开拓进取:零碳汽车的材料脱碳之路

2021-07-16 09:28:32 江苏省企业技术改造协会 18

2020 年 12 月,世界经济论坛开始发布循环汽车倡议框架 系列报告,今年 1 月发布的《开拓进取:零碳汽车的材料脱碳之路》是三 份框架系列报告中的最后一份。赛迪智库安全产业所和世界工业研究所对该报告进行了合作编译,期望对我国汽车行业脱碳有所帮助。

报告指出,电池电动汽车并不能解决汽车 行业脱碳的所有问题,材料脱碳将是重点方向。为此,世界经济论坛发起 了循环汽车倡议,本报告作为该倡议的框架报告,通过建模分析提出了材 料脱碳的多种实施路径,明确了落实路径所需的整体行业战略、细分合作 领域、联合体组织、可行试点项目等。

一、循环汽车倡议

“循环汽车”是指一种能使材料使用效率最大化的概念汽车。这种概念车应当在其制造、使用和报废阶段均实现零排放和零污 染。目前,循环汽车倡议已组建了一支由汽车生态系统众多参与 者组成的同盟军,有志于通过新技术、新材料和新商业模型来促 进全球交通业在生态领域的可持续发展。

图片关键词

循环汽车倡议由三个工作流程组成。

材料工作流程:该流程由麦肯锡公司负责,主要关注材料脱 碳领域的紧迫任务,具体包括推动闭环回收、加强可循环材料利用。

商业模型工作流程:该流程由埃森哲公司战略部负责,主要 内容是制定有助于可循环发展的战略。

政策工作流程:该流程正在实施中,主要功能是链接生态系 统的各个节点,并推出全球各国政府适用的政策工具。

图片关键词

二、汽车材料:生产零碳汽车道路上的拦路虎

要实现汽车脱碳和巴黎气候协定规定的 2030 年温室气体排 放减半、2050年碳中和的目标,就必须对整个汽车行业进行完整 调查,摸清车辆生命周期各阶段的排放情况。

图片关键词

图片关键词

电池电动车材料排放高的事实说明大规模推广电池电动车并 不能解决汽车行业脱碳的所有问题。随着电池电动车的大规模市 场化,预计到 2040 年汽车终生排放总量中有超过 60%的排放是材料排放(详见图 5),说明汽车行业的脱碳重点应当逐渐转到 材料减排。

图片关键词

三、具有成本效益的材料脱碳之路

要真正实现材料脱碳,必须制定数十年的长期战略。战略的 最终范围和成本取决于关键技术和经济方面的重点决策。

(一)减排成本曲线图:材料脱碳的综合视角

汽车材料脱碳逻辑复杂,需要的周期也长。车辆开发从初始 构思到最终上市一般需要 4-6 年时间。此外,碳减排和碳中和所 需的材料生产技术(如电弧炉生产)从工厂建设、质量保障、扩 大产能一直到监管审批等都需要时间(有时长达几年)。为此有 必要采取综合视角,既对单个的公司目标提供支持,又向整个汽 车行业提供支撑,这样做有助于脱碳行动的协调和资源分配。

图片关键词

图片关键词

我们通过 2030 年碳减排模型对内燃机汽车和电池电动车样 本进行分析后发现:2030 年电动车材料排放可在不增加材料成本 的情况下降低 97%,而汽车行业可采取多项措施来协调脱碳行动, 具体包括:

长期节约成本:减排曲线显示有几个解决方案不仅能降低碳 排放,而且同时降低材料成本。

采用成本稍高但减排作用大的绿色钢材生产技术:对钢材进 行脱碳很重要,因为钢占车辆重量的 50-65%,其材料排放也占总排放的 30-40%。

利用新技术寻找进一步降低成本的方法:有些尚未成熟的新 技术虽有助于减排,但因成本高而不适宜大规模推广。

(二)对内燃机汽车和电池电动车现有成本效益的分析

很多解决方案在技术上是互斥的,因此在决定采用哪个方案 之前要仔细考虑。以钢材生产为例,存在两个可行但互不兼容的 路径:

一是基于碳捕捉和碳存储技术利用高炉进行钢材生产的传 统低碳生产法(CCS)。

二是利用电弧炉和氢基直接还原铁的钢材 生产法(DRI-EAF)。在比较这两种技术时,要重点考虑两者在成 本优化、最大减排潜力、可循环回收潜力等方面的优劣。这些考 虑反过来又取决于现有生产技术路线、技术成熟度、消费者偏好、 组织保障等先决条件。

下面的模型详细展示了 2030 年可能采取的成本效益路线。在内燃机汽车方面,相关减排成本曲线表明约 66%的减排可在不增 加任何成本的情况下实现,其中有 29%的减排可通过降低某些车 型的材料成本实现。

图片关键词

图片关键词

(三)钢材和电池具有更大材料脱碳潜力

在一辆汽车的所有材料排放中,钢材和电池的材料排放占比 最高。因此,这两种材料的脱碳的潜力应该最大。在这两种材料 的脱碳方面,有多个互不兼容的方案可供选择。

钢材

钢材生产减排可通过两个技术路线进行推进:一个是传统的 低碳钢材生产法(见图 10),另一个是电弧炉氢基直接还原铁制 钢法(见图 11)。

图片关键词

图片关键词

电池

电池减排模型的重点是活性材料(包括阳极和阴极)生产和 电池包生产3。电池脱碳有两个切入点:一是使用低碳供电,二是把高排放生产流程变成低碳供电模式。

图片关键词

低碳供电

电池脱碳的切入点之一是使用低碳供电。具体做法是把生产 场所转移到低碳电网的所在地。通过转移,预计(每台车)可减 排 1.5-1.8 吨二氧化碳,只有目前排放量的一半。

四、汽车生态系统的前进路线

材料成本曲线和技术路线建模为零碳汽车计划提供了参考框 架,但要实施和推行关键脱碳方案,还需要广泛的业内合作。

(一)通过整体行业战略推动上游开展有效减排

当前汽车业内激烈竞争的状态对减排只有坏处没有好处,对 汽车生态系统进行结构性调整是个挑战。有鉴于此,我们应该推行以“引领-分享-跟进”这三个总体战略为特征的系统性合作模 式,通过它为材料脱碳提供必要的动力。

(二)五大关键合作领域

要实现材料脱碳,业内参与者必须将彼此之间的非竞争合作 关系提升到一个新高度。为此,循环汽车倡议内部举办了一系列 研讨会和专家讨论5,提出行业开展合作的五大领域:车辆设计、 循环回收、融资、透明度和能力建设。

图片关键词

(三)汽车生态系统成员共同参与的联合体

要想在汽车生态系统内实施“引领-分享-跟进”的减排框 架,必须推动系统性合作。为此,世界经济论坛和循环汽车倡议 的成员正在筹划成立“汽车循环委员会”(Automotive Circularity Board,简称 ACB)。该组织由汽车价值链的全球参与者共同组 建,目的是推动零碳排放。届时,ACB 不仅会在汽车生态系统内 推动合作,而且还会成立相关平台,就具体项目和倡议开展活动。

(四)潜在的试点项目

设定脱碳设计的原则:实现配件和材料循环利用的主要障碍 之一是各种车辆的设计复杂而不同。

制定有利于回收利用的材料规格:高品质的汽车材料在汽车 报废时一般会降级回收处理,这会导致高耗能基础材料用量的增加。

融资:许多脱碳方案的前期投入巨大,要很久才能收回投资。

透明与可追踪:汽车行业的价值链复杂,无论是汽车厂商还 是最终消费者都很难对排放源头进行持久而完整的追踪和考察。

通过教育和认证来加强能力建设:各组织只有彼此加强合作 才能确保关键脱碳战略取得成功,因此有必要制定各种碳减排标 准以方便合作。


025-8320 9516
电话咨询
邮件咨询
在线地图