電動汽車能否解決車輛環境污染問題
私家車為數億人提供了一個便捷、舒適的出行方式。
然而不可避免的是,這些車輛的制造、長達十年的使用過程以及廢舊汽車的處理都會對環境造成一定的負面影響。
隨著電動汽車的逐漸普及以及政府政策的推動,一個問題自然而然地出現在我們面前:駕駛一輛通過電力獲得動力的汽車對解決環境污染問題有怎樣的幫助?
過去五年,電動汽車一直為環保人士所提倡。在汽車氣體排放物中,有兩類值得關注:一類是二氧化碳等溫室氣體;另一類是美國環境保護局(EPA)劃分的標準污染物,主要是內燃機汽車排氣管排放出的有毒物質以及任何動力裝置燃燒碳氫化合物燃料時都會產生的有害氣體。二氧化碳的問題比較容易解決。眾多研究表明,在北美絕大部分的電動汽車幾乎都要比當地的汽油或柴油車環保。

Electric-car wells-to-wheels emission equivalencies in MPG, Sep 2015 [Union of Concerned Scientists]
憂思科學家聯盟(The Unionof Concerned Scientists)構想出了一幅完整表述“從油井到車輪”的解決方案,能夠統計電動汽車在北美各地方電網充電過程碳排放量的示意圖。
這幅圖清晰地表明,電動汽車要比燃油汽車排放更少的二氧化碳。但要排除車輛在以燃煤發電為主的電網下充電的情況。當前,天然氣已經逐步替代燃煤,而且目前最省油的汽車如豐田普銳斯每加侖汽油足以行駛52英里。顯然,這種情況不在我們的考慮范圍以內。
換句話說,在堪薩斯州或者俄克拉荷馬州(燃煤發電比重還比較大的地區)充電的日產聆風電動汽車排放的二氧化碳比燃油汽車豐田普銳斯還要多出一些。然而大部分銷售電動汽車的地區,比如加利福利亞州或者美國東北部(電網更環保地區),電動與燃油汽車的碳排放量相差可就不止這么一點。不論在何種情況下對比,電動汽車都不會是輸家。
其他一些研究得出的數據或會有所差異,但結論大都相差無幾。二氧化碳只是其中一類值得關注的汽車排放物,讓我們再把目光投向其他一些標準污染物。
氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、一氧化碳(CO)、揮發性有機成分(VOC)和顆粒物(PM2.5)都是危害人體、損害環境的排放物。
那么電動汽車和傳統的燃油汽車在這些標準污染物的排放量上是否也是有所差異呢?
為回答這個問題,我們用了三個主要方法和數據來源:
1.美國能源信息署(EIA)區域網格混合數據
2.阿貢國家實驗室開創的一個GREET模型,研究電動汽車“從油井到車輪”以及“從搖籃到墳墓”的全生命周期污染物排放。
3.環境保護局對標準污染物危害環境的測定。
通過以上三者,我們對比分析電動汽車與燃油汽車對環境造成的相對危害。
結果如上圖所示,要注意的是,在GREET模型里,幾乎所有汽車都用“燃料循環”來表示,其中包括消耗的總資源(可再生和不可再生)如石油、煤炭、天然氣和水等。
這個模型還測定了幾種溫室氣體的排放量,其中主要為二氧化碳、甲烷和氮氧化物。同時它還按燃燒方式添加了另外七個不同的標準污染物。
GREET模型研究了100種把燃料轉化成汽車能源的燃燒方法。這些方法對內燃機汽車與電動汽車做了一個完完全全“從油井到車輪”的比較。
它具體比較了燃油動力汽車由提取、精煉以及運輸化石燃料過程帶來的污染排放與電動汽車充電帶來的電能損失以及蓄電池的充電效率損失。
我們得出的結論是,電動汽車充電過程平均而言對環境造成的損害為2.6英鎊每英里。這比柴油汽車、汽油汽車甚至混合動力汽車造成的環境損害都要低。但如果著眼于細節,我們會得出一個比整體性的、全國研究得出的單一結論要有趣得多的結論。
對于像加利福尼亞州那樣電動汽車普及度廣、電網建設完善的地區而言,電動汽車產生的環境危害被認為要遠低于那些以汽油或柴油為動力的汽車。
這很大程度上是由于加利福尼亞州電力供應過程煤炭參與度低。在加州,只有不到1%的煤炭參與到發電過程當中。同樣地,像新英格蘭、紐約和美國東部南部中部一些地區,由于提供了清潔的電網,它們的電動汽車對環境造成的危害也會相對比較少。
另一方面,對于中西部地區的電網,由于混合了大量的煤炭,如果大量的人口迅速轉為使用電動汽車,則可能意味著此時發展電動汽車會對環境造成更大的傷害。
因此,即使它們在排放二氧化碳方面與內燃機汽車達到相同的水準甚至更低的水平,由此能夠緩和氣候變化危機。但考慮到由于其會排放了更多其他污染物而致使大眾健康受到威脅,所以電動汽車此時并不能成為一個合適的選擇。而事實上,隨著煤炭逐步被天然氣和其他可再生能源所取代,電網也將變得越來越清潔,電動汽車也將變得對環境更友好。
燃油動力汽車的尾氣排放標準自1970起已被大幅度提升了100倍甚至更多。但進一步限制燃油車排放的可能性十分有限,而且很可能要花費極大的成本。
進一步挖掘得到的數據表明,發電產生的硫氧化物估計是在燃煤發電過程產生的。硫氧化物是迄今為止發現的對環境造成極大損害的元兇之首。
單以美國西部和中北部地區為例,硫氧化物就占據了60%的污染源。而從分析中得到的另一個有趣結論是,在像加利福尼亞州這些電網設施建設更完善更環保地區的電動汽車,其對環境造成的損失為每英里1.8美分,其中有1.1美分——超過一半以上歸咎于汽車本身的制造。
利用可再生能源完成驅動部件的制造和組裝,正是電動汽車制造商特斯拉打造電池超級工廠的計劃內容。它將大幅度減少制造、駕駛和回收汽車過程對整體環境造成的破壞。
在二氧化碳以及其他標準污染物上都可采用相同的原則。隨著電網變得越加清潔,污染物排放更少,然而根據我們的分析,以上兩者的排放量存在較大的差別。一般而言,電動汽車在碳排放方面比柴油、汽油以及混合動力更具優勢。
如果電動汽車由光伏太陽能電池板充電,碳排放量還能進一步得到降低。而燃油汽車就沒有這樣的優點,因為你沒有辦法在家生產柴油或汽油。
從二氧化碳排放量出發,電動汽車顯然更勝一籌,排除少數情況——如在堪薩斯城的豐田普銳斯。然而隨著電網越發清潔,這樣的例外也將不復存在。而從標準污染物的排放出發,電動汽車在許多地方都已被證實對環境造成的損害更少。
如果你恰好就處在這樣的地區,那么電動汽車是更優的選擇。但如果你在燃煤發電比重較大的地區,電動汽車的標準無排放可能會更高,你在電動汽車與燃油汽車之間的取舍就會變得復雜起來。因為不僅要考慮二氧化碳排放量,還要綜合考慮其標準污染物的排放水平,尤其是硫氧化物一類。
但改變總要從某個地方開始做出。綜合而言,購買電動汽車與安裝太陽能電池板并行,或在與社會團體、政府機構合作把電網建設得更環保后購買電動汽車,都是極佳的選擇。在美國,電網建設最完備的毋庸置疑為加利福尼亞州。其六月份電動汽車的銷量比其他州加起來的總和還要多。
加利福尼亞州在致力于減少汽車與發電廠標準污染物排放量方面已經長達50年時間。這些付出使得當地居民購買電動汽車享有相對于其他地方的額外福利。同時,加利福尼亞州作為一個模范州也在促使其他州革新當地的電網,避免其原地踏步,繼續采用不清潔的發電方式。而改變與進步,只有在持之以恒的付出下才能取得。
以下是此次研究的更多內容,根據人們的不同興趣,我們進行了分組,以便感興趣的人繼續深入了解到更多的內容。生命周期分析法必然涉及眾多或會引起爭論的假設。這個特定的分析試圖綜合三個不同主體的專家、科學家和分析師得出結論。
其中包括創建GREET模型的阿貢國家實驗室以及美國能源信息署提供混合電網信息的工作人員以及美國環境保護署測定不同標準污染物對環境造成損害程度的專家。結論沒有偏向任何一方取得的結果,為了獲得這個重要問題的答案,我們盡所能地做到忠實、客觀。但我們承認,這過程難以排除假設分析與數據輸入帶來的結果偏差。要得到這樣的結論不僅需要了解車輛排放的污染物種類,還要了解與燃油生產、精煉過程、與電動汽車充電過程、汽車生產制造過程相關的上游污染物。
取得這個結果是個艱辛的過程。我們在應用GREET模型過程中產生了一個重大的偏差:我們用了2015年12月的混合電網數據,與其他分析相比這個時期的電網顯然清潔更多。這被認為是美國電網從傳統的煤炭向天然氣過渡的快速過渡時期。
第二個重大的偏差是修改了GREET模型里關于電動汽車重量為4270英鎊的假設。全球在售電動汽車中質量最輕的日產聆風車重3256英鎊,生產制造過程中排放的污染物也相應得到降低。原有GREET模型中關于柴油、汽油和混合動力汽車的假設沒有變化,默認其每加侖汽油行駛里程數分別為35.9、25.6和36.1英里。


























