2020年7月2日更新:生命周期排放数据进行了修订，以反映电力碳强度和电池制造的最新数据。
电动汽车是实现全球气候变化目标的重要组成部分。他们显要的位置在缓解途径将升温限制在远低于2摄氏度或1.5摄氏度的范围内巴黎协定的目标。
然而，尽管电动汽车没有直接排放温室气体，但它们所使用的电力在很大程度上仍然来自世界许多地方的化石燃料。必威体育在线注册能源也被用于制造汽车，尤其是电池。
在这里，为了回应最近有关该主题的误导性媒体报道，碳简报详细介绍了电动汽车对气候的影响。必威手机官网在这一分析中，Carbon Brie必威手机官网f发现:
- 在整个欧洲，电动汽车在其生命周期内的排放量要比传统(内燃机)汽车低得多。
- 在煤炭密集型发电的国家，电动汽车的效益较小，其寿命周期的排放量与最高效的传统汽车(如混合动力电动汽车)相似。
- 然而，随着各国为实现其气候目标而对发电进行脱碳，现有电动汽车的驾驶排放将下降，新电动汽车的制造排放将下降。
- 电动汽车和传统汽车之间的比较很复杂。它们取决于车辆的大小、使用的燃油经济性估计的准确性、如何计算电力排放、假设的驾驶模式，甚至车辆使用地区的天气。没有一个单一的估计适用于所有地方。
与电动汽车电池生产相关的排放也存在很大的不确定性，不同的研究得出的数据差异很大。随着电池价格的下降，汽车制造商开始采用更大、续航里程更长的电池，电池生产的排放可能会对电动汽车的气候效益产生更大的影响。
电池生产中大约一半的排放来自制造和组装电池时使用的电力。在电力相对低碳的地区或使用可再生能源的工厂生产电池，就像最畅销的电池所使用的情况一样必威体育在线注册特斯拉Model 3，可大幅减少电池排放。
不同的研究得出了不同的结果
一个近期工作报告来自德国智库经济研究所(ifo)发现，“未来几年，电动汽车几乎无助于减少德国的二氧化碳排放”。报告显示，在德国，“在最好的情况下，纯电动汽车的二氧化碳排放量略高于柴油发动机”。
这项研究是选向上在国际媒体上，《华尔街日报》发表了一篇题为“德国肮脏的绿色汽车”。这也引起了电动汽车倡导者的反对，文章发表在Jalopnik而且Autoblog，以及个别研究人员反驳这一说法。
德国最近对电动汽车的其他研究得出了相反的结论。一项研究发现电动车的排放量比柴油车低43%。另一个他说:“在所有研究案例中，电动汽车对气候的影响都比内燃机汽车低。”
这些差异来自于研究人员使用的假设。当教授员工Jeremy Michalek，该中心主任汽车电气化组在卡内基梅隆大学他告诉Carbo必威手机官网n Brief，“哪种技术会走在前面，这取决于很多因素。”其中包括哪些特定的车辆被比较，什么电网组合假设，如果边际或平均使用电力排放，假设驾驶模式，甚至天气。
下图经过修改从一个分析国际清洁运输委员会(国际清洁)，表示的估计值生命周期排放对于典型的欧洲传统(内燃机)汽车，具有最佳燃油经济性的混合动力传统汽车(a2019年丰田普锐斯Eco)，以及一款适用于各国的日产聆风(Nissan Leaf)电动汽车，达到欧盟平均水平。[叶子是顶级销售2018年欧洲电动汽车市场。]
该图表包括尾气排放(灰色)，排放从燃料循环(橙色)——包括石油生产、运输、炼油和发电——制造汽车非电池部件的排放(深蓝色)和制造电池的排放(浅蓝色)的保守估计。
在大多数国家，电动汽车和传统汽车生命周期内的大部分排放来自车辆操作——尾气排放和燃料循环——而不是车辆制造。例外的是一些国家，例如挪威或法国，几乎所有的电力都来自这些国家零碳排放来源，如水力发电或核能。
然而，虽然燃烧一加仑汽油或柴油所排放的碳无法减少，但电力也是如此。在法国(大部分电力来自核能)或挪威(来自可再生能源)等国家，电动汽车的生命周期排放要小得多。
上面的图表基于每个国家目前的电网结构来计算电动汽车的排放量。但是，如果设定了气候目标巴黎协定如果这一目标得以实现，发电的碳密集度将大大降低，这将进一步增加电动汽车相对于传统汽车的优势。
例如，在英国，发电产生的排放下降了38%预计到21世纪20年代中后期，这一数字将下降70%以上，这完全在目前购买的电动汽车的寿命范围内。
与电池生产相关的排放从最近的(2019)的估计瑞典环境研究所．这里分析的日产聆风电池为40千瓦时(kWh)，而特斯拉Model 3则为40千瓦时无论是50kWh还是75kWh选项(62kWh选项以前可用，但是已经停产了)。
下图显示了如果电池在亚洲生产(亚洲有很大一部分电力来自煤炭)，就像日产Leaf电池一样，Model 3的估计生命周期排放。长距离75kWh模型用于分析，以模拟ifo研究中的方法;50kWh中档车型的电池制造排放将减少约三分之一。
在这些假设下，特斯拉Model 3的生命周期温室气体排放量将高于德国评级最高的传统汽车，但仍比普通汽车对气候更好。在其他国家，即使是远程特斯拉Model 3也比任何汽油车的排放更低。
然而事实上特斯拉电池内华达制造对这个计算有重要影响。在美国生产的电池的生命周期排放估计往往明显低于亚洲生产的电池，这将在本文后面讨论。
在50%左右电池生命周期排放的一部分来自电池制造和组装过程中使用的电力，因此在以可再生能源为动力的工厂生产电池——特斯拉工厂就是这样——大大减少了寿命排放。必威体育在线注册下图显示了Carbon Brief对特斯拉Mo必威手机官网del 3使用特斯拉生产的电池的生命周期排放的估计。Gigafactory”。
考虑到生产条件，内华达超级工厂生产的75千瓦时电池的Model 3的排放明显更小，而且其生命周期对气候的影响与日产聆风的估计类似。
各国发电产生的排放也各不相同，一些地区的发电组合要比其他地区清洁得多(电动汽车的气候优势也相应更大)。
上面显示的数字调整了传统汽车和电动汽车的排放量反映真实驾驶情况而不是测试周期数字。这很重要，因为官方的燃油经济性估计差异很大从现实世界的性能来看，这对传统汽车和电动汽车的比较产生了巨大的连锁反应。
偿还碳债
上图中的分析比较了电动汽车和传统汽车的整个生命周期，基于总共15万公里的行驶里程。
然而，也有可能在一段时间内对汽车进行比较，看看需要多长时间才能偿还为电动汽车生产碳密集型电池组所产生的初始“碳债务”。
例如，如上所述，2019年在英国购买的新日产聆风电动汽车的终身排放量将比普通新传统汽车低三倍左右。
随着时间的推移，下图显示，虽然电池在“零年”制造汽车时造成了更高的排放，但这些多余的碳债务将在不到两年的驾驶后偿还。
一辆普通的新传统汽车和一辆新日产聆风的温室气体累积排放量。这些数字是以生命周期中二氧化碳当量吨计算的，假设在12年的生命周期中行驶15万公里。电动汽车燃料循环排放基于2019年英国电力碳强度，逐步向2030年100克二氧化碳/千瓦时及以上的目标改善。图表由Carbon必威手机官网 Brief使用Highcharts．
上图显示，使用阶段排放的差异相对较大，在英国，电动汽车每年节省约2至3吨二氧化碳当量。(随着电力混合变得更加清洁，这一数字会随着时间的推移而下降)。
这意味着，即使一辆新的电动汽车取代了现有的传统汽车，与继续运行旧汽车相比，它在使用不到四年后仍然会开始减少排放，如下图所示。
如果不是慷慨地假设现有的传统汽车的排放量等于新车的平均排放量，这个等式会变得更加清晰。
请注意，为了与文章的其余部分保持一致，上面的累积寿命排放图表是基于12年15万公里的里程，或每年约7800英里。
这一数字略高于英国的年平均里程，后者有所下降接近7100英里在2017年。然而，即使在这样低的行驶里程下，用电动汽车取代现有的传统汽车也将在四年多一点的时间内开始减少排放。
有问题的燃油经济性估计
的ifo研究提供了使用测试周期燃油经济性值而不是实际性能的潜在缺陷的示例。这项研究比较了温室气体的终生排放量奔驰c220到新特斯拉Model 3，考虑到与汽车生产相关的排放。研究发现，特斯拉在车辆使用寿命期间的排放量是奔驰的90%到125%。
换句话说，尽管这成为了头条新闻，但即使是ifo也发现，电动汽车比柴油车好一点，也比柴油车差一点。
这项研究假设奔驰的燃油经济性为每加仑52英里(mpg)，这明显高于普通汽车在美国(汽油车每加仑25英里)，但与平均燃油经济性相似在英国(汽油车每加仑52英里，柴油车每加仑61英里)。然而，不同的燃油经济性测试程序会产生截然不同的结果。
而美国环保局燃油经济性数字倾向于反思实际驾驶情况下，新的欧洲驾驶周期(NEDC)在欧盟使用的数值夸大了实际的汽车燃油经济性高达50%- - -甚至可能更多奔驰车。
特斯拉Model 3的能源消耗必威体育在线注册在研究中假设(241瓦时每英里)，相比之下，仅比EPA估计实际使用(260瓦时/英里)。对传统汽车的燃油经济性进行更现实的估计，将对ifo分析结果产生重大影响，使电动汽车比传统汽车更可取。
电池辐射的巨大差异
这两个ifo研究和国际分析基于对电池制造排放的相同估计:2017年的一项研究由瑞典环境研究所(IVL)。IVL研究了2010年至2016年发表的研究，得出的结论是，电池制造排放可能在每千瓦时电池容量150至200千克二氧化碳当量之间。
IVL调查的大多数研究关注的是亚洲的电池生产，而不是美国或欧洲。IVL的研究还指出，电池技术正在迅速发展，在减少制造排放方面有很大的潜力。
IVL的研究经费相当可观批评并于2019年底获得大量的修改．IVL研究人员现在估计，电池制造排放实际上在每千瓦时61至106千克二氧化碳当量之间，上限为146千克。61公斤的低端估计是指电池制造过程中使用的能源来自零碳来源的情况。必威体育在线注册IVL认为，这一修正是由电池生产的新数据驱动的，包括对近年来在规模和产量上大幅扩张的商业规模电池工厂的能源使用的更现实的测量。必威体育在线注册
必威手机官网碳简报自己对文献进行了评估，以找到最近发表的电池制造生命周期排放的估价值。下图显示了来自17项不同研究的数据，其中包括在2017年IVL估算之后发表的7项研究。它根据电池的生产地区划分研究:亚洲(红色)，欧洲(浅蓝色)，美国(深蓝色)，以及检查多个地区的综述(灰色)。
近年来发表的大多数研究表明，生命周期的排放量小于IVL最初的研究，2017年之后发表的研究的平均排放量约为每千瓦时100千克二氧化碳。这些新的估计与修订后的2019年IVL研究数据完全一致。亚洲制造业排放估计值普遍高于欧洲或美国，这反映出该地区广泛使用煤炭发电。直接将亚洲生产的电池与美国或欧洲生产的电池进行比较的研究发现，亚洲以外地区的电池生命周期排放量低20%左右。
许多研究将排放分解为采矿、炼油和其他场外材料生产，以及电池组装的实际制造过程。这些研究往往会发现，生命周期中约有一半的排放是场外材料生产的结果，另一半来自制造过程中使用的电力。下表显示了这一点，摘自2017年IVL报告，该报告按组件和制造阶段划分了生命周期排放。
随着IVL研究注:
“制造业占生产影响的很大一部分……这意味着生产地点和/或电力结构对结果有很大的影响。”
在估计特斯拉位于内华达州的超级工厂(Gigafactory)的电池排放时，这是一个需要考虑的重要因素，该工厂生产了目前用于Model 3汽车的所有电池。
特斯拉超级工厂所在的内华达州，其电力的碳强度平均比美国平均水平低30%左右。如下图所示，在过去20年里，内华达州已经逐步淘汰了几乎所有的燃煤发电。
特斯拉近期开始施工该公司在其超级工厂(Gigafactory)顶部建造了世界上最大的太阳能屋顶，再加上电池存储，应该可以提供该工厂几乎所有的电力。
下图显示了截至2019年4月18日太阳能电池板安装的现状，尽管计划在安装完成后几乎整个屋顶都被电池板覆盖。
的Gigafactory也建造了注重能源效率，尽可能重复利用材料必威体育在线注册。然而，由于特斯拉没有发布任何数据，目前尚不清楚该工厂与电池生产相关的实际能源使必威体育在线注册用和排放情况。
考虑到近年来研究中较低生命周期的制造排放估计，以及制造设施位于一个相对低碳发电结构的州，碳简报提供了每千瓦时61公斤二氧化碳当量的估计必威手机官网修订IVL研究．
这与能源经济研究中心(Research Center for Energy Economics)最近对德国电池产量的估计相当相似。必威体育在线注册固定资产)。FFE发现，如果电池使用可再生能源生产，就像内华达超级工厂的目标一样，排放量将下降到每千瓦时62公斤二氧化碳当量。必威体育在线注册
如何以及何时发电很重要
电动汽车的气候效益不仅取决于使用电动汽车的国家，还取决于使用电动汽车的国家的哪个地区。在美国，例如在美国，电力的生产方式存在很大差异，加州或纽约等地的电力比中部地区清洁得多。
如何计算发电产生的排放量也很重要。虽然许多分析——包括本文前面的分析——利用了发电的平均排放量，Michalek告诉Carbon Brief，使用这些值可能会产生一些误导性的结果。必威手机官网
Michalek说，使用边际排放量会更准确。这反映了发电厂为满足电动汽车充电的新需求而启动的排放。他解释说:
“一些发电厂，如核能、水力、风能和太阳能，通常已经充分利用，即使你购买电动汽车，它们的发电量也不会改变。至少在短期内，改变的主要是煤炭和天然气发电厂将增加发电量，以应对这种新的负荷。所以，如果你的问题是“如果我买电动汽车和汽油车，排放会有什么后果”，我认为这是一个正确的政策问题，那么答案应该使用相应的电网组合(对于小的变化，这是边际发电组合)，而不是平均。边际电网组合的排放强度通常高于平均水平。”
然而，边际排放量是对电动汽车影响的短期估计。随着更多电动汽车的需求加入电网，目前未被利用的天然气和煤炭资源可能会增加它们的产量，但从长远来看，额外的发电资源将会上线。
Michalek解释说，电动汽车的采用对未来发电厂建设的影响是一个积极研究的领域。
2016年，Michalek和同事们发表了一篇论文在《环境研究快报》中考虑了一系列因素，包括边际电网组合、环境温度、车辆行驶里程模式和驾驶条件(城市与高速公路)，以便在当时的电动汽车和类似的传统汽车之间进行最准确的比较。
下图显示了他们的结果。在左栏中，最高效的汽油车——丰田普锐斯——与一辆全电动汽车——日产Leaf——和两辆插电式混合动力汽车——雪佛兰Volt和丰田普锐斯插电式混合动力汽车进行了比较。右边一栏显示了同样的分析，但是针对相同尺寸的典型传统车辆——马自达3。这个国家的每个县都用红色表示汽油车的排放量较低，蓝色表示电动汽车的排放量较低。
他们发现，在中西部地区以外的地区，日产Leaf EV比严重依赖煤炭来实现边际排放的类似传统汽车要好得多。然而，与最高效的传统汽车相比，在该国大部分地区，电动汽车的气候效益接近于零或为负。
这项研究考察了目前的发电结构，在目前运行的车辆的寿命周期内，这可能会降低碳密集度。然而，作者警告说，平均减排和边际减排之间的关系并不总是明确的。由于边际排放主要来自化石燃料工厂，电动汽车充电的减排将主要发生在天然气边际取代煤炭，或者广泛采用电动汽车需要新的低碳发电设施来满足需求时。
没有脱碳，电动汽车“不是万能药”
在美国和欧洲，与普通传统汽车相比，电动汽车的生命周期温室气体排放量大幅减少。这是碳简报调查的绝大多数研究中一致的发现。必威手机官网
然而，Michalek警告说:
“电动汽车目前还不是应对气候变化的灵丹妙药……(在美国)电动汽车的生命周期温室气体排放量可能与最高效的汽油或柴油汽车相似，甚至更高。”
随着发电的碳密集程度降低——尤其是在边际上——电动汽车在几乎所有情况下都将比所有传统汽车更受欢迎。汽油和柴油汽车的效率存在根本性的限制，而低碳电力和提高电池制造效率可以减少大部分制造排放和几乎所有电动汽车的用电排放。
从传统的汽油和柴油汽车到电动汽车的过渡在其中发挥了重要作用缓解途径限制变暖巴黎协定目标。然而，它依赖于发电的快速脱碳才能有效。如果各国不取代煤炭，并在较小程度上取代天然气，那么电动汽车仍将远远谈不上“零排放”。
方法
Carbon Brief根据美国电网排放因子估算出前三个数字中的美国值必威手机官网EPA eGRID 2018修改与Rhodium Group2019年的估计和电力燃料循环估计Michalek等，2011．误差条反映了寿命周期电池制造估计值，范围从61到146kgCO2e /kWh (kgCO2e/kWh)修订的2019年IVL研究，其中心范围为61-100kgCO2e/kWh。
2019年欧盟平均水平和各国电网排放因子取自沙袋2020．树叶排放是基于40千瓦时的电池，燃料经济性估计为每100英里26kWh电池生产的保守上限估计为100kgCO2/kWh。
标致2081.6采用的是BlueHDi原件霍尔和卢瑟2018这一数字被2019年的丰田普锐斯生态混合动力汽车所取代，这款车在尺寸上更接近Leaf和Model 3，并且是所有市售汽车中燃油经济性最高的，每加仑可行驶56英里EPA评级-这与实际驾驶情况．
Model 3的排放量是用燃油经济性值来估算的每100英里25千瓦时用于远程75kWh电池模型。非电池制造的排放被认为与日产聆风在2013年使用的排放相同国际分析．内华达超级工厂的电池排放量被认为处于IVL研究中心范围的底部——61kgCO2e/kWh——基于零碳发电组合、制造业中广泛使用的效率措施和文章中讨论的现场可再生能源的使用。必威体育在线注册
Carbon Brief在电池生命周期排放文献综述中使用了以下研究:必威手机官网
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GREET模型(2018)运输模型中的温室气体，管制排放和能源使用，阿贡国家实验室。必威体育在线注册
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Han, H.等(2017)。中国电动汽车锂离子电池生产过程中的温室气体排放，可持续发展，doi:10.3390/su9040504
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Peters, J.等人(2016)锂离子电池的环境影响和关键参数的作用-综述，可再生能源和可持续能源评论，doi:10.1016/j.rser.2016.08.039必威体育在线注册
尼尔，R.等人(2015)《从摇篮到坟墓的清洁汽车》，忧思科学家联盟白皮书。
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Dunn, J. et al.(2012)回收对汽车锂离子电池从摇篮到大门的能源消耗和温室气体排放的影响，环境科学与技术。必威体育在线注册biwei6868doi: 10.1021 / es302420z
Majeau-Bettez, G.等(2011)锂离子和锂离子的生命周期环境评估
插电式混合动力和纯电动汽车用镍氢电池，环境科学与技术。biwei6868doi: 10.1021 / es103607c
更新6-2-2020:
本文已更新，以包括修订后的2019年IVL研究中的新电池制造排放值，取代了原文中使用的2017年IVL研究值。