更新7/2/2020:生命周期碳排放数据修订,以反映最近的数据在电力碳排放强度和电池制造。
电动汽车(EVs)会议全球气候变化目标的一个重要组成部分。他们显要的位置在缓解途径限制全球变暖比2摄氏度或1.5摄氏度,这将是内联的巴黎协定的目标。
然而,尽管没有直接温室气体排放来自电动车,他们运行在电力,在很大程度上,仍由化石燃料在世界的许多地方。必威体育在线注册能源还用于制造汽车,特别是电池。
这里,由于最近误导媒体报道的主题,碳短暂提供了一个详细的气候影响电动汽车。必威手机官网在这个分析中,碳短暂的发现:必威手机官网
- EVs一生负责大大降低排放量比传统(内燃机)车辆在整个欧洲作为一个整体。
- 成为国家的发电、电动汽车的好处是小,他们可以有类似的生命周期排放最有效的传统车辆,如混合动力模型。
- 然而,随着国家采用无碳发电来满足他们的气候目标,开车排放将会对现有电动汽车和制造业排放新电动汽车将会下降。
- 比较电动汽车和传统汽车是复杂的。他们依靠的大小车辆,燃油经济性估计的准确性,如何计算电力排放,驾驶模式认为,即使天气地区所使用的车辆。没有单一的估计,应用无处不在。
也有很大的不确定性与电动汽车电池生产相关的排放,与不同的研究生产广泛不同的数字。电池价格下跌,汽车制造商开始包括更大的行驶里程较长的电池,电池生产对气候排放有较大影响电动车的好处。
大约一半的温室气体排放来自电池生产中使用的电力生产和组装的电池。生产电池相对低碳电力的地区或在工厂由可再生能源提供能量,将使用的电池畅销必威体育在线注册特斯拉模型3,可以大大减少电池排放。
不同的研究发现不同的结果
一个最近的工作报告从一群德国智库教育经济研究所的研究人员(ifo)发现“电动汽车几乎将帮助减少二氧化碳排放在德国未来几年”。这表明,在德国,“电池动力汽车的二氧化碳排放量,在最好的情况下,略高于柴油引擎”。
本研究选向上在国际媒体,接受《华尔街日报》的一篇社论运行题为“德国的肮脏的绿色汽车”。从电动汽车的拥护者也产生阻力,文章Jalopnik和Autoblog,以及个别研究人员反驳这种说法。
其他近期研究的电动汽车在德国已经达到了相反的结论。一项研究发现电动汽车排放比柴油车辆排放降低43%。另一个详细的,“在所有情况下检查,电动汽车寿命较低气候影响比内燃机”。
这些差异源自研究者所使用的假设。当教授员工Jeremy Michalek主任汽车电气化集团在卡内基梅隆大学告诉碳短暂”,技必威手机官网术上出来取决于很多事情”。这些包括哪些具体车辆相比,电网结构的假设,如果边际或平均使用电力排放,驾驶模式认为,甚至天气。
下图,改编从分析由国际委员会清洁运输(国际清洁),显示了估计的生命周期排放对于一个典型的欧洲传统内燃机汽车,最好的传统混合动力汽车燃油经济性(可用2019年丰田普锐斯生态),不同国家的日产Leaf电动汽车,以及欧盟的平均水平。(叶子了顶级销售电动汽车在2018年在欧洲。)
图表包括尾气排放(灰色),排放的燃料循环(橙色)——包括石油生产、运输、炼油、发电——车辆的排放从制造业non-battery组件(深蓝色)和一个保守的估计排放生产电池(浅蓝色)。
在大多数国家,大部分的排放在一生的电气和传统的汽车来自车辆操作——尾气和燃料循环,而不是汽车生产。唯一的例外是在挪威国家——或法国,例如,几乎所有的电力都来自哪里零碳排放源,如水力发电和核能。
然而,尽管碳排放燃烧一加仑汽油或柴油不能减少,电力就不一样了。电动汽车的生命周期排放在法国等国家要小得多(大多数的电力来自核能)或挪威(从可再生能源)。
上面的图表基地电动汽车排放对当前网格混合在每个国家。但是,如果气候目标巴黎协定要满足,发电将成为显著低碳,进一步增加电动汽车的优势与传统的。
例如,在英国,排放的发电下跌了38%仅在过去的三年里,预计将下降70%以上,2020年代中后期,也就是在今天购买电动汽车的生命周期。
排放与电池生产的最近的(2019)估计的IVL瑞典环境研究院。尼桑Leaf分析有一个40千瓦小时(kWh)电池,而特斯拉模型3两个50千瓦小时或75千瓦时选项(62千瓦时的选择之前可用,但是已经停止了)。
下图显示了估计的生命周期排放模型3如果电池是在亚洲生产,大部分的电力来自煤炭,日产Leaf电池一样。远程75千瓦时模型用于分析、模拟方法在ifo研究;电池制造中档50千瓦小时排放模型会降低三分之一。
根据这些假设,特斯拉模型3将有更高的生命周期温室气体排放比最佳传统汽车在德国,但是仍然会更好的气候比一般的车辆。在其他国家甚至远程特斯拉模型3比汽油车排放会更低。
但是,特斯拉电池,事实上,生产在内华达州这个计算的一个重要区别。美国生产的生命周期排放估计电池往往是明显低于生产在亚洲,在本文稍后讨论。
在50%左右电池生命周期的温室气体排放来自于电力用于电池生产和组装,所以在工厂生产电池的可再生能源,将特斯拉的工厂——大幅减少生命周期排放。必威体育在线注册下面的图显示了碳排放的短暂的生命周期的估计与电必威手机官网池生产3特斯拉特斯拉模型”Gigafactory”。
考虑到制造条件,模型3 75 kwh电池从内华达Gigafactory结果特别是较小的排放——和有一个生命周期气候影响类似于尼桑Leaf的估计。
排放的发电也将不同国家内部,一些地区有很多清洁代混合(EVs和相应大的气候优势)。
上面所示的数据调整常规和电动汽车的排放反映真实的驾驶环境而不是测试周期数字。这是重要的,因为官方估计燃油经济性可以不同广泛从现实世界的表现,与大型连锁影响比较传统和电动汽车。
偿还的碳债务
在上面的数据比较分析电动汽车和传统汽车在其整个生命周期中,基于共有150000公里的开车。
然而,也有可能比较车辆随着时间的推移,看到需要多长时间来偿还最初的“碳债务”发生的碳密集型的生产电动汽车电池组。
例如,正如上面已经指出,一个新的日产Leaf电动汽车在2019年收购了英国的生命周期排放一些新传统汽车低于平均水平的三倍。
看这个随着时间的推移,在下面的图中,显示了电池,虽然导致高排放车辆制造中“0”,这个多余的碳债务偿还后不到两年的驾驶。
累积的温室气体排放量平均新的传统汽车和日产Leaf。数据是在有生之年吨二氧化碳当量,假设150000公里在12年的一生中。电动汽车燃料循环排放基于英国电力2019年碳排放强度和逐步改善对一个2030年的目标100 gco2 /千瓦时。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts。
上面的图表显示了使用阶段的碳排放的差异比较大,与电动汽车节约大约两到三吨二氧化碳当量每年在英国。(这个数字下降随着时间的推移,随着电力混合清洁剂)。
这意味着,即使一个新的电动汽车取代现有的传统汽车,它仍将开始减少排放后不到四年的使用继续运行旧的汽车相比,如下图所示。
这个方程将变得更加清晰要不是假设现有的传统汽车排放等于平均新车。
注意,上面的累积一生排放图表是基于里程150000公里12年来,或每年约7800英里,一致性与本文的其余部分。
这个数字略高于英国每辆车的年平均行车里程,而下跌接近7100英里在2017年。然而,即使在这个低里程用电动车代替现有的传统汽车将开始超过四年内削减排放。
有问题的燃油经济性估计
的ifo研究提供了一个示例的潜在陷阱使用测试周期油耗值代替实际性能。研究比较了一生的排放奔驰C 220新3特斯拉模型,考虑排放与汽车生产相关。它发现,特斯拉排放量90%至125%的奔驰汽车的生命周期。
换句话说,尽管它生成的头条新闻,甚至ifo发现EVs范围从略好有点比柴油车辆。
该研究认为52英里每加仑的燃油经济性(mpg)奔驰,明显高于普通的汽车在美国(25英里/加仑的汽油车),但类似于平均燃料经济性在英国(52英里/加仑汽油车和柴油车为61加仑/英里)。然而,不同的燃油经济性测试程序产生截然不同的结果。
而美国环保署燃油经济性数字往往反映实际驾驶条件新欧洲行驶循环(NEDC)值中使用欧盟夸大实际车辆燃油经济性高达50%- - -潜在的更奔驰汽车。
特斯拉模型3能源使用必威体育在线注册研究中假设(每英里241瓦特时),相比之下,只有小于8%EPA估计实际使用(260瓦特时/英里)。使用更现实的估计普通汽车的燃油经济性有很大影响ifo的结果分析,使电动汽车的选择比传统的车辆。
电池排放之间存在较大的差异
这两个ifo研究和国际分析依赖于相同的排放量估算电池制造业:2017年的一项研究由瑞典环境研究所(IVL)。IVL检查研究发表在2010年至2016年之间,并认为电池制造排放很可能在150年和200公斤二氧化碳当量每千瓦时的电池容量。
大多数的研究检查IVL看着电池生产在亚洲,而不是美国或欧洲。IVL的研究还指出,电池技术发展迅速,潜力巨大的制造业减少排放。
IVL的研究受到了相当大的批评,在2019年晚些时候收到了大量的修改。IVL的研究人员现在估计电池制造排放实际上是每千瓦时61至106公斤二氧化碳当量,上限146公斤。低端的估计61公斤的情况下使用的能源电池制造来自零碳来源。必威体育在线注册IVL表明,这种修改是由细胞生产获取的新数据,包括更现实的测量商业规模的能源使用电池工厂近年来大幅扩大规模和产出。必威体育在线注册
必威手机官网碳简要进行了自己的评估文献找到最近发表的估计电池制造的生命周期排放。下面的图显示了17个不同研究的数据,包括7名出版后的2017年IVL估计。它将研究基于电池生产的地区:亚洲(红色),欧洲(浅蓝色),美国(深蓝色)和评论,检查多个区域(灰色)。
近年来发表的大多数研究显示生命周期排放比原IVL的小研究,平均约100公斤的二氧化碳每千瓦时2017年以后出版。这些新的估计以及与修订后的2019年IVL研究数字。在亚洲生产排放估计一般都高于在欧洲或美国,反映煤炭发电的广泛使用。研究相比,直接电池制造与美国或欧洲在亚洲发现亚洲以外的生命周期排放降低20%左右。
许多研究分解排放到采矿、炼油和厂外发生的其他材料生产,以及实际生产过程,电池组装。这些往往会发现大约一半的生命周期排放的结果非现场材料生产,一半来自电力生产过程中使用。这是如下表所示,从2017年IVL报告,组件的生命周期排放和生产阶段。
随着IVL研究注:
“制造业代表很大一部分的生产影响…这意味着生产地点和/或电力混合有很大潜力影响结果。”
这是一个重要的因素要考虑当评估电池排放特斯拉的Gigafactory在内华达州,产生所有的电池模型3中目前使用的车辆。
特斯拉的Gigafactory所在的内华达州,电力,平均约30%碳强度低于美国平均水平。内华达淘汰几乎所有的燃煤发电在过去的二十年里,如下图所示。
特斯拉最近开始建设世界上最大的太阳能屋顶上的Gigafactory,加上电池储存时,应提供所使用的几乎所有的电力设施。
下图显示了当前状态的太阳能电池板安装截至2019年4月18日,尽管该计划几乎整个屋顶是由板安装完成。
的Gigafactory也建关注能源效率、使用材料在可能的情必威体育在线注册况下重用。然而,目前还不清楚实际的能源使用和碳排放与电池生产现场是特斯拉还没有发布任何数必威体育在线注册据。
鉴于低生命周期生产排放估算的研究近年来,制造工厂的位置在一个国家相对低碳发电混合碳短暂提供了一个估计的61公斤每千瓦时基于二氧化碳当量必威手机官网修订IVL研究。
这非常类似于最近在德国估计电池生产能源经济研究中心(必威体育在线注册固定资产)。企业发现,如果电池是利用可再生能源,作为内华达州Gigafactory是目标,碳排放价格将下降到62公斤二氧化碳当量必威体育在线注册每千瓦时。
如何以及何时发电重要吗
EVs气候的好处不仅依赖于国家,使用电动车,而且它被用在什么地区。在美国,例如,有一个广泛的电是如何产生的变化,多清洁电力在加州或纽约等地比在中间的部分国家。
如何发电排放的计算也很重要。虽然很多分析,包括本文前面的,利用平均排放发电,Michalek告诉碳短暂使用这些值可以产生有些误导的结果。必威手机官网
更准确使用边际排放,Michalek说。这反映了发电厂打开来满足新的排放的电动汽车充电的需求。他解释说:
“一些植物,如核能、水能、风能和太阳能一般都充分利用,不会改变他们的发电输出如果你买电动车。什么改变,至少在短期内,主要是煤和天然气发电厂将增加一代为了应对这种新的负载。所以,如果你的问题是“什么是排放的后果如果我买电动车与汽油车,“我认为这是正确的问题的政策,那么答案应该使用间接网格组合(小变化这是边际代混合)而不是平均。边际排放强度混合网格通常高于平均水平。”
然而,边际排放是一种短期预测的电动汽车的影响。随着需求更多的电动汽车被添加到网格,天然气和煤炭资源,目前没有被利用会增加产量,但长期的额外的一代会在线来源。
Michalek解释说,电动汽车采用未来电厂建设的影响是一个活跃的研究领域。
员工2016年,Michalek和同事发表了一篇论文环境研究快报考虑许多因素,包括边际网格结构,环境温度、模式的车辆行驶里程和行驶条件(城市与高速公路)——为了让最精确的可能比较电动汽车和类似传统的车辆。
下图展示了他们的研究结果。在左侧列中,最有效的汽油车——丰田普锐斯相比,是一个全电动汽车,日产Leaf -和两个插电混合动力汽车雪佛兰Volt和丰田普锐斯插电式混合动力车。正确的列显示了相同的分析,但对于一个典型的传统相同大小的车辆——马自达3。每个县红色的国家如果汽油车排放较低和蓝色的电动车有较低的排放。
他们发现,尼桑Leaf电动汽车远远比一个类似的典型传统车辆以外的中西部的部分地区,严重依赖煤炭边际排放。然而,当与最有效的普通汽车相比,电动汽车是接近于零的气候效益或负在该国大部分地区的。
本研究考察了当前的混合发电,这将可能成为低碳车辆操作今天的一生。然而,作者警告说,平均减排量和边际减排之间的关系并不总是清楚。因为边际排放主要来自化石燃料的植物、减排为电动汽车充电会发生主要天然气取代煤炭时,或者当普遍采用电动汽车需要将新的低碳发电设施网络来满足需求。
电动汽车无脱碳不是万灵药
在美国和欧洲,EVs代表大量减少生命周期温室气体排放比传统汽车的平均。这是一个一致的发现绝大多数研究了碳简短。必威手机官网
员工然而,Michalek警告说:
“电动汽车不是目前气候变化的灵丹妙药…生命周期温室气体排放的电动汽车可以类似于甚至大于最有效的汽油或柴油车辆(在美国)。”
随着发电变得更少的碳密集——尤其是在保证金——电动汽车将成为比传统车辆在几乎所有的情况下。有基本限制有效的汽油和柴油汽车如何成为,而低碳电力和提高电池制造效率可以制造的减排和几乎所有的电力使用电动汽车尾气排放。
从传统的汽油和柴油汽车过渡到电动汽车起着很大的作用缓解途径限制全球变暖巴黎协定目标。然而,这取决于快速脱碳发电是有效的。如果国家不取代煤,在较小程度上,天然气,那么电动汽车将仍然远非“零排放”。
方法
我们在前三个数据值估计碳短暂基于我们网格排放因素必威手机官网EPA eGRID 2018修改与Rhodium Group估计2019年和电力燃料循环的估计Michalek等2011。生命周期误差反映电池制造估计从61年到146年kgCO2e每千瓦时(kgCO2e /千瓦时)中使用修订2019年IVL研究,其中央范围61 - 100 kgco2e /千瓦时。
欧盟平均水平和每个国家电网2019年来自排放因素沙袋2020。叶排放是基于一个40千瓦时电池,燃料经济的估计26千瓦时每100英里和高端中央保守估计100 kgco2 / kWh电池生产。
标致208 1.6 BlueHDi用于原始大厅和Lutsey 2018图取代了2019年的丰田普锐斯混合动力汽车生态,哪个更大小的叶子和模型3和最高任何商用汽车的燃油经济性,56英里每加仑EPA评级——这是类似于燃料中使用实际驾驶条件。
模型3排放估计使用燃料的经济价值25千瓦时每100英里远程75 kwh电池模型。Non-battery生产排放被认为是相同的日产Leaf中使用国际分析。电池内华达Gigafactory排放被认为是在底部的中央IVL研究范围从- 61 kgco2e /千瓦时-基于零碳一代的组合结构,节能措施的广泛使用在制造和现场可再生能源的使用在文章中讨论。必威体育在线注册
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更新6-2-2020:
本文更新包括新的电池制造排放值从2019年修订的IVL研究中,取代了2017年IVL研究值用于本文的原始版本。