中国新能源汽车供应链驱动的全球隐性物质流远超终端材料消耗

《Nature Communications》：Global hidden material flows triggered by China’s vehicle supply chain far exceed eventual material use

为揭示电动汽车转型中的资源环境代价，本研究构建了全球矿山级数据库与供应链分析框架，量化中国乘用车生产的全物质需求（TMR）。结果表明，每辆新能源汽车（NEV）的隐性物质流（如废石、尾矿）是传统燃油车（ICEV）的3倍以上，且仅3%的开采材料最终用于车辆制造，48%的隐性物质流转移至海外。研究为平衡碳减排与资源可持续性提供了关键科学依据。

　　

随着全球碳中和目标的推进，电动汽车（EV）作为替代传统燃油车（ICEV）的关键技术，其市场规模迅猛扩张。然而，这一转型在降低运营碳排放的同时，也引发了新的环境隐忧：电动汽车对锂（Li）、钴（Co）、镍（Ni）等关键矿物的需求激增，导致采矿活动加剧，并产生大量“隐性物质流”（Hidden Flows）——包括开采过程中的覆土、废石和尾矿等未被利用的物质。这些隐性物质流通常可达有用资源的数百倍，但因其不直接参与国际贸易，其环境代价长期被忽视。尤其对于中国这一全球最大的新能源汽车（NEV）生产与消费国，其供应链拉动的全球资源开采与废物排放格局尚未被系统量化。

为厘清电动汽车转型的全面环境成本，由日本东北大学、北京大学等多国学者组成的研究团队，在《Nature Communications》发表了题为“Global hidden material flows triggered by China’s vehicle supply chain far exceed eventual material use”的研究。团队开发了全球矿山级数据库与生命周期全物质需求（TMR）量化框架，首次揭示了中国乘用车供应链驱动的隐性物质流规模、空间分布及其环境不平等性。

研究的关键技术方法包括：

1. 1.
   全球矿山级数据库构建：整合1784个矿山的矿石品位、废料量、产量与地理位置数据，覆盖铁（Fe）、铝（Al）、铜（Cu）等12种金属及煤炭资源；
2. 2.
   供应链TMR量化模型：基于物质流分析（SFA）与投入产出法（IO-MFA），追踪从采矿、选矿、冶炼到车辆组装的1126种产品的物质流动；
3. 3.
   多区域贸易网络分析：结合28个国家的贸易数据，解析隐性物质流的国际转移路径；
4. 4.
   材料效率与减排潜力评估：通过情景分析（如电池技术替代、铜回收）量化TMR削减潜力。

TMR系数揭示NEV隐性成本显著高于ICEV

研究显示，新能源汽车的TMR系数（每辆车生命周期所需开采的总物质量）远高于传统燃油车。以纯电动汽车（BEV）为例，其TMR系数达159吨/辆，而ICEV仅为48吨/辆。尽管NEV的直接材料用量与ICEV相当（93-104%），但其隐性物质流高出183-330%，主要归因于电池（如NMC111、NCA类型）与燃料电池所需的铂、铜等低品位矿物开采。其中，铜的使用每增加0.04-0.09吨/车，即额外产生28-51吨隐性物质流。

材料效率低下：仅3%开采资源进入汽车 sector

2019年，中国乘用车生产共驱动1163百万吨（Mt）物质从岩石圈开采，其中仅57Mt为直接开采矿物，最终31Mt用于车辆制造，隐性物质流达1106Mt，是有用资源的35倍。全行业材料效率低至3%，关键矿物如铂（Pt）、钴（Co）、铜（Cu）的效率仅0.0002%、0.1%与0.2%，而锰（Mn）、铁（Fe）等因品位较高，效率可达15.5%与6.8%。能源密集型工序（如冶炼）因煤炭消耗进一步拉低效率。

隐性物质流高度国际化：48%转移至海外

中国乘用车生产的TMR中，48%由海外国家承担，主要集中于智利（铜）、澳大利亚（铁）、秘鲁（铜）和南非（铂）。这一不平等分布源于中国对进口高TMR系数矿物的依赖，以及本国矿产品位偏低（如中国铜矿品位0.64%，低于全球历史水平）。NEV的生产进一步加剧海外负担，其TMR的60-74%发生于国外，尤其是燃料电池车（FCV）对南非铂的依赖。

环境影响与减排路径

隐性物质流直接关联碳排放与生态破坏。按每100吨土壤碳释放4.6吨CO₂估算，2019年中国乘用车供应链开采活动可能导致53Mt CO₂释放，相当于秘鲁年排放量。研究提出三大减排路径：

1. 1.
   铜回收替代：用二次铜替代原生铜可削减35%隐性物质流；
2. 2.
   电池技术优化：以LFP电池替代NMC/NCA类型，2019年可降3% TMR，至2050年潜力达12%；
3. 3.
   清洁能源转型：降低冶炼等工序的煤炭依赖。

结论与展望

本研究通过高分辨率TMR框架，揭示了电动汽车转型中隐性物质流的规模与空间分异，突破了既往研究对全球平均值或高收入经济体的局限。中国作为核心产销国，其供应链驱动的环境代价高度国际化，呼吁上下游协同治理：资源供应国需提升采矿透明度与低TMR矿山优先级；制造国应强化负责任采购与材料高效设计。将TMR指标纳入可持续发展目标（SDG 12）与生命周期评价（LCA）体系，可为全球电动出行转型的可持续性提供新维度。