全生命全生态周期乘用车碳模型的亮点及应用

碳经济模型建模的目的是比较各种技术路线下乘用车的减碳效果，评价应用减碳新技术的经济性。碳减排技术的经济性可以用碳税价格和植树成本来评估。结合单车碳经济模型和单车碳排放模型，可以综合评价碳减排技术路线的可行性和经济性。

2022年10月26日，由NDE汽车集团、盖世汽车主办，上海虹桥国际中央商务区管理委员会、上海市闵行区人民政府指导，上海南虹桥投资发展(集团)有限公司协办，上海交通大学特聘教授、汽车工程研究院院长徐岷在2022年第十届汽车与环境创新论坛暨第十四届全球汽车产业峰会上表示

徐岷，上海交通大学特聘教授，汽车工程研究院院长

以下是演讲内容摘要:

“乘用车全生命全生态循环碳模型”是上海交通大学汽车工程研究院和盖世汽车共同承担的项目中期报告。

双碳背景

首先，看一下整体环境。为了力争在本世纪末将全球气温上升控制在1.5 ℃以内，全球超过76个国家或地区通过立法、承诺和政策文件确立了碳中和目标，其碳排放量总和占全球总量的85%以上。

欧盟已经行动起来，今年出台了两个法案:碳关税和新的动力电池法案，这将对中国和欧洲的汽车市场产生直接影响。比如在碳关税方面，2023年到2026年是过渡期。2027年，《碳关税法》实施，对水泥、电力、化肥、钢铁、铝、有机化学品、塑料、氢气、氨水泥、电力、化肥、塑料和其他原材料的直接和间接排放提出了要求。

其免费额度在2027年为93%，之后逐年下降:2028年为84%；2029年69%；2030年50%；2031年25%；2032年直接改成0%，也就是100%依法执行。这将直接影响中国的汽车出口和零部件出口市场。

目前，化石能源仍是中国的主要能源，非化石能源仅占17.4%。这种能源结构是中国碳排放持续增加(尚未达到峰值)的主要原因之一。此外，中国原油对外依存度已连续四年超过70%。能源安全问题突出，短期内改变能源结构的挑战巨大。

在中国整体碳排放中，汽车排放连续多年超过10%，主要来自重型卡车，占整体碳排放的54%。轻型乘用车占33%。汽车工业是实现碳中和的一个非常重要的领域。因此，中国实施了分三步走的国家碳减排战略。

到2030年，国家的主要目标是减少排放和提高效率。2030-2045年是快速减排期，综合利用清洁能源，减少对化石能源的需求。2045-2060年为中和期，大量采用零碳和负碳技术实现中和，非化石燃料比例≥ 80%。相比国家三步走战略，汽车行业也有一个三步走的碳减排目标:

2028年汽车行业碳排放比2020年增加2%，2035年碳排放比峰值下降≥ 20%，2050年碳排放比2020年下降≥ 80%，2060年碳排放比2020年下降100%(包括碳吸收技术抵消实现中和)。

汽车行业要实现双碳，目前面临四大挑战:一是汽车行业规模大，目前库存超过3亿辆，未来还要再增加6亿辆。相比之下，双碳目标的时间紧迫，峰值将在2028年达到，比国家战略提前两年。此外，全球对碳排放的竞争非常激烈，尤其是在欧洲，碳排放税将很快成为新的贸易壁垒。

此外，产业生态的相互促进和遏制，以及政策措施的不完善也是一大挑战。当务之急是摸清行业碳排放情况，为行业制定标准技术路径、完善产业政策和标准提供参考。

碳模型简介

汽车的碳排放涉及各个方面，不仅是生产和使用过程，还有生态减碳:能源和原材料开采、材料冶炼、各种能源发电、燃料提炼、运输损耗、物流、生产制造环节、使用环节损耗、运行、回收等环节的碳排放都需要考虑。

中国的碳模型有很多，下面是一些有代表性的例子:比如中国汽车技术研究中心的CALCM模型，其优点是在提出模型的同时，建立了相对完整的数据库CALCD，比较ICEVs、bev、HEV、PHEVs的全生命周期碳排放；缺点是没有考虑回收阶段的碳排放和减排效果，对不同燃料类型和不同等级的乘用车使用相同的全寿命周期里程。

碳排放模型是由国外的国际清洁运输理事会提出的，其优点是进一步比较不同国家在燃料生产和使用条件下的电力结构和排放。缺点是在车辆生产阶段计算排放量时，基于车重的核算方法不准确，没有考虑电池回收碳排放的影响。

简单介绍一下我们的单车碳排放模型，以及企业在开发车型时如何利用碳排放概念选择正确的技术路线。如何通过发展将碳排放对社会的贡献降到最低，同时兼顾成本和经济效益。单车碳排放模型将覆盖车辆全生命周期所涉及的整个产业链的碳足迹，包括与车辆使用相关的各种因素的整个生态系统，并将基于企业提供的实际数据进行分析。

全生命生态碳模型有四大亮点:一是基于第一手数据和各大企业实际需求，为汽车行业低碳发展提供参考意见；涵盖多种技术路线:内燃机、替代燃料、纯电、插电式混合动力、增量编程、燃料电池，涵盖多种能源形式:化石燃料、电能、氢能、替代燃料等；提供基于不同技术路线和现有结构的碳减排经济成本核算，评估碳减排技术路线的可行性和经济性；从能源结构和技术路线的角度，为乘用车市场结构和碳排放的发展提供预测和发展建议。

这些亮点对企业更友好，由于每个企业需要生产很多车型，所以基于每个单一车型，需要不同的技术路线和碳排放分析，从经济成本和收益的角度优化产品策略和技术路线。政府也是如此。乘用车市场和商用车市场的范围很广，也可以应用该模型进行优化。无论是用户、企业，还是国家，都可以利用这个模型对碳排放和成本有一个清晰的估计。

单辆乘用车的碳排放模型主要包括三个阶段:生产阶段、使用阶段和回收阶段。生产阶段包括原材料、零件、成品车辆、内部运输和废物处理。使用阶段包括维护、能源供应、技术设施等。回收阶段包括回收过程、拆卸过程、回收工厂和其他环节。

具体来说，在生产阶段，会综合考虑原材料的消耗、不同类型材料的碳排放系数、各个部件的能耗，进一步细化每个采购工厂或单台设备的碳排放。每个部件的能耗将分摊到每辆车上，包括运输和废物处理。

在使用阶段，我们将转换加油站和充电桩等基础设施建设和使用过程中的碳排放。还会追溯能量补充过程中的能量来源，进而计算碳排放量。最后，在行驶过程中，我们使用的是标准循环工况下的电/油的能耗成本，会根据实际情况进行修正，保养时的零件更换也包含在内。

在回收阶段，我们考虑建造回收工厂和设备的碳排放，以及拆卸、粉碎和再制造等回收过程的碳排放。最重要的是通过回收材料和部件的再利用减少碳排放。

我们希望用这个模型来比较各种技术路线在碳减排方面的差异，以评估企业需要哪些技术路线。这个模型首先是为企业开发的，如果效果好，会在社会和国家层面通过统计方法进行精准预测和规划。

碳模型应用分析

以下是以三种典型乘用车为例的碳模型计算。汽油内燃机、插电式混合动力汽车、纯电动汽车是乘用车的三大主流技术路线。我们选取了三款在中国市场销量较高、数据来源详实可靠的B级乘用车进行计算。以下是全生命生态碳模型的计算结果。

首先是汽油内燃机车:本田雅阁，车重1470kg，使用年限12年；年均行驶里程12000公里。在生产过程中，原材料产生3830千克二氧化碳，零部件生产产生1408千克二氧化碳，车辆设备产生1178千克二氧化碳。在使用阶段，配套设施产生二氧化碳41公斤，行驶过程中产生二氧化碳26620公斤，供能二氧化碳5470公斤，维护二氧化碳2927公斤。在回收阶段，拆解过程将产生204千克二氧化碳，而回收过程可以节省3990千克二氧化碳。一辆车的总碳排放贡献为37688 kg，碳经济达到165021元。

综合对比，特斯拉Model 3的生产过程产生的二氧化碳相对较高，比亚迪韩DM-i次之，油耗最少。这主要是由电池生产造成的，因为在电池生产过程中会排放大量二氧化碳。在使用过程中，这三款车型的碳排放量按照相反的顺序排列，燃油车最高，纯电动车最低。

总体来看，燃油车碳排放量高，纯电动汽车碳排放量最低。但从成本角度来看，电动车在生产过程中的成本更高；有轨电车的使用成本最低，而燃油车的使用成本最高；总的来说，电动汽车的成本高于插电式汽车，插电式汽车的成本高于纯燃油汽车。

加上国家补贴来算。美国的碳交易市场价格为13.9美元/吨(RGGI，2022.06)。与内燃机路线相比，插电式混合动力和纯电动技术路线减少的全生命周期碳排放分别为3.4吨和11.9吨。换算成基于碳交易市场价格的经济成本，分别对应47.27美元和165.7美元。然而，技术路线改革的实际成本(基于模型计算)分别为971美元(PHEV)和2169美元(BEV)。补贴远不能抵消增加的成本。

中国碳交易市场的价格更低，基于国内标准，这种差异更加明显。值得注意的是，目前的减碳技术路线带来的经济效益并不能弥补技术本身带来的成本增加。电池等关键部件的高成本可能是造成这一现象的主要原因。

最后，本次活动期间，上海市贸促会将与盖世汽车、上海交通大学联合举办《汽车行业双碳指数测评白皮书》项目签约仪式。2022年12月，《汽车行业双碳指数测评白皮书》将在首届“上海国际碳中和技术、产品、成果博览会”展览现场重磅发布。

标签：雅阁本田比亚迪世纪理念

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