電動汽車環保問題的探討

薛秀園， 薛月圓

(1.重慶市合川區環境監測站，重慶 合川 401520；2.呂梁學院化學化工系，山西 呂梁 033000)

電動汽車環保問題的探討

薛秀園1， 薛月圓2

(1.重慶市合川區環境監測站，重慶 合川 401520；2.呂梁學院化學化工系，山西 呂梁 033000)

隨著社會的進步，家用汽車已經成為人們生活中不可或缺的工具，而大量汽車的使用也帶來了非常嚴重的環境污染問題，電動汽車作為節能環保的代表越來越受人們的青睞。從電動汽車的電力來源、電池生產和電池回收方面入手綜述了電動汽車的環境污染問題，提出解決方案。

電動汽車；電力來源；電池污染；環境保護

引 言

汽車是現代文明的標志，是人們日常生活中利用最多、最廣泛的交通工具，已經成為大多數人日常生活的必需品。傳統汽車為我們帶來方便、快捷服務的同時，其尾氣排放所引發的環境問題日益突顯，并且對石油資源的依賴也越來越嚴重。我國人口眾多、資源消耗量巨大，在工業高速發展的今天，能源短缺問題日益突出。電動汽車因其清潔、不依賴石化能源的特點，成為當今世界各國重點發展的產業，也符合我國當前環保、友好的發展理念。2015年的中國政府工作報告明確提出，要推廣新能源汽車，并提出一系列節能減排的環境治理舉措，這必然會大大促進中國電動汽車的長足發展。電動汽車是用車載電源作為動力來驅動汽車行駛的,并且符合道路交通和安全法規的各項要求，有純電動汽車(pure electric vehicle)、混合動力電動汽車(hybrid electric vehicle)和燃料電池汽車(fuel cell electric vehicle)3種類型[1]。在當前石油資源緊缺、大氣污染嚴重的嚴峻形勢下，新能源汽車，特別是電動汽車，已經成為大家公認的汽車工業改革和發展的主流趨勢[2-4]。

1 電動汽車的污染問題

1.1 電力來源污染

在多數人看來，電動汽車比燃油車燃料消耗少、尾氣排放少，既降低了用車人的燃料支出，又保護了人類賴以生存的環境，促使許多重視節能環保的人群開始使用電動汽車。但是，很多人對此也提出相反的意見，電力來源于發電廠，而電力在傳輸和使用中又會有損耗，我國目前主要靠燃煤發電，煤比石油污染更多，排放只是換了地方，根本沒有減少。

日本汽車技術專家人見光夫在其報告中指出[5]，以現在的發電方式，從CO2減排的角度來考慮，電動汽車意義不大，如果把內燃機的實際油耗降低1/4，CO2排放就不會高于電動汽車。尤其是對火電為主的國家，電動車實際的碳排放可能要高于燃油車。明尼蘇達大學的幾位科學家用計算機模擬了10種汽油動力的替代技術，其中包括柴油動力、混合動力和電力驅動，該項研究的結果發表在《美國國家科學院院刊》。他們考慮了汽車產業整個價值鏈對天氣和氣候的影響后確定，只有電力來源清潔，電動汽車才會比傳統燃油汽車更為清潔和環保。卡耐基科學研究所(carnegie lnstitution for science)研究員肯·卡代拉(Ken Caldeira)對此也表示贊賞：“當一根線把電動車和一個燃煤發電廠連在一起時，造成的環境污染比普通的汽油車更嚴重。”路透社報道也特別指出，在中國現階段過快地發展電動車產業極有可能使本來已經嚴重的霧霾更加惡化。

電動汽車是否環保主要取決于電力是否清潔。就中國目前的發電方式而言，如果沒有作全周期的科學評估，就貿然地斷言電動汽車的環保性，確實有點讓人難以信服。電動汽車在使用的環節排污確實要少，但如果把發電排放的污染和電力在傳輸過程中的損耗都計入到電動車的使用和推廣中，與燃油車相比，電動車的優勢只是把污染物轉移了地點并排放集中，更容易集中治理而已。據統計，中國的電力有82%是煤電，而且是硫和灰分含量高的劣質煤。發展純電動汽車，只有使用清潔能源的電動汽車才比使用汽油的汽車有優勢。

1.2 電池污染

與傳統汽車相比，電動車在生產過程中要消耗更多能源，多排放30%～50%的溫室氣體，其主要源于電池的生產環節，充電和使用也會影響排放量的大小。

目前，鉛酸蓄電池是應用最廣的電池，主要作為內燃機汽車內部電器和電子設備的電源[6]。鉛酸電池技術比較成熟，性能可靠，成本低。盡管電池不斷地推陳出新，但是鉛酸電池仍然會在未來很長時間內作為電池行業的主力軍。新一代閥控式密封鉛酸蓄電池具有深度放電、可循環使用等優點，但鉛的密度大，增加功率密度又會縮短電池的使用壽命[7]，所以比能量和比功率低依然是它的硬傷。而且電池在生產中，鉛、砷、鎘、汞、鉻金屬材料等會釋放到空氣和水中，電池報廢后也有污染。當前，我國無論從政策還是技術角度都沒有形成一個良性的電池回收鏈。調查顯示，我國含鉛廢酸非法傾倒量逐年遞長，2008年與2014年的傾倒量分別為9.95萬t和近27萬t。廢舊電池綜合利用效率較低，與國外95%的利用率相比，低10個～15個百分點。近幾年，有約16萬t/a的鉛因為回收處理不當而被流失。

硫酸液是蓄電池中的電解質，濃度接近于純硫酸，酸液傾倒入農田會導致農作物的大量死亡[8]。鉛作為鉛酸電池的主要生產原料之一，已經被世衛組織認定為威脅兒童健康排名第一的環境污染物。兒童血鉛超過100 μg/L，就會引起病變[9]。輕則，使大腦受損；重則，導致人昏迷、痙攣和死亡。此外，還會造成造血系統、生殖系統、肝、腎、骨骼等發生病變。鎘和砷也是鉛酸電池廢液和固體廢物中的有害重金屬,對人體有急性和慢性的毒害作用，引起多種器官系統的病變和代謝失調，長期大量的積累會引起死亡。這些有害重金屬進入到大氣和水環境中，污染了大氣、地表水、地下水，每只蓄電池平均有固體廢物12kg，固廢的危害也是不容忽視的。

2 解決方法

2.1 用清潔電力取代煤電

清潔能源，指不排放污染物、能夠直接用于生產生活的能源，包括核能和可再生能源。可再生能源的原材料可以再生，如水力、風力、太陽能、生物能(沼氣)、潮汐能等。開發可再生能源，人們不需要擔心因資源消耗而出現枯竭的風險。因此，許多國家對可再生能源的開發和利用都青睞有加，特別是資源匱乏的國家。

核能消耗鈾作燃料，是不可再生的資源。核電站的安全性也是公眾和政府擔心的問題。在前蘇聯、美國和日本等國發生了影響較大的幾次核事故后，發達國家都在放緩建設核電站的步伐，逐步以可再生能源替代。可再生能源不受能源缺乏的影響，但需要有適當的自然資源，如水力、風力、太陽能等，而且建設和運行費用高，發電效率相對較低，導致用電成本相對較高。隨著石化能源的日益枯竭和可再生能源開發技術的進步，可再生能源將會占有越來越大的市場份額。

單獨依靠一種能源發電都存在著或多或少的缺陷，要保證正常的電力供應，應協同保障，形成能源多元化的供應體系，實現煤、水、石油、頁巖氣等多種能源并舉的應用體系。從戰略的高度鼓勵和支持可再生能源大力發展，使其逐漸發展壯大，并向逐步取代傳統能源的方向轉變。學習和研發領先世界的水力、電力技術，促進能源走多元綜合的清潔之路。國際能源署(IEA)可再生能源部負責人保羅·佛蘭克也對中國新能源的發展前景抱有很大的期望，并預言中國未來將會實現全球40%清潔電力的增長。

2.2 革新電池技術

發展容量大、放電率高、充電快、放電慢的電池。現在的鉛酸電池一般在使用2年之后其蓄電能力就會大大降低，充電速度也變慢，且電池的報廢和回收成本也很高，所以發展高效、耐用的電池及其重要，這是制約電動汽車發展和市場推廣的重要因素[10-12]。

鋰離子電池技術已慢慢接近成熟，部分替代了鉛酸電池。鋰電池具有相對較高的工作電壓和較大的比能量，單體電壓約為3.7 V[11]。鋰電池質量輕、壽命長、無公害、無記憶效應等顯著優點，吸引了全球關注和研發高潮。基于此，我們有理由展望鋰離子在電動車和新能源開發的浪潮中占有一席之地[7，13-15]。現階段，電動汽車多采用磷酸鐵鋰電池，它熱穩定性較好、比較安全、價格較低，是小型電動汽車和插電式混合動力汽車的首選動力電池。而大型電動汽車更多采用鈷酸鋰和錳酸鋰電池[16]。我國動力電池的性能已有極大的進步，電池組模塊最高可達140 Wh/kg。2015年完成裝車的12 m長的客用純電動中，大于94%的車子采用了磷酸鐵鋰的動力電池。但是，高端鋰電池的生產材料和技術都掌握在外企手中。有數據顯示，目前車用動力電池有60%～70%來自于外企。受多種性能的限制，目前，要將鋰電池大量應用于電動汽車仍然存在問題[13]，諸如，鋰電池安全性、循環壽命、成本、工作溫度和材料供應。從當地生產鋰電池的企業規模和產量來看，大多以小容量、低功率電池為主。大容量、高功率的鋰電池還只是試生產和調試階段，并沒有大量的生產規模和能力。此外，電池組的電池管理系統中一些技術的不成熟，是鋰電池尚未在電動汽車中廣泛應用的重要原因之一[14]。

近期，Graphenano公司同科爾瓦多大學合作研發出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量比現在的電池增加2倍，充電時間只有幾分鐘，最多行程1 000 km[17]。石墨烯電池的壽命是鋰電池的2倍，重量只有鉛酸電池的50%，能減輕汽車自重，更進一步提高了用電效率，而且其成本將比鋰電池低77%。這項突破性研究，有望為電池技術領域帶來革命性的進步。

2.3 充電模式的發展

電動汽車可以采取快速充電、中速充電和慢速充電的方式。綜合考慮電動汽車充電速度和用電場所，動力電池的充電又可分為租賃電池方式、停車場或居家充電方式、快速集中充電方式3種。租賃快速電池方式，不需要使用者自帶電池組，有需求時直接到電動汽車能源公司更換電池組即可[18]，具有專業、快捷、易于管理、統一回收和處理廢舊電池的優勢；同時，大量的充電可以利用后半夜的谷電，避免電力流失，滿足環保與節能的需求。缺點是，充電站設備復雜、投資較大。停車場或居家充電方式有方便、簡單、投資少、不會減損電池壽命和充電成本低的優點。但是，比較耗時。集中快速充電只要幾分鐘時間，就可以達到滿充時70%的續航里程，省時、快捷，可以利用現在的加油站網絡建設充電站。但是，過快充電會減損電池的正常壽命，而且單獨建網投資較高。由于各具優、缺點，所以在配置和規劃時應考慮幾種模式配合使用，以達到最佳使用和節能環保的目的。同時，還應深化充電技術和充電監控技術研究，實現充電過程的動態優化及智能化控制。

2.4 嚴格電池準入和回收技術

鉛酸電池中含有多種重金屬和硫酸等成分，回收利用不當會引起污染。我國現在的電池回收率很低，這種情況不僅是對資源的嚴重浪費，而且廢舊鉛酸電池排放的“三廢”會進一步引發環境污染，回收和再利用是決定其是否環保的重要一環。國家曾在2003年出臺相關通知——《廢電池污染防治技術政策》[19]，要求電動車生產企業和銷售商承擔蓄電池的回收責任。但是，并沒有明確具體責任的承擔人，監管、回收、報廢等各個環節很難落實到具體部門和單位，造成賣出去后就不管收的結果，從而導致大多廢舊電池最后只能流入廢品收購站。針對這種現象，國家發改委等5部委于2016年初聯合發布《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策》，規定動力電池要建立完善的產品溯源體系，每個企業生產的每一組動力電池都要有唯一的編碼，統一規范了電池的回收、利用、處理，引導動力電池有序回收處理，首次明確規定了廢舊電池的回收責任主體，并規劃要建設動力蓄電池回收體系，工信部及時掌握蓄電池回收各責任主體的具體處理情況，規范蓄電池回收利用應遵循梯級利用的原則。目前，我國尚未建立規范有序的回收體系，且存在如下不足：一是，難以規范和約束非法蓄電池產業鏈；二是，配套性和協調性不強；三是，資源整合的效果不明顯；四是，沒有明確的財稅支持政策，導致政策的執行力不夠。

對于目前鉛酸電池回收體系不健全的問題，急需有關部門提出便于實施并有針對性的解決辦法：1) 進一步明確劃分電池回收產業鏈中各單位主體的義務和法律責任，用法律手段來強制電池回收系統的正常運行，降低危害；2) 提高蓄電池準入門檻，給審批合格的企業辦理相對應的回收資質，政府的職能部門也要將它們納入正常的監管體系，并進行定期和不定期的檢查，對檢查達標的企業給予稅收減免和其他政策支持及引導；3) 延伸生產者責任，完善鉛酸電池回收系統，并為再生鉛企業與蓄電池企業進行聯合生產提供一定的技術指導和政策扶持；4) 進一步指導完善生產企業提出的“以舊換新”方案，督促其健康發展和運行。

3 結語

電動汽車是汽車產業發展的趨勢和方向，必將大范圍地取代傳統汽車。電動汽車行業的健康發展受到諸多條件的限制，引導電動汽車發展成為真正環保、清潔的代步工具還需要多個部門的協調運作，整合、優化各相關產業，實現相關基礎設施科學、合理布局。同時，要加大宣傳力度，提高廣大消費者的環保意識，共同為守護我們的青山、綠水、藍天、碧土貢獻力量。

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Discussiononenvironmentalproductionofelectricvehicles

XUEXiuyuan1,XUEYueyuan2

(1.EnvironmentalMonitoringStationofChongqingHechuanDistrict,Chongqing401520,China;2.DepartmentofChemistryandChemicalEngineering,LyuliangUniversity,LyuliangShanxi033000,China)

With the progress of society, family car has become an indispensable tool in life. Butserious environmental pollution has been caused by a large number of cars using. So electric vehicle are increasingly favored by more and more people as its property of energy conservation and environment protection. In this paper, the environmental pollution is discussed from power source, battery production and battery recycling, and solutions are put forward.

electric vehicle; power source; battery pollution; environmental protection

2017-02-27

薛秀園，女，1980年出生，2007年畢業于江西農業大學，碩士學位。研究方向：環境保護。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.51

X22

A

1004-7050(2017)03-0145-04

環境保護