中国电动汽车与燃油车碳平衡点的全生命周期评估：基于电池类型与区域电网的多维分析

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Carbon breakeven analysis of electric versus internal combustion engine vehicles in China: a life cycle assessment

本研究针对电动汽车(EV)与内燃机汽车(ICEV)碳排放特性互补的现状，通过构建覆盖生产、分销、使用阶段的全生命周期评估(LCA)模型，系统量化了中国市场ICEV、纯电动汽车(BEV)和插电混动汽车(PHEV)的碳平衡点。研究发现BEV/PHEV虽生产排放高出11%–132%，但凭借较低运营排放可实现碳平衡。LFP电池车辆平衡里程显著短于NCM电池车型，且区域电网碳强度（如西南电网降低19.7%–38.0%）和PHEV使用模式对平衡点影响显著。该研究为制定差异化EV推广策略和电网低碳转型提供了科学依据。

　　

随着全球温室气体排放量在2023年达到576亿吨二氧化碳当量(CO₂, eq)，其中交通运输部门贡献81亿吨（15%），而乘用车占比高达45%，应对气候危机已成为国际社会紧迫任务。欧盟通过"Fit for 55"框架将新车碳排放限值降至81 g CO₂, eq/km，中国也将电动汽车纳入碳标签认证体系，推动汽车碳足迹核算。在各类电动汽车中，纯电动汽车(BEV)因其运行阶段零直接排放而被视为交通脱碳的关键，但其碳足迹高度集中在生产阶段——动力电池制造排放达80–120 kg CO₂, eq/kWh，是传统动力系统的2–3倍。加之电力发电的间接排放，使得准确量化全生命周期碳排放对评估电动汽车环境效益至关重要。

在此背景下，上海理工大学机械工程学院的研究团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表了题为"Carbon breakeven analysis of electric versus internal combustion engine vehicles in China: a life cycle assessment"的研究论文。该研究通过建立全链条LCA模型，系统评估了ICEV、BEV和PHEV在中国情境下的碳平衡点和排放特征，创新性地整合了电池类型（NCM和LFP）、区域电网碳强度和PHEV使用模式等多维变量。

研究采用标准化LCA框架，基于GaBi 10.6软件，应用CML 2016和ReCiPe 2016 v1.1方法，量化了三种车型在生产和分销阶段的碳足迹，并建立了单位里程碳足迹计算模型。功能单元定义为完整车辆（生产分销阶段）和1 kWh电池容量（电池生产阶段），车辆寿命设定为20万公里。研究选取2023年中国紧凑型车销量前十车型为参考，通过GREET模型进行材料质量分配，并分析了七大区域电网（华北、东北、华东、华中、华南、西南、西北）和不同时间节点（2023、2030、2060）的影响。

生命周期碳足迹核算

生产阶段碳足迹显示，BEV（9,334-14,307 kg CO₂, eq）最高，ICEV（5,497 kg CO₂, eq）次之，PHEV（6,380 kg CO₂, eq）最低。NCM电池碳足迹（7,040-8,448 kg CO₂, eq）显著高于LFP电池（4,197 kg CO₂, eq），主要差异来自正极材料和钴含量。分销阶段碳足迹（105.4-113.2 kg CO₂, eq）远低于生产阶段，证实生产阶段是EV碳足迹主要来源。

三种车型碳平衡点评估

PHEV（LFP电池）与ICEV的碳平衡点最早出现（14,509 km），其次是LFP-BEV（36,751 km），NCM-BEV需70,511-87,231 km。BEV平衡点延迟的两个关键因素：大容量动力电池生产的高碳足迹增加了初始碳存量；中国以煤为主的电力结构碳减排潜力有限。PHEV因生产足迹接近ICEV且使用阶段部分电动化，展现出更优的早期碳减排效果。

其他平衡点评估

在十项环境指标中，酸化潜力(AP)和富营养化潜力(EP)等指标未达到平衡点。BEV的AP显著高于ICEV和PHEV，主要源于NCM电池生产使用的硫酸。人类毒性潜力(HTP)中，ICEV与PHEV在83,333 km处出现平衡点。生态毒性潜力（FETP、METP、TETP）中识别出多个平衡点，如ICEV与BEV的FETP平衡点为10,995 km。

敏感性分析

电网结构演变影响显著：全球平均电网强度下，平衡点里程降低18.8%；中国区域电网中，西南和华南电网（以水电为主）表现最优，平衡点降低19.7%-38.0%，而华北电网（火电占比>90%）则增加19.6%-37.8%。在2060年碳中和情景下，BEV平衡点里程降低49.1%，生命周期碳足迹减少26%-48.6%。

PHEV使用模式分析表明，在当前中国电网条件下，汽油主导模式比电力主导模式碳减排优势更显著，平衡点里程降低25%，碳足迹减少7.7%。

研究结论指出，在2023年中国平均碳强度条件下，PHEV和LFP-BEV已展现生命周期碳减排优势，而其他BEV电池类型需行驶7-8万公里才能实现碳平衡。区域差异显著，西南和华南电网供电的EV碳减排效益最强。随着中国双碳政策推进，2030年碳达峰和2060年碳中和目标将推动碳平衡点持续下降。

该研究的创新之处在于建立了涵盖多电池类型、多区域电网、多使用场景的系统性LCA框架，为制定差异化电动汽车推广策略提供了科学依据。研究结果强调，在当前技术条件下，LFP电池车辆（特别是PHEV）是更环保的选择，建议在排放敏感型消费场景优先推广。未来研究可纳入回收阶段、区域能源动态和新动力技术，进一步完善交通部门脱碳策略。