅铝所产生的内含排放量，约相当于传统汽车行驶10,英里的排放量。

另一个隐含的，常被忽略的排放源是电子设备：电动车在电源管理方面要多使用约%的电子设备。硅器件的制造是非常耗能的（每磅大约是钢的倍）。每辆电动车的动力电子设备所产生的未计算二氧化碳排放量，大致相当于驾驶内燃机汽车行驶3,英里所产生的排放量。

另一个因素是电动车带来的矿业发展：机构BenchmarkMineralIntelligence认为，仅满足电动汽车对“石墨、锂、镍和钴”的需求，到年就需要新建座矿山，其中带来的温室气体排放显然不应忽略。

全球采矿业的能源消耗已占到所有工业能源消耗的40%，而这还不包括为满足绿色计划而进行的大规模扩张。因此，估算未来电动汽车的能源排放需要考虑到矿石品位下降这一重要因素。但没有任何证据表明目前正在进行这方面的研究。

以铜为例：美国国家可再生能源实验室的一篇论文指出，铜矿品位每下降0.2%到0.4%，所需的能源将是目前运营的7倍。而铜矿品位预计将继续长期下降，以此带来的碳排放增加需要在未来的研究中加以考虑。

不断有新闻报道称电池技术取得了“突破”，但目前还没有商业上可行的替代电池化学成分能显著改变所需物理材料的规模。要想有效减少电动车对原生矿物质的需求，就必须在基础电化学效率上实现近10倍的飞跃——而这是目前的科学难以达到的！

一些大学和行业组织曾进行过生命周期分析，比较了电动车与同等大小的汽油车在生产、使用和处置过程中产生的温室气体数量。

在这里需要先明确的是：车辆排放物一般分为两类：造成健康问题的空气污染物，以及温室气体（GHGs），如二氧化碳和甲烷。这两类排放通常按尾气排放、“从油井到车轮”排放，以及“从摇篮到坟墓”排放三个维度进行评估。换句话说，车辆的排放不止尾气，而是从生产那一刻就开始了！

“从油井到车轮”的排放是指与燃料生产、加工、分配和使用相关的排放，而从“摇篮到坟墓的排放”则更胜一筹，包括从油井到车轮的排放，以及与汽车和电池制造、回收和处置相关的汽车周期排放。

好消息是：尽管这些研究得出的排放数据不尽相同，但它们都发现，与内燃机汽车相比，电动车的“碳密集型”生产所造成的温室气体超额排放，在电动车寿命的最初几年几乎被抹平。

在密歇根大学进行的一项研究中，由于制造工艺的原因，电动轿车需要1.4到1.5年才能消除内燃机汽车的污染优势；SUV需要1.6到1.9年，皮卡需要大约1.6年。这些数字是根据美国汽车平均行驶里程数计算得出的。

研究显示，在纯电动车（BEV）中，轿车的平均排放量约为内燃轿车的35%；电动SUV的排放量约为汽油车的37%，而皮卡的排放量约为内燃车型的34%。与内燃机汽车相比，全电动车、插电式混合动力电动车(PHEV)和混合动力电动车(HEV)的尾气排放量较低，仅靠电力行驶时的尾气排放量为零。

关键在发电

尽管纯电动车和PHEV仅靠电力运行时尾气排放为零，但电力生产可能会产生排放，这取决于电力是如何产生的。

根据密歇根大学可持续系统中心主任基奥里安（GregKeoleian）的研究，在全美国个县中，有78个县的电动轿车排放的废气实际上比内燃汽车排放的废气要多，因为它们的大部分电力都是通过烧煤产生的。

但总体而言，电动车对环境的影响还是要比内燃机汽车小得多。根据美国能源部的数据，美国纯电动车平均每年产生2,磅二氧化碳当量；插电式混合动力汽车每年产生4,磅二氧化碳当量，混合动力汽车每年产生6,磅二氧化碳当量，而传统的油动力汽车每年产生12,磅二氧化碳当量。

图片来源：美国能源部

直接提锂？

曼哈顿研究所的报告指出，电动车上游的高排放量，是电动车最终可能对环境造成更大危害的关键原因。

目前锂的生产已经从基于盐水的回收（主要在智利）转向基于硬岩的精矿生产（主要在澳大利亚）。相比之下，硬岩碳酸锂生产工艺过程易于控制，产品质量稳定可靠，对于生产高品质电池级碳酸锂具有绝对优势。但是，其温室气体排放强度是卤水生产的三倍。

在过去几年里，随着电动化进程的加速，锂市场出现了爆炸式增长。特斯拉等电动车制造商在电动车快速增长和锂供应紧张的情况下，争相确保锂供应，使得碳酸锂价格暴涨：虽然近半年内有所回调，但拉长时间轴，在几年内上涨了六倍多，锂辉石价格上涨了近十倍。

与此同时，需求正从碳酸锂转向氢氧化锂，因为后者更适用于镍正极化学成分较高的电池（由于高镍三元电池需要更低的烧结温度，氢氧化锂成为制备高镍三元材料必须的锂盐）。然而，氢氧化锂的生产涉及更多的排放。但是，一种全新的锂提取技术可能会彻底改变锂产业，大大增加卤水项目的锂供应量，就像页岩技术对石油的影响一样——直接提锂工艺（DLE）！

从本质上讲，它包括向盐水中添加一种高度选择性的吸收分子，该分子可以捕获锂并迅速将其从水中分离出来，同时在该过程中还能排除杂质，但是具体实现过程则需要复杂的装置。年4月，中国科大在直接提锂工艺上取得了突破性进展，成果发表在《美国化学工程会志》上。

一系列直接提锂技术正准备开采北美、欧洲、亚洲和其他地区的盐湖卤水矿藏，美国地质调查局估计该技术可释放全球70%的金属储量。虽然技术路线各不相同，但它们一般与普通家用软水机相当，目标是提取盐水中约90%的锂，而使用传统提锂法只能提取50%。

图片来源：中国科大

它们最大的优点是：只需几小时或几天就能为电动车电池提供锂，比从耗水量大的蒸发池和露天矿提取碳酸锂所需的12-18个月过滤时间快得多。与此同时，还具有环境、社会和公司治理/可持续发展方面的额外优势：便于携带，能够回收利用大量淡水，并限制盐酸的使用。

按照麦肯锡公司电动车电池材料研究小组联合负责人霍夫曼（KenHoffman）的说法，世界需要丰富、低成本的锂来实现能源转型，而直接提锂有可能实现这一目标。

预计在未来十年内，直接提锂行业的年收入将增长到亿美元以上。根据Fastmarkets的预测，商业规模的直接提锂项目预计将于年开始上线，到年可供应全球锂供应量的13%。

三种提锂方法的对比

图片来源：高盛

不过尽管人们越来越意识到直接提锂在提高回收率/产量和加速项目投产方面的技术意义，但实施直接提锂以及在其他矿产商品开采中实施各种新技术的经济效益问题依然未得到充分重视。但一种新技术的发展总是需要时间的：据高盛研报估计，到-年间，盐湖锂资源丰富的智利和阿根廷可望实施直接提锂项目。与此同时，一些大型矿业巨头已经投资或参股了一些相应技术开发企业。至于直接提锂的商业前景如何，还需要交给市场来检验。