如今,似乎每家汽车制造商——从专注于豪华车型到更注重经济实用的——都在涉足电动汽车。随着美国出台有关购买激励措施和基础设施改进的新政策,消费者也可能更加支持。但考虑到生产过程中的某些问题,许多人仍然担心电动汽车整体上是否真的对环境更好。
尽管人们担心开采电池材料和电动汽车本身制造过程产生的污染,但Popular Science采访的环保和能源专家表示,总的来说,电动汽车仍然比同类汽油或柴油汽车对环境更好。
将一辆典型的商用电动汽车与同尺寸的汽油车进行比较,在许多不同方面都存在优势。
“例如,我们知道,如果从二氧化碳排放、温室气体排放来看,在典型电网运行的电动汽车,在其整个生命周期内,温室气体排放量更少,”阿贡国家实验室的能源与环境分析师 Dave Gohlke 说。“燃料消耗(使用电力而不是燃烧石油来产生燃料)每英里以及车辆预期寿命期间的排放量更少。”
电力是如何产生的
对于温室气体排放,还值得考虑为电动汽车充电的电力是如何产生的。煤炭或石油燃烧发电厂产生的电力排放量高于天然气发电厂,而核能和可再生能源的排放量最少。但 Gohlke 说,即使是从燃煤电厂获取电力的电动汽车,与同尺寸的汽油车相比,排放量也更少。“这是因为燃煤电厂规模庞大。它能够以更好的规模、[更]高效地发电,而不是你汽车引擎盖下相对较小的引擎。”发电厂还可以安装设备来净化烟囱或捕获一些产生的排放物。
电动汽车也没有尾气排放,这意味着减少了对局部空气污染有贡献的颗粒物或雾霾前体物质。
耶鲁大学环境学院环境与能源经济学教授 Kenneth Gillingham 说:“目前最新的最佳证据表明,在美国几乎所有地方,电动汽车都比传统汽车对环境更好。“对环境有多好取决于你在哪里充电以及何时充电。”
与汽油车中的火花点火发动机或柴油车中的压燃式发动机相比,电动机的效率更高,而这些发动机通常会产生大量废热和能量损失。
我们来谈谈电动汽车的生产
麻省理工学院数据、系统与社会学教授 Jessika Trancik 说:“任何技术都有其缺点,这肯定是真的。技术需要使用资源,我们拥有的原材料,并将它们转化为新形式。“而这通常会带来一些环境影响。从这个意义上说,没有完美的技术,但当评估一项技术时,我们必须考虑它提供的服务,以及提供相同服务的替代技术是什么。”
制造电动汽车会在生产过程中产生污染。密歇根大学可持续系统中心主任 Gregory Keoleian 说:“生产电动汽车的温室气体排放量几乎是内燃机汽车的两倍……这主要是由于电池。实际上,您增加了生产汽车的温室气体排放量,但由于车辆使用中的显著节省,最终会产生整体生命周期的效益或减少。“我们发现,在整个生命周期中,考虑到温度效应和电网效应,在美国平均而言,与新的内燃机汽车相比,新的电动汽车的温室气体排放量减少了 57%。”
在减少车辆运行相关的温室气体排放方面,纯电池电动汽车效果最好,其次是插电式混合动力汽车,然后是混合动力汽车,内燃机汽车的表现最差,Keoleian 指出。对于一些司机来说,里程焦虑可能仍然是他们最关心的问题,但他补充说,拥有多辆车的家庭可以考虑多样化他们的车队,在适当的时候增加一辆电动汽车用于日常使用,并将燃油车(或混合动力汽车的燃油功能)用于长途旅行。
生产和运营电动汽车的成本开始超过同款燃油汽车的盈亏平衡点大约在两年或行驶 20,000 到 50,000 英里时发生。但这种情况可能因具体情况而略有不同。“如果你几乎没有碳排放的电力,而且几乎只使用屋顶太阳能电池板充电,那么盈亏平衡点会提前。”Gohlke 说。“如果你所在的地区电网碳含量非常高,那么盈亏平衡点会稍晚一些。这也取决于你的车辆风格,因为其中使用的材料不同。”
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Gohlke 指出,根据注册数据,目前电动汽车的平均车龄约为 12 年。这些车辆预计在其生命周期内将行驶约 200,000 英里。
Gohlke 说:“显然,如果你刚从经销商那里开出来就撞到灯柱上,那辆车只开了一英里,那么这辆车的内嵌排放量就会比你第一次驾驶就报废一辆汽油车还要多。“但如果你看看所有车辆,所有 2 亿多辆在用的车辆,以及我们预计它们能存活多久,在其生命周期内,每辆电动汽车预计比同等的汽油车消耗的能源更少,排放的污染物也更少。”
Gillingham 表示,为了说明这一点,提取和运输石油等化石燃料同样消耗大量能源。他认为,当权衡这些因素时,电动汽车的生产似乎并不比汽油车的生产糟糕多少。“越来越多地,它们实际上看起来更好,这取决于电池化学成分和电池的制造地点。”
虽然矿山确实存在问题,但石油经济已经对环境造成了很大的破坏,并且仍在继续这样做。因此,提高个人车辆效率需要与减少总体消费相结合。
电动汽车电池正在变得更好
稀有金属等矿产开采可能会带来有害的社会和环境影响,但这是一个整个经济体都存在的问题。Trancik 说,电池中使用了许多金属,但金属的使用并非新鲜事。许多人日常使用的各种家用产品和电器中都含有金属。
此外,在过去的十年里,电池技术和车辆工程本身取得了巨大进步。电池变得更便宜、更安全、更耐用、充电更快,而且寿命更长。
Gillingham 说:“仍然有很大的改进空间。电池化学成分、封装和冷却系统以及管理电池的软件都有改进的空间。”
目前电动汽车中使用的两种主要电池是 NMC(镍锰钴)和 LFP(磷酸铁锂)。NMC 电池倾向于使用更多来自刚果的钴等贵金属,但它们的能量密度也更高。LFP 使用更丰富的金属。虽然这项技术发展迅速,但仍处于早期阶段,对寒冷天气敏感,能量密度也不那么高。LFP 适用于公用事业规模的场合,例如为电网存储电力。
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在减少去维修店的次数方面,电动汽车也具有优势;传统汽车有更多的活动部件容易损坏。Gillingham 说:“传统汽车的维修可能性更大。”他表示,在他的研究中有一些开了八年、行驶了 30 万英里的特斯拉,这意味着,尽管电池确实会逐年略有损耗,但损耗相当温和。
最终,如果电动汽车市场大幅增长,并且有大量此类车辆流通,那么回收利用汽车中的金属可以增加它们的效益。“Trancik 说,这是内燃机汽车燃烧过的化石燃料无法真正做到的。“有可能在金属的供应链中建立这种循环性,而这对于化石燃料来说并不容易实现。”
由于电池在环境成本上相当高,因此最理想的情况是,对电动汽车感兴趣的消费者选择电池容量较小的汽车,或者选择大部分时间使用电池供电的插电式混合动力汽车。Gillingham 说:“一辆丰田卡罗拉大小的车,可能带有一些混合动力技术,在许多情况下,比一辆巨大的悍马大小的电动汽车对环境更好。”(这篇《纽约时报》文章中的图表有助于可视化这种区别。)
政策可以如何提供帮助
电动汽车对环境已经更好,并且还在不断变得更好。
使电动汽车变得更好的最大因素是电网能否完全实现零碳排放。提供碳中和电力补贴的政策,或者通过碳税激励更清洁的电力,都可以在这方面有所帮助。
另一个能够带来改变的方面是鼓励更高效的电动汽车,并抑制生产巨大的电动汽车。Gillingham 说:“有些人可能需要皮卡车来工作。但如果你不需要一辆大车来实际活动,拥有一辆尺寸更合理的汽车肯定更好。”
此外,将公共交通、巴士以及像美国邮政服务运营的卡车车队等车辆电动化,由于其使用频率很高,可以产生巨大的影响。将这些车辆电动化可以减少怠速造成的空气污染,并且可以优化路线设计,使其不需要那么大的电池。
Gillingham 说:“总的来说,电动汽车的推出速度比需求所支持的要慢……电动汽车的潜在市场更大。”目前的停滞主要是由于供应链问题。
Gillingham 说,当然,完全转向电动汽车并不是解决世界环境问题的最终方案。目前,汽车文化深深植根于美国文化和整体消费主义中,这很难改变。在交通运输方面的气候政策,需要解决人们使用的所有不同交通方式以及工业能源服务,以降低整体温室气体排放。
最环保的交通方式是步行,其次是骑自行车,然后是乘坐公共交通。电动化可以电动化的车辆固然很好,但政策还应考虑城市的规划方式——它们是否适合步行,是否宜居,以及是否有可靠的公共交通系统连接社区与他们需要去的地方?
Trancik 说:“确实有许多不同的交通方式需要解决,需要支持绿色交通方式。“我们真的需要全面地考虑所有这些减少温室气体排放的方式。”