退役一辆完全运行的内燃机汽车的气候效益

《SCIENCE》：The climate benefits of retiring a fully operational internal combustion engine vehicle

　　

内燃机（ICE）汽车代表了大多数美国家庭中最大的单一二氧化碳排放源。尽管电池电动汽车（BEV）显著减少了使用阶段排放，但这一转型带来了一个根本性的生命周期优化挑战：在功能完好的ICE汽车达到其寿命终点之前将其退役，是否存在净气候效益？退役一辆功能完好的ICE汽车会在BEV制造排放与车辆运行排放减少之间产生基本权衡。本研究评估了在全面的退役情景范围内这一权衡，并发现报废与替换在大多数情况下（包括新ICE汽车的退役）都能实现一致的排放减少。尽管在当前市场条件下，报废功能完好的资产在经济上仍不可行，但这些结果显示了政策干预（如增强的报废补贴）在应对日益耐用的ICE车队的排放方面的巨大减缓潜力。

**论文解读：退役内燃机汽车的气候效益研究**

**研究背景与问题**
个人车辆排放占美国交通领域二氧化碳排放的大部分，超过航空、铁路、水运及商业卡车和公交的总和。随着交通成为美国排放最大的单一行业，减少轻型车辆（包括轿车、SUV、皮卡和厢式货车）的排放成为关键目标。电池电动汽车（BEV）相较于内燃机（ICE）汽车，在使用阶段排放上具有显著优势，但BEV制造阶段排放更高。当前面临的核心问题是：在ICE汽车仍可正常运行时将其提前退役并替换为BEV，从全生命周期角度看是否具有净气候效益？此前针对ICE汽车替换的研究（如“旧车换现金”政策）表明，替换为更高效的ICE汽车需运行18年才能实现温室气体（GHG）减少，但该结论不适用于BEV替换，因为BEV的使用阶段效率提升远大于ICE汽车之间的效率差异。因此，需专门分析ICE汽车退役与BEV替换的最优时机，以指导相关政策设计（如加州的Clean Cars 4 All计划）。

**研究内容与结论**
研究人员（Campbell和Geyer）通过全生命周期分析，评估了不同退役情景下二氧化碳排放的净变化。研究覆盖广泛的车辆效率、电网碳强度、电池尺寸、制造排放及年行驶里程参数，并采用连续参数敏感性和离散情景分析。结果表明，在大多数情况下（包括新车阶段），退役ICE汽车并替换为BEV可带来一致的排放减少。例如，对于销售加权平均SUV，在平均美国电网下，第二年退役可实现44%的累计排放减少，碳回收期仅3年。即使考虑极端低效的边界情况（如高耗电BEV搭配高碳电网），仍有92%的车辆情景实现净减排。研究还发现，退役效益的主要驱动因素是车辆效率差异，而非BEV制造排放。该论文发表在《SCIENCE》上，其结论强调了报废补贴政策在加速车队电动化中的巨大潜力。

**关键技术与方法**
研究人员采用全生命周期评估（LCA）方法，对比持续运行ICE汽车与退役并替换为BEV的累计排放差异。主要参数包括：车辆效率（基于美国EPA数据，涵盖从高效混合动力到低效车型的全谱系）、电网碳强度（引用美国各子电网数据）、BEV制造排放（考虑电池容量和生产强度差异）。离散分析中，使用销售加权平均、类别领先效率车型及最高销量车型（如Ford F-150 Lightning替换ICE F-150）进行配对比较。此外，利用Santero等人（2019）的独立排放数据集验证结果稳健性，并评估年行驶里程阈值（如轿车、SUV、卡车分别需超过7054、6837、10794公里/年才能回收BEV制造碳债）。研究还分析了ICE车辆转售导致的市场模式转移效应，引入位移因子（D）评估排放抵消临界点。

**研究结果**

**1. 退役ICE汽车的排放减少**
通过分析生产加权平均SUV在16年寿命内的三种路径（持续运行、第11年退役、第2年退役），发现早期退役（第2年）可实现44%的排放减少，碳回收期3年；晚期退役（第11年）减少幅度较小。ICE车制造排放作为沉没成本，不参与比较。

**2. 连续参数敏感性**
在车辆效率全谱系（美国EPA数据）中，退役效益从减少82%到增加77%不等，但92%情景实现净减排。电网碳强度超过500 kg MWh^-1且BEV能耗超过30 kWh 100 km^-1时，退役效益可能逆转。BEV制造排放的变异性对总效益的影响小于车辆效率。

**3. 高销量车辆的离散参数敏感性**
生产加权平均与市场主导车型的退役效益类似（轿车、SUV、卡车分别为55%、57%、55%），但类别领先高效车型（如丰田Prius替换特斯拉Model 3）的效益降低（轿车56%、SUV34%、卡车23%）。电池制造排放因子变动（52–173 kg CO₂eq kWh^-1）导致效益变化13%；极端低效组合（替换领先HEV且采用最大电池排放因子）下效益接近零。退役插电式混合动力汽车（PHEV）替换BEV的效益接近零或为负（SUV近零，轿车增加11%）。区域电网碳强度分析显示，在排放因子超过400 kg MWh^-1的电网（占美国总发电量33%）中，替换高效HEV可能无净效益。

**4. 里程阈值**
轿车的盈亏平衡年里程为7054 km，SUV为6837 km，卡车为10794 km，仅占平均行驶里程（20000 km）的35–54%，表明多数车辆即使行驶低于全国平均也能实现净气候效益。

**5. ICE车辆转售与市场扩张**
若ICE车辆被转售而非报废，可能导致二手市场价格下降，引发从低排放交通（如公共交通）向私家车模式转移。位移因子临界值随电网强度变化（最小、平均、最大电网强度下分别为81%、65%、42%），超过此值则BEV替换的净效益被抵消。

**讨论与结论**
研究指出，即使替换全新ICE汽车，BEV替换在多数情景下带来显著的碳减排效益。政策制定者可通过投资车辆报废与替换计划实现大量GHG减缓，优化设计需考虑车辆效率和区域电网排放。不同于以往研究（认为ICE汽车应延长寿命），本研究发现电动化动力总成带来的使用阶段排放减少比以往考虑的ICE替换大一个数量级。未来电网低碳化和可持续电池化学的发展可能进一步扩大BEV优势。当前报废补贴不足以使新车退役在经济上可行，但鉴于气候压力加剧和ICE车队耐久性增加，政策转向支持车辆退役是必要的，而本研究结果证明这种转向能带来广泛的排放减少。

**结论翻译**：本研究结果表明，在大多数情景下，甚至包括全新ICE汽车的退役，用BEV替换功能完好的ICE汽车都能带来显著的碳减排效益。鉴于这些结果以及交通排放对美国碳预算的过大影响，政策制定者可通过投资车辆报废与替换计划实现可观的温室气体减缓。此类政策的优化需兼顾车辆效率和区域电网排放。此外，本研究展示的BEV一致的温室气体优势表明，未来创新不仅应优先考虑BEV可持续性，还须克服运营挑战，如充电网络可靠性和公平接入。