循环，但并非必然可持续：泰国电动汽车电池梯次利用的行星边界筛查

《Sustainable Production and Consumption》：Circular, but not automatically sustainable: Planetary-boundary screening of second-life EV batteries in Thailand

　　

**摘要**

二次利用电动汽车（EV）电池被视为循环储能资产。然而，重复利用是否能降低环境负担，取决于其所提供的服务类型、电池各生命周期阶段间负担的分配方式，以及为其充电所使用的电力。本研究评估了在泰国四种固定式应用场景下二次利用磷酸铁锂（LFP）电动汽车电池的表现：商业与工业（C&I）削峰填谷、电动汽车充电缓冲、电信基站备用电源以及数据中心UPS增强型供电。每种场景均与功能等价的替代方案进行了比较：一套全新LFP系统，以及在备用电源场景下与阀控密封式铅酸（VRLA）电池进行比较。本研究采用归因型生命周期评估方法，使用针对不同应用场景的服役寿命和能量吞吐量，在第一次生命周期和第二次生命周期之间进行能量吞吐量分配，并选取了六项ReCiPe 2016 v1.1 (H) 中间类别（气候变化、细颗粒物形成、陆地酸化、淡水富营养化、光化学臭氧形成以及水资源消耗）。针对气候变化、淡水富营养化和水资源消耗三项指标，进一步进行了绝对环境可持续性评估（AESA），采用祖传继承法和能源需求共享原则将行星边界缩小至电力层面，并运用蒙特卡洛不确定性分析（N = 10,000）。在能源转移类应用中，二次利用系统的表现与全新LFP系统相当（0.72–0.74对比0.70–0.73 kg CO?当量/每kWh交付电量），原因是泰国电网充电电力贡献了77%的碳足迹；仅采用截断法分配时，重复利用才显示出更低的环境影响。在电信备用场景中，与全新LFP系统相比，二次利用系统在气候变化方面降低了61%（5–95%区间：50–65%），但在50/50分配或服役时间分配下，这一优势缩小至7–10%。在此次筛查中，在任何共享原则下，均无能量交付路径能保持在按1.5°C气候目标缩小后的允许范围内，即便假设碳预算到2050年降至净零（比值为1.9–9.2）。二次利用电池属于循环型资产，但并非自动可持续：其效益取决于应用场景、各生命周期间的分配方式以及电网脱碳进程。

**引言**

电动汽车（EV）的快速增长正在重塑全球交通、储能和关键材料需求格局。2024年，能源领域电池需求达到约1太瓦时（TWh），其中电动汽车电池贡献超过950吉瓦时（GWh），仍是电池部署的主要驱动力（国际能源署[IEA]，2025a）。这一扩张对交通脱碳至关重要，但也带来了并行的可持续性挑战：大量锂离子电池将在退出汽车服务后仍保留有用的电化学容量。由于电池制造是能源和材料密集型产业，仅靠在第一车辆寿命结束时回收退役电动汽车电池，可能无法完全捕获其剩余价值。因此，二次利用作为一种有前景的循环经济路径应运而生，使退役电池在进入最终回收前可被重新用于固定式储能系统（Alam等，2026a）。

这一问题尤其重要，因为退役电动汽车电池往往不再适合车辆驱动，但仍可能保留原始容量的约70%–80%，使其在技术要求较低的应用场景中具有技术吸引力，如商业削峰、电动汽车充电缓冲、电信备用、可再生能源支持以及数据中心备用系统（Gharebaghi等，2025；Sarker等，2026）。近期研究表明，二次利用电池可通过减少对全新制造固定式电池的需求以及延缓对原生电池材料供应链的压力，为能源和材料安全做出贡献（Aguilar Lopez等，2024；Hua等，2020）。对于东南亚包括泰国在内的新兴电动汽车市场而言，这一问题尤为相关，因为电动汽车采用、电网脱碳、工业电池供应链以及未来的退役电池流向正同步发展。在此背景下，二次利用部署不仅是一个废弃物管理问题，更是循环经济型交通、储能和可持续工业规划的战略性问题。

然而，不应假定二次利用电池自动具有环境效益。其表现取决于退役电池的状况、健康状态、放电深度、往返效率、辅助电力需求、热管理需要、安全要求、物流条件、翻新强度、更换率以及最终回收路径（Alam和Gheewala，2026a）。此外，应用场景本身也强烈影响环境结果，因为频繁用于削峰或电动汽车充电的电池所经历的工况循环与主要用于电信备用或高可用性数据中心应用的电池截然不同。近期研究还强调，退化、使用模式和系统效率中的不确定性可以显著影响生命周期评估结果（Kang等，2025；Beatty等，2025）。这些挑战因电池历史数据获取受限、缺乏标准化的二次利用测试程序、所有权不确定性、认证障碍以及新兴的电池护照和可追溯性要求而进一步复杂化（Rufino Júnior等，2024；Alam等，2026b）。

越来越多的文献已探讨了二次利用电池在固定式储能方面的技术、经济和环境意义。综述研究强调了其延长电池服役寿命和减少全新制造电池需求的潜力，同时也识别了与电池健康评估、安全筛查、电池管理系统、经济可行性和政策支持相关的重要挑战（Neigum和Wang，2024；Gharebaghi等，2025）。在此基础上，生命周期评估（LCA）研究将二次利用与即时回收及其他退役路径进行了比较。这些研究普遍认为，当电池重复利用能够避免或延缓新电池的生产，或替代碳强度更高的能源系统时，可以减少环境负担（Alam和Gheewala，2026b；Yang等，2024；Ma等，2024）。更近期的研究通过引入不确定性以及考察情境特定的权衡关系拓展了这一工作。概率型生命周期方法已被引入以考虑电池性能和寿命中的不确定性，而泰国方面的研究则在不同电力组合假设下评估了即时回收与二次利用改造的环境影响（Akbar和Gheewala，2026；Kang等，2025；Sitcharangsie等，2025）。

尽管取得了这些进展，大多数传统LCA研究以相对方式评估可持续性，例如二次利用电池与全新电池、即时回收或传统化石燃料备用系统相比表现更好还是更差。此类比较有助于识别更优的替代方案，但无法判断由此产生的环境负担在绝对水平上是否足够低。特别是，它们不能表明二次利用电池系统是否在地球安全运行空间中被分配的份额之内运行。这一局限性促使人们日益关注将LCA与绝对环境可持续性评估（AESA）及行星边界方法相结合。Ali等（2025）开发了一种参数化LCA模型，用于锂离子电池组的绝对可持续性评估；Kumar等（2025）提出了一种AESA方法论并应用于钠离子和锂离子电池；Lavisse等（2024）开发了一个框架，用于评估电池技术在行星边界内的扩展；Domingues和Souza（2026）将基于行星边界的LCA应用于电动汽车电池生产，表明结果强烈受所选共享原则的影响。类似地，Kronemeyer等（2025）考察了电池产业持续扩张能否保持在行星限度之内。

然而，在将这些方法应用于二次利用固定式电池方面仍存在重要空白。现有研究主要聚焦于电池生产、技术比较、产业规模扩展或汽车应用，而非二次利用电池在固定式系统中所提供的具体服务。这一点很重要，因为不同应用并不功能等价：用于能源转移的每千瓦时电量与备用容量及可用性所提供的服务不同，因此比较需要针对应用场景的功能单位和适当的替代方案（如全新电池或铅酸备用系统）。此外，重复利用的环境表现强烈依赖于制造和退役负担如何在第一次生命周期、第二次生命周期和回收阶段之间进行分配，但这一方法学选择往往未明确说明或系统测试。另一个局限在于行星边界评估方面，全球边界可能在缺乏明确定义的共享原则或不确定性分析的情况下进行缩小，使得关于系统是否"在边界内"运行的分类难以充分论证。这些问题对于泰国等新兴市场尤为相关，因为其二次利用电池部署正在一个仍主要依赖天然气和煤炭的电力系统中发展。

据此，本研究评估了二次利用磷酸铁锂（LFP）电动汽车电池在泰国四种固定式应用场景中的表现：商业与工业（C&I）削峰填谷、电动汽车充电缓冲、电信基站备用以及数据中心UPS增强型供电。研究提出两个问题：（i）相对于功能等价的替代方案，重复利用是否降低了生命周期影响，且这一结论对各生命周期间分配方式和参数不确定性的稳健程度如何？（ii）在不同的共享原则下，各能量交付路径是否保持在气候变化、淡水富营养化和水资源消耗方面按行星边界缩小后的安全运行空间份额之内？

本研究做出四项贡献。第一，使用与各自服务相匹配的功能单位（交付电量对比维持备用容量）将二次利用应用场景进行比较，并与功能等价的替代方案（全新LFP电池和阀控密封式铅酸电池）进行对比，而非在单一尺度上对性质不同的服务进行排名。第二，基于初始和退役时的健康状态（SOH）以及日历和循环老化，推导出针对应用场景的服役寿命和能量吞吐量。第三，明确展示了第一次生命周期、第二次生命周期与回收之间的分配方式，并测试了四种分配规则。第四，采用祖传继承法和能源需求共享原则将行星边界缩小至电力层面，并报告了每一项AESA比值及其蒙特卡洛不确定性区间。模型以开放的Excel工作簿和Python笔记本形式提供。数值结果特定于泰国电网，但该方法可推广至其他地区。

**节选片段**

**材料与方法**

"材料与方法"部分分为七个子章节。第2.1节定义了研究的目标、范围和功能单位，并介绍了功能等价的替代系统。第2.2节描述了系统边界以及共享负担在第一次生命周期、第二次生命周期和回收之间的分配方式。第2.3节介绍了生命周期清单，涵盖运输、电池生产、翻新、退役处理、泰国电网电力以及VRLA……

**结果**

结果分为五个子章节呈现。第3.1节报告了支撑所有后续结果的针对应用场景的服役寿命、能量吞吐量和分配份额。第3.2节将各应用场景中的二次利用系统与其功能等价替代方案进行了比较。第3.3节考察了各生命周期间共享负担分配如何影响这些比较。第3.4节呈现了在不同共享……

**讨论**

结果表明，重复利用的环境效益是条件性的。重复利用延长了已经开采和加工过的材料的服务期。这是否能转化为比功能等价的新系统更低的生命周期影响，取决于三个因素：电池所提供的服务类型、原始制造负担如何在各生命周期间分配，以及为其充电所用电力的碳强度。这与近期研究表明的一致性相符……

**结论**

本研究评估了二次利用LFP电动汽车电池在泰国四种固定式应用场景（C&I削峰填谷、电动汽车充电缓冲、电信基站备用以及数据中心UPS增强型供电）中相对于功能等价替代方案的表现。评估采用了针对应用场景的功能单位、服役寿命和能量吞吐量，明确了各生命周期间共享负担的分配方式，使用ReCiPe 2016 v1.1 (H) 对六项中间类别进行了特征化，并在不同的共享……

**CRediT作者贡献声明**

Zeshan Alam：写作—审阅与编辑、写作—初稿撰写、可视化、形式化分析、概念设计。Shabbir H. Gheewala：写作—审阅与编辑、监督指导、资源提供、方法论、概念设计。

**生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的使用声明**

在本工作的准备过程中，作者仅在Google Colab中使用Gemini进行编程辅助以及调试用于生成图表的Python代码（运行于Google Colaboratory）。AI工具未被用于撰写手稿正文、生成或修改数据、构建生命周期清单、执行影响评估或AESA/行星边界计算，亦未用于解释结果。

**资金来源**

本研究由泰国吞武里皇康蒙库特理工大学Petchra Pra Jom Klao博士研究奖学金资助，项目编号23/2567。

**利益冲突声明**

作者声明不存在任何已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

**致谢**

感谢泰国吞武里皇康蒙库特理工大学通过Petchra Pra Jom Klao博士研究奖学金（编号23/2567）提供的支持。感谢泰国吞武里皇康蒙库特理工大学能源与环境联合研究生院提供的支持。

Zeshan Alam | Shabbir H. Gheewala