循环经济如何重塑中国汽车产业的铝需求和碳排放

《Resources, Conservation and Recycling》：How circular economy reshapes aluminum demand and carbon emissions in the Chinese automotive sector

　　车辆电动化和轻量化加深了汽车行业对轧制铝合金的依赖。由于回收能力有限，轧制铝的供应严重依赖原铝生产，导致隐含碳排放更高。本研究调查了2015年至2024年中国汽车铝使用量的演变，并预测了直至2050年的需求。在统一的“循环汽车”框架下，评估了隐含碳排放及循环经济策略的缓解潜力。结果表明，到2050年，轧制合金预计将占汽车铝需求的66-75%，推动原铝需求达到2015年水平的6.5至11.4倍。累计隐含碳排放估计将达到5,448-9,610 Mt（百万吨）。循环经济策略可以缓解此类需求，联合应用这些策略有望将铝相关的隐含碳排放降低至2024年之前的水平。据此，提出了政策建议以促进这些循环经济措施的实施。铝凭借其轻质、高强度和可回收性等诸多优良性能，成为现代社会的基石金属。新能源产业的快速发展，特别是在电动汽车、电池箔材及外壳（Billy and Müller, 2023）以及光伏系统（Lei et al., 2025）等领域，特别推动了近期全球铝需求。作为中国乃至全球最大铝生产国和消费国，中国面临着日益严峻的铝资源安全压力。由于铝土矿资源禀赋有限，中国高度依赖铝土矿进口，2024年几内亚约占总进口量的70%（GACC, 2024）。同时，2024年原铝年产量达到4500万吨（Mt），铝年消费量达到4400万吨（NBS, 2024），意味着供需平衡趋于紧张。汽车行业是铝消费的第二大领域。随着电动化（Sharma et al., 2025; Smith et al., 2025）和轻量化（Billy and Müller, 2023; Wang et al., 2023）程度不断加深，该领域的铝消费量将进一步增长，尤其是轧制合金。例如，铝箔用于电池阴极集流体，铝板用于制造外壳，导致轧制合金约占电池包总材料用量的17.26%（Malik et al., 2025）。此外，为了抵消电池系统增加的重量，轻量化铝产品，特别是板材和型材，正被更广泛地用于车身结构。这种发展显著提高了轧制合金在铝总用量中的份额（Krall et al., 2024）。利用再生铝制造铝产品对于缓解原铝消费压力至关重要。然而，目前的铝回收能力很难满足铝需求的大幅增长，尤其是在从铸造合金向轧制合金转变的结构变化背景下。尽管中国2023年的再生铝产量达到950万吨（CARR, 2024），但主要再生产品仍然是降级的铸造合金。部分原因在于，主流分选方法（如磁选和涡流分选）无法实现合金级别的精细分类。虽然光谱技术，如X射线荧光光谱（XRF）和激光诱导击穿光谱（LIBS），能够实现更高的识别精度，但XRF在检测轻元素方面表现不佳（Lanzinger et al., 2024），且LIBS仍受限于高昂的设备和维护成本（Billy and Müller, 2023）。由于轧制合金对杂质控制有更严格的要求，旧废钢（报废产品废料）往往无法被回收为高质量轧制合金，导致制造商只能转向原铝（Rolseth et al., 2024）。因此，低等级再生铝过剩与轧制合金生产严重依赖原铝并存，这阻碍了再生铝的高价值循环利用。轧制合金生产对原铝的这种依赖将进一步加剧碳减排压力，因为在以燃煤发电为主的能源结构下，铝冶炼和加工是高能耗行业（He et al., 2020）。此外，轧制合金的制造工艺比铸造合金更复杂，生产单个功能单元的碳足迹更大（IAI, 2023）。这种相关的高碳排放值得严肃对待，特别是在中国，作为全球电动汽车制造中心，其产量占全球总产量的70%以上（IEA, 2025）。因此，中国汽车行业铝使用结构的转型可能会对全球铝供应链和隐含碳排放产生重大影响。在学术界，物质流分析（MFA）被广泛用于识别和优化社会内部的资源流动。现有针对汽车行业的MFA研究主要关注锂（Zhang et al., 2025）、钴（Ozawa et al., 2023; Qiao et al., 2024）、镍（Zhang et al., 2021）、锰（Zhang et al., 2023a）和铂族金属（Zhang et al., 2023b）等关键金属，少数研究也关注了稀土元素（Elshkaki, 2020）。相比之下，尽管铝对于汽车行业向电动化和轻量化转型至关重要，但铝及其相关碳排放的研究仍显不足。也有关于铝的MFA研究关注了汽车行业，评估了铝流和回收潜力，例如Hatayama等（2012）和Lovik等（2014）。最近，Yang等（2022）追踪了内燃机汽车的铝流。然而，这些研究对新兴的电动汽车市场考虑不足。Wang等（2023）建立了一个物质流模型来区分轧制和铸造合金，并提出了通过先进的拆解和分选实现闭环回收的建议。然而，他们的研究没有考虑合金分选技术的发展，以及循环经济策略对铝需求的影响。Wang等（2025）考虑了中国汽车供应链驱动的隐含物质流并揭示了跨境资源足迹，但资源流动与碳排放之间的关联仍有待进一步考察。还有其他几项研究探讨了汽车行业铝生产和使用带来的碳足迹问题。例如，Billy and Müller（2023）考虑了合金分选技术的采用，并预测了2020年至2050年间与汽车铝使用相关的全球碳排放。然而，他们没有调查共享出行等需求侧循环策略的影响。此外，他们的碳足迹评估忽略了零部件制造的来源，而零部件制造可能涉及不同的加工方法（例如机加工、冲压和焊接），导致结果不同。汽车行业以铝合金替代钢材（Shen et al., 2025; Tian et al., 2025）或以铝镁合金替代钢材的影响也得到了评估（Xu and Yang, 2020）。然而，这些研究没有考虑到轧制合金需求极有可能增加的因素。综上所述，车辆电动化和轻量化正在重塑中国汽车行业铝使用的规模和结构，使其从铸造合金向轧制合金转变。这种转变意味着原铝需求的增长和碳排放的增加。世界经济论坛发起的“循环汽车倡议”（WEF, 2021）提出了推进汽车循环性的四条关键路径：延长寿命、提高资源效率、材料回收和能源脱碳。遵循这一将物质循环与能源转型联系起来的更广泛的循环经济学视角（Takimoto et al., 2024），本研究考察了轧制铝合金需求的快速增长将如何影响中国汽车行业的铝资源使用和隐含碳排放。研究进一步评估了循环经济策略缓解潜在资源和碳压力的潜力。我们期望由此得出有价值的见解，为循环经济政策的制定提供信息支持，从而更好地引导中国汽车行业的绿色转型。此外，本研究将为解决全球汽车转型中的基础金属资源压力和降低隐含碳排放提供更广泛的启示。本研究以中国内地为地理边界，关注乘用车，包括内燃机汽车（ICEV）、混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）、燃料电池汽车（FCEV）和纯电动汽车（BEV）。考虑了四种主要铝合金产品：铸件、锻件、板材和型材。再生铝包括旧废钢和新废钢。旧废钢主要来自报废...中国已将原铝年产量上限设定为4500万吨（国家发展和改革委员会，2025）。2015年，汽车行业消耗了236.4万吨铝，其中铸件184万吨，锻件7.1万吨，板材26.3万吨，型材19万吨（图2）。受快速电动化和轻量化驱动，预计2050年铝总需求将是2015年的5.7至9.9倍，可能达到2337.2万吨，这将...尽管电动汽车不涉及需要大量铸造合金的传统动力总成，但轮毂、制动系统等部件仍需要铸造合金。随着电动化和轻量化的推进，汽车行业对铸造合金的需求仍将增长，而铸造合金零部件制造工艺的碳排放强度高于轧制合金（Kim et al., 2010）。同时，轧制合金，特别是板材和...的需求将...本研究评估了不同电动化和轻量化情景下中国汽车行业未来的铝合金需求、结构变化和隐含碳排放，并进一步评估了循环经济策略的缓解潜力。主要发现包括：(1) 轧制合金需求预计将激增，到2050年将占汽车铝需求的66-75%。(2) 轧制合金需求将驱动原铝生产，进而...**陈杰：** 起草初稿、可视化、验证、软件、方法论、调查、正式分析、数据整理、概念化。**张宇权：** 审阅与编辑、监督、方法论、调查、获取资金、概念化。**郑逸：** 可视化、软件、数据整理。**耿勇：** 审阅与编辑、获取资金、概念化。**郝涵：** 审阅与编辑、概念化。**薛远：** 资源、调查...作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：陈杰，张宇权，薛远，付祝富报告说沃尔沃汽车（上海）提供了基于项目的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系可能影响本报告中发表的工作。作者感谢**中国国家自然科学基金委员会**（72561147302, 72688201）、上海交通大学和沃尔沃汽车（上海）的资金支持。陈杰 | 张宇权 | 郑逸 | 耿勇 | 郝涵 | 薛远 | 付祝富