新能源汽车发展态势带来的思考(下)
栏目:行业新闻 发布时间:2018-09-25
为什么电动机和铅酸电池发明了这么久,依然赶不上内燃机呢?

为什么电动机和铅酸电池发明了这么久,依然赶不上内燃机呢?在政策利好下,新能源车发展势头迅猛,然而这个势头将导向何方,可能产生怎样的负面影响,还需将潜在风险因素提上桌面加以谨慎研讨。

 

1.动力电池能量密度瓶颈长期难以突破,与化石能源差距大 

动力电池能量密度指的是一定空间或质量物质中储存能量的大小,是新能源车发展中的技术重点,直接关系到电动车的性能和续航里程。现代汽车的结构设计比较固定,留给电池组的空间有限,电池数量被限制在某个区间内无法大幅提升,因此增加电量的关键在于提高电池能量密度。 

制约性现实是,电动汽车所用的锂电池属于化学能,能量密度存在天花板。目前制约锂离子电池发展的主要因素是正极材料的能量密度,然而大多数正极材料都含有过渡金属元素,其摩尔质量较大,能量密度提高受限。 

此外,电池能量密度在历史上一直是攻关难点且进展缓慢。自1992年索尼将锂离子电池商业化后,锂离子电池已经发展了近三十年,在能量密度方面虽有进步,但总体进步幅度不大。

 

2.受限于锂、钴、镍的稀缺性,新能源车成本可能随产量增加而大幅攀升 

相比于内燃机会随着量产而降低成本,新能源车却很可能呈现相反的趋势。新能源车的生产成本中,电池驱动系统占了汽车成本的30-45%,其中动力电池又占了驱动系统75-85%的成本构成,成本尤高的是电池中用到的锂、钴、镍等稀缺金属。一台新能源车的动力电池,要使用几十千克的锂、钴、镍等原材料,生产1万台和生产10万台,每台车的成本下降幅度有限。锂、钴、镍在地壳内储量中占比很低,钴仅占0.004%左右,锂占0.003%左右,属于重要战略资源。目前我国80%的钴以及70%的锂、镍资源都依赖进口。 

在短期之内,如没有重大的革命性的技术突破,用电动车在可见的未来完全取代内燃机汽车是缺乏依据的。尽管技术的突破又可能发生,但在未发生之前,不能盲目乐观。促进技术革命的一条重要途径是加大研发支持力度,而产业补贴很可能与促进技术革命的初衷背道而驰。

 

3.新能源车带来的严峻环境污染挑战和电池回收难题 

电动车的一大卖点是在使用的地方局部排放少,这对其用于人口密集的市区里跑的出租车、公共汽车,有其优越性。但中国电网里的电目前是67%靠煤,即使在2050年,中国仍然有50%的电靠煤来发;那么表面是我们是用电开车,实际上我们目前主要是用煤开车。加上电池在生产过程和未来回收的碳排放,电动车的碳排放量及污染物排放量与今天的燃油车相比,是增加了而不是减少了。根据全生命周期分析,在全球增温潜能影响方面,电动汽车的负面影响比汽油发动机汽车低24%,比柴油发动机汽车低10%-14%。但如果考虑到电动汽车所使用的电力来源,情况就不同了:2017年煤电占全国发电量的67%,电动汽车使用煤电为主的电力,其对环境的负面影响甚至高出柴油发动机和汽油发动机17%-27%。根据清华大学研究团队于2017年发表在国际著名期刊《应用能源》上的研究成果显示,中国的新能源汽车在其生产制造过程,所产生的温室气体排放量实际上比内燃机汽车高出50%。

电动汽车电池的生产也耗费了大量的电力:初期制造一辆电动汽车和电池的碳排放量占到了电动汽车整个使用周期碳排放量的40%左右,相当于制造一辆汽油发动机汽车碳排放量的两倍。

更严峻的环境污染挑战或许还来自新能源车报废电池带来的污染。与我国规模庞大的动力电池市场相伴随的是动力电池报废量的快速增长。电动汽车动力电池的使用寿命通常为5-8年,从2017年起我国将迎来首批动力电池退役潮。据统计:到2020年,我国动力锂电池的报废量将达32.2GWh,约50万吨;到2023年,报废量将达到101GWh,约120万吨。

动力电池中所含的镍、钴、锰等重金属,以及电解液、含氟有机物都是重污染物。例如,钴金属是一种高致癌毒物,人接触钴金属可能导致肺、神经和呼吸道病变;动力电池电解液中的六氟磷酸锂在空气环境中容易水解产生五氟化磷、氟化氢等有害物质,对人体、动植物有强烈腐蚀作用;废旧动力电池中还含有300-1000V不等的高压,在回收、拆解、处理过程中操作不当可能带来起火爆炸、重金属污染、有机物废气排放等多种问题。

电池中的重金属能够诱使人们回收电池吗?事实是,虽然锂、镍、钴等元素价格很高,但要完成整套回收获取这些金属的收益,其成本高过开掘新矿——这势必会带来电池回收动力缺乏。如不回收,当几百万个剧毒的废旧电池分布在中国各地,当这些剧毒品泄露后,对土壤及地下水的污染将是环境的灾难。 

伴随新能源汽车高速发展产生的大量动力电池报废,以及其背后的回收难题、污染威胁,实际已迫在眉睫。

 

小结: 

从技术、成本、环保这三方面来看,新能源车是否值得持续扩大生产,乃至成为汽车产业主导方向,还需要谨慎的思考决策。新能源车在人口密集的城市作为出租车、公共汽车等有其优势;如果没有革命性的技术突破,电动车很难在可见的未来成为主流;因此,小编建议加大包括电动汽车、燃料电池汽车及甲醇车等多种汽车技术的研发,但在技术发明没有突破之前,产业补贴要谨慎。在公平市场竞争环境下让有市场竞争力的技术胜出,更利于行业长期健康发展。

 

素材来源:凤凰网财经  学者:刘科,吴昌宁

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