純電動(dòng)卡車vs柴油卡車：壽命周期GHG(溫室氣體)排放評(píng)估報(bào)告

奚美麗 編譯

0 前言

斯堪尼亞的目標(biāo)是推動(dòng)向可持續(xù)運(yùn)輸體系的轉(zhuǎn)變，其全面觀點(diǎn)是支持客戶業(yè)務(wù)和解決環(huán)境影響的關(guān)鍵。壽命周期評(píng)估(LCA)是一種ISO 14040/44方法，用于計(jì)算產(chǎn)品或服務(wù)在其整個(gè)生命周期對(duì)環(huán)境的影響，這里指卡車和電池的制造、使用、維護(hù)和回收。

斯堪尼亞進(jìn)行的LCA是評(píng)估產(chǎn)品的環(huán)境影響，并設(shè)定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的項(xiàng)目目標(biāo)。斯堪尼亞已經(jīng)建立了進(jìn)行LCA的能力，并將LCA作為事實(shí)基礎(chǔ)來(lái)指導(dǎo)公司運(yùn)營(yíng)。通過(guò)這份LCA報(bào)告，斯堪尼亞向股東通報(bào)了LCA的主要結(jié)論。

斯堪尼亞正在進(jìn)行轉(zhuǎn)型，其產(chǎn)品和服務(wù)已經(jīng)網(wǎng)聯(lián)化，電氣化和智能化程度也在不斷提高。對(duì)于斯堪尼亞的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，這不僅意味著制造一些電動(dòng)卡車，還需要一個(gè)完整的模塊化工具箱來(lái)提供多種商用車變型車。斯堪尼亞第一款量產(chǎn)純電動(dòng)卡車(BEV)于2020年秋季推出。這使得斯堪尼亞能夠進(jìn)行LCA，將純電動(dòng)卡車(BEV)與相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)卡車(ICEV)進(jìn)行比較。

本研究涵蓋了車輛的整個(gè)生命周期——從原材料的提取/提煉到車輛回收。所選功能單元能夠反映或代表1輛車的全部使用壽命。功能單元為：1輛配送車壽命周期行駛里程50萬(wàn)km、平均有效載荷為6.1 t。

表1 對(duì)標(biāo)車輛技術(shù)參數(shù)概況

除傳動(dòng)系外，車輛的技術(shù)參數(shù)盡可能保持相似，以便公平地進(jìn)行比較。純電動(dòng)卡車的電池容量為300 kWh。以2016年歐洲綜合電網(wǎng)為基準(zhǔn)，計(jì)算純電動(dòng)卡車所用電能的碳強(qiáng)度。還研究了其他綜合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以分析預(yù)測(cè)未來(lái)綜合電能及綠色電能的影響。內(nèi)燃機(jī)卡車(ICEV)使用的燃料是B7柴油，即添加了7%RME(用油菜籽制作的生物柴油)的柴油，代表歐洲的柴油條件。

純電動(dòng)汽車制造階段環(huán)境影響更大，主要是電池制造消耗能量大。內(nèi)燃機(jī)卡車(ICEV)制造階段的溫室氣體(GHG)排放為27.5 t COeq (二氧化碳當(dāng)量)，純電動(dòng)卡車(BEV)制造階段的溫室氣體排放為53.6 t COeq。動(dòng)力電池制造階段的溫室氣體排放量為74 kg COeq /kWh。盡管制造階段的CO排放量更大，但是使用階段的CO排放要少很多，純電動(dòng)卡車整個(gè)生命周期CO排放量顯著降低。根據(jù)歐盟電網(wǎng)的碳強(qiáng)度，整個(gè)生命周期GHG排放降低率從38%（2016年歐盟綜合電網(wǎng)）～63%(2030年預(yù)測(cè)歐盟綜合電網(wǎng)）。為車輛提供綠色電力是充分發(fā)揮純電動(dòng)卡車潛力的途徑。若使用綠色電力，BEV整個(gè)生命周期減少溫室氣體排放可達(dá)86%。

由于制造階段的溫室氣體排放量更高，相對(duì)內(nèi)燃機(jī)卡車，純電動(dòng)卡車可被看做有“碳債務(wù)”。由于使用階段的每公里排放量更低，GHG債務(wù)將在某個(gè)時(shí)候完全償還，這被稱為盈虧平衡點(diǎn)，也就是BEV開(kāi)始比ICEV產(chǎn)生更小的GHG影響的時(shí)間點(diǎn)。根據(jù)碳強(qiáng)度的不同，盈虧平衡發(fā)生在33 000 km(綠色電力)～68 000 km(2016年基準(zhǔn)線)之間。即，就本文中所有提到的綜合電網(wǎng)而言，BEV有可能在1～2年內(nèi)比ICEV對(duì)氣候的影響更小。

在報(bào)廢階段，斯堪尼亞的動(dòng)力電池被收集、拆解、粉碎，并由收集和回收伙伴進(jìn)行回收。具體的回收過(guò)程取決于地理位置和合作伙伴的設(shè)施。由于設(shè)施規(guī)模不同(試點(diǎn)or大規(guī)?；厥眨⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)有限，我們選擇從回收模式中排除電池回收。此外，在LCA模型中假設(shè)電池沒(méi)有第2次壽命，這意味著全部制造負(fù)擔(dān)由斯堪尼亞卡車的整個(gè)生命周期承擔(dān)。

此外，還能顯著降低顆粒物形成、臭氧產(chǎn)生和地面酸化等其他類影響。此類排放可降低83%～97%，主要因?yàn)橄宋矚馀欧拧?/p>

使用純電動(dòng)卡車也能顯著降低化石資源的消耗以及海洋/淡水的富營(yíng)養(yǎng)化(降低18%～48%)，盡管發(fā)電中使用煤炭對(duì)這一項(xiàng)影響很大。這主要是因?yàn)?，油井到油箱?duì)柴油生產(chǎn)的影響高于發(fā)電帶來(lái)的影響。

該LCA報(bào)告分析了純電動(dòng)卡車和內(nèi)燃機(jī)卡車對(duì)環(huán)境影響的大小和關(guān)系。但是，這一LCA分析結(jié)果，特別是絕對(duì)值，不用于與其他OEM的卡車進(jìn)行比較，因?yàn)楣δ軉卧倪x擇、方法、范圍和原始數(shù)據(jù)的獲取對(duì)最終結(jié)果有很大的影響。

本報(bào)告中的所有事實(shí)和數(shù)據(jù)均經(jīng)第三方驗(yàn)證。驗(yàn)證工作由IVL Svenska Milj?institutet按照ISO 14040/44標(biāo)準(zhǔn)完成。

1 縮寫、術(shù)語(yǔ)與定義

本報(bào)告主要涉及以下縮寫及術(shù)語(yǔ)：

①LCA：壽命周期評(píng)估；

②GHG：溫室氣體；

③COeq：CO當(dāng)量；

④WtW：油井到車輪；

⑤WtT：油井到油箱；

⑥TtW：油箱到車輪；

⑦ICEV：內(nèi)燃機(jī)卡車；

⑧BEV：純電動(dòng)車；

⑨GVW：車輛總重。

⑴生命周期評(píng)估(LCA)：是一種評(píng)估產(chǎn)品生命周期的所有階段(從原材料獲取到生產(chǎn)、使用和處理)的環(huán)境影響的方法。這種方法能全面評(píng)估環(huán)境影響，并避免轉(zhuǎn)移環(huán)境負(fù)擔(dān)。

LCA分為4個(gè)階段：目標(biāo)與范圍定義、生命周期庫(kù)存(LCI)、生命周期影響評(píng)估(LCIA)與解讀。

a.目標(biāo)和范圍：包括研究的目的、預(yù)期應(yīng)用與受眾、系統(tǒng)邊界和功能單元。

b.生命周期庫(kù)存(LCI）：是對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和計(jì)算的過(guò)程；是LCA的一部分，在這里收集和建模所有必要的數(shù)據(jù)；它是對(duì)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的原材料使用、能量需求和排放進(jìn)行量化的過(guò)程；它為產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)從生態(tài)圈到生態(tài)圈的基本庫(kù)存。

c.生命周期影響評(píng)價(jià)(LCIA)：是基于LCI結(jié)果對(duì)潛在環(huán)境影響進(jìn)行分類并特征化的步驟。它將LCI的基本流程轉(zhuǎn)化為潛在的環(huán)境影響。通常又可以分為4個(gè)階段：分類、特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)。目前的分析將分類和特征化作為強(qiáng)制性的LCIA步驟，去除了標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重，因?yàn)镮SO 14040/44的外部交流中不推薦這2項(xiàng)?！胺诸悺辈襟E將LCI結(jié)果歸為特定的環(huán)境影響類別(CO和CH4被歸為CCP(氣候變化潛力)類）?！疤卣骰辈襟E(通過(guò)特征化因子)將每個(gè)影響類別的LCI結(jié)果轉(zhuǎn)換為影響類別指數(shù)(例如將CH4轉(zhuǎn)換為COeq）。

d.結(jié)果解讀：根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)和范圍進(jìn)行分析，就每種影響類別分析其結(jié)果，討論2種產(chǎn)品、不同生命周期階段之間的差異(ISO 14040：2006，ISO 14044：2006)。

圖1 LCA的4個(gè)階段

⑵功能單元：LCA僅在定義的系統(tǒng)邊界和功能單元內(nèi)有效。功能單元是“產(chǎn)品系統(tǒng)量化的性能，用作參考單元”(ISO 14044 2006）。

⑶運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)：是存儲(chǔ)在車輛控制單元中的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)了大約2 000個(gè)變量+計(jì)算的變量。當(dāng)車輛進(jìn)入維修車間時(shí)讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中。運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)可以分析車輛的性能(例如燃料消耗)和車輛的運(yùn)營(yíng)方式。這些數(shù)據(jù)被廣泛用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、分析、維修、駕駛員支持等。

⑷物料清單(BOM)：是該車使用的所有材料以及每種材料使用的數(shù)量。

⑸《溫室氣體(GHG)協(xié)議》：是一個(gè)對(duì)溫室氣體排放進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算的全球框架。為了將溫室氣體協(xié)議的范圍與本LCA的內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，GHG影響類別完全或在很大程度上覆蓋下列范圍：

a.范圍1：直接溫室氣體排放。

b.范圍2：間接溫室氣體排放。

c.范圍3類：1.購(gòu)買的貨物或服務(wù)；4.上游運(yùn)輸與配送；9.下游運(yùn)輸與配送；11.已售產(chǎn)品的使用；12.已售產(chǎn)品的壽命終端處理。

2 工具與數(shù)據(jù)庫(kù)

⑴GaBi：Sphera Solutions GmbH提供的LCA軟件(帶LCI數(shù)據(jù)庫(kù))。

⑵LEAD數(shù)據(jù)庫(kù)：GaBi專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括開(kāi)源數(shù)據(jù)集、GaBi特定數(shù)據(jù)集和大眾集團(tuán)開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)集。本研究使用Service Pack 39。

⑶斯堪尼亞映射列表：映射列表是一個(gè)xml，使用適當(dāng)?shù)腖EAD數(shù)據(jù)集描述斯堪尼亞車輛中的每種材料。它支持自動(dòng)生成模型。

⑷SlimLCI +：基于斯堪尼亞Mapping List，SlimLCI+應(yīng)用程序?qū)EAD數(shù)據(jù)集與BOM匹配。

⑸國(guó)際材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)(IMDS）：是一個(gè)通用的汽車材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)，供應(yīng)商在其中報(bào)告零件的材料組成信息。

⑹SMART：用于管理IMDS的材料數(shù)據(jù)表(MDS)的斯堪尼亞工具。

⑺汽車能耗計(jì)算工具(VECTO）：是由歐盟委員會(huì)開(kāi)發(fā)的官方模擬工具，用于根據(jù)重型車燃料/能量計(jì)算CO排放，用于申報(bào)。

3 目標(biāo)與范圍

該LCA的目標(biāo)是評(píng)估電動(dòng)卡車的環(huán)境影響，并與柴油卡車進(jìn)行比較。評(píng)估結(jié)果予以公布，目的是提升公眾對(duì)重型汽車生命周期環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)，并具體比較純電動(dòng)卡車和柴油卡車的環(huán)境影響。

本研究包括汽車的整個(gè)生命周期，從原材料的提取/提煉到汽車回收。本研究中的功能單元是在一個(gè)典型的配送周期中行駛50萬(wàn)km、平均有效載荷為6.1 t，旨在反映或代表車輛的整個(gè)使用壽命。根據(jù)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，獲得里程和有效載荷的典型數(shù)據(jù)。運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)還被用于調(diào)整VECTO的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)循環(huán)，以最大程度地匹配實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況。

評(píng)估是在2016 1.1版Hierarchist(等級(jí)方法)的中點(diǎn)水平完成的。Hierarchist方法的觀點(diǎn)是基于時(shí)間框架和影響機(jī)制合理性的共識(shí)。例如，100多年來(lái)觀測(cè)到的氣候變化潛力(Huijbregts et al.，2017)。這項(xiàng)研究顯示了以下方面的潛在影響：氣候變化、顆粒物形成、化石資源利用、淡水和海洋富營(yíng)養(yǎng)化、臭氧形成(人類健康和生態(tài)系統(tǒng))和陸地酸化?；谶\(yùn)輸業(yè)的影響相關(guān)性和方法成熟度選擇了這些影響類別(European Commission et al.，2011; Van Loon等人，2018年)。一般認(rèn)為，斯堪尼亞卡車的其他類影響如礦產(chǎn)資源枯竭、水資源使用和毒性也存在，但不包括在本研究中。

這個(gè)LCA是基于歷史數(shù)據(jù)，能夠滿足捕獲整個(gè)車輛生命周期的溫室氣體排放這一目的，而不是給出汽車制造和使用如何影響全球環(huán)境負(fù)擔(dān)的一個(gè)估計(jì)值，那是一個(gè)間接后果。

當(dāng)一個(gè)過(guò)程的環(huán)境影響分配給多個(gè)產(chǎn)品或服務(wù)時(shí)，需要一個(gè)分配方法。產(chǎn)品或服務(wù)之間的劃分可以基于質(zhì)量、能量或經(jīng)濟(jì)價(jià)值等屬性。除了LEAD數(shù)據(jù)集中已經(jīng)包括的影響之外，本研究沒(méi)有對(duì)環(huán)境影響進(jìn)行具體分配。LEAD數(shù)據(jù)集分配，在軟件文檔(http：//www.gabi-software.com/international/databases/gabi-data-search/)中進(jìn)行了描述。

使用軟件文檔(www.gabi-software.com)中描述的LEAD數(shù)據(jù)集剪切標(biāo)準(zhǔn)。

回收階段的二次材料積分不計(jì)入。

維修(輪胎除外)被排除在外，因?yàn)樗鼘?duì)環(huán)境的影響很小(僅占生命周期環(huán)境影響的0.1%～0.3%)，而且由于運(yùn)營(yíng)范圍很大，很難定義維修的平均值。

供應(yīng)鏈的部件制造過(guò)程被排除在外，因?yàn)椴辉谒箍澳醽喒S制造（輪胎和動(dòng)力電池除外）。其原因是數(shù)據(jù)難以獲取，以及對(duì)環(huán)境影響很小(＜1%的生產(chǎn)階段)。

該LCA給出了純電動(dòng)配送卡車和內(nèi)燃機(jī)配送卡車對(duì)環(huán)境影響的大小和關(guān)系。但是，LCA結(jié)果，特別是絕對(duì)值，不打算與其他OEM的相比較。功能單元的選擇、方法、初級(jí)數(shù)據(jù)的范圍和獲取將對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。斯堪尼亞愿意以ISO 14040/44為基礎(chǔ)，長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)更普遍的LCA指南，并致力于在此方面作出貢獻(xiàn)。

斯堪尼亞卡車是基于模塊化概念，而不是車型概念。模塊化系統(tǒng)能夠針對(duì)每一種運(yùn)輸任務(wù)提供個(gè)性化適配車輛。本LCA中所述的純電動(dòng)卡車技術(shù)規(guī)格是基于對(duì)純電動(dòng)卡車的銷量預(yù)測(cè)，這些純電動(dòng)卡車既被用于城市配送，也被用于區(qū)域配送。

我們精心挑選了一款與電動(dòng)卡車配置相當(dāng)?shù)膬?nèi)燃機(jī)卡車，同時(shí)確保是這一細(xì)分市場(chǎng)中內(nèi)燃機(jī)卡車的代表車型(基于銷售統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和內(nèi)部共識(shí)，并保證是比較公平和相關(guān)的)。

2輛車都是3軸剛性帶轉(zhuǎn)向輔助橋，配備了P17駕駛室和適應(yīng)車箱的底盤?；旧?，這2輛車唯一不同的地方就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電池重量的不同，純電動(dòng)卡車的整備重量大1 t。

4 生命周期庫(kù)存

在生命周期庫(kù)存中，為每個(gè)生命周期階段(制造、使用、維修和回收)收集數(shù)據(jù)。

生命周期的不同階段，數(shù)據(jù)收集過(guò)程是不同的。制造階段數(shù)據(jù)是基于車輛技術(shù)規(guī)格和國(guó)際材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)(IMDS)的零部件供應(yīng)商的材料成分?jǐn)?shù)據(jù)。使用階段數(shù)據(jù)基于能量消耗模擬(VECTO)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。維修階段(限于更換輪胎)和回收階段是基于外部LCA研究。

4.1 制造階段

數(shù)據(jù)收集從收集整車的材料數(shù)據(jù)開(kāi)始。據(jù)報(bào)告，每輛車有超過(guò)10 000種材料，然后按組進(jìn)行分類，最后形成一個(gè)每輛車約45種材料的清單。為了更加直觀，將這45種材料分成更寬泛的材料類別，并以純電動(dòng)卡車和內(nèi)燃機(jī)卡車重量份額的形式呈現(xiàn)。

材料和重量信息編寫在物料清單(BOM)中。BOM與Scania Mapping List一起導(dǎo)入到SlimLCI+，其中每個(gè)材料都被分配了最佳擬合數(shù)據(jù)集。LEAD數(shù)據(jù)集描述了原材料提取和半精煉產(chǎn)品制造的環(huán)境負(fù)擔(dān)。

本文使用LEAD數(shù)據(jù)庫(kù)中的工業(yè)平均數(shù)據(jù)集，但對(duì)于一些材料(例如大重量材料：鋼和鋁)，斯堪尼亞的特定數(shù)據(jù)集已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，能準(zhǔn)確代表斯堪尼亞使用的鋼和鋁。斯堪尼亞鋼鐵數(shù)據(jù)集基于標(biāo)準(zhǔn)LEAD數(shù)據(jù)集，其中包括82%的初級(jí)材料和18%的二級(jí)材料。斯堪尼亞鋁數(shù)據(jù)集基于標(biāo)準(zhǔn)LEAD數(shù)據(jù)集，其中包括52%的初級(jí)材料和48%的二級(jí)材料。

圖2 內(nèi)燃機(jī)卡車（左）和純電動(dòng)卡車（右）材料構(gòu)成(材料類別以占車輛總重量的百分比表示)

接下來(lái)的步驟是添加部件制造和車輛裝配中使用的過(guò)程能量，包括以下部件和裝配步驟：動(dòng)力總成和變速器部件、駕駛室、底盤部件和整車總裝配。對(duì)直接和間接排放的內(nèi)部監(jiān)測(cè)(范圍1和2，溫室氣體協(xié)議)有助于跟蹤這些活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體排放。此外，包括物流運(yùn)輸?shù)臏厥覛怏w排放，如從直接供應(yīng)商運(yùn)輸以及將制造的車輛運(yùn)輸?shù)浇?jīng)銷商。

為了評(píng)估輪胎的影響，與米其林合作進(jìn)行了LCA評(píng)估。這保證了輪胎制造的所有環(huán)境影響都被考慮，不僅包括材料，而且過(guò)程數(shù)據(jù)也被考慮進(jìn)去。

動(dòng)力電池采用NMC622電池技術(shù)，裝機(jī)容量為300 kWh。電池制造是一個(gè)能源密集的過(guò)程，其最大熱點(diǎn)是陰極活性材料(CAM)的制造和電池制造中的能量利用(電能和熱能)。

電池制造在歐洲完成，而之前的步驟在中國(guó)完成。這意味著電池的子件如陰極和陽(yáng)極是用中國(guó)綜合電(854 g COeq/kWh)制造的，而電池制造采用歐洲綜合電(424 g COeq/kWh)完成的。電池制造的模型是基于供應(yīng)商的數(shù)據(jù)，建模由大眾集團(tuán)完成。LCA模型對(duì)于NMC622技術(shù)具有代表性。

4.2 使用階段

評(píng)估使用階段影響主要是獲得該車輛典型的燃料和能量消耗值，采用了基于VECTO的仿真方法。VECTO是由歐洲委員會(huì)開(kāi)發(fā)的官方工具，用于計(jì)算重型車燃料/能量消耗，進(jìn)行CO排放申報(bào)(歐洲委員會(huì)，2017年)。

基于斯堪尼亞聯(lián)網(wǎng)車輛的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，VECTO的城市交付和地區(qū)交付循環(huán)得以調(diào)整，以更好地反映斯堪尼亞配送車輛的典型運(yùn)營(yíng)狀況。在2個(gè)循環(huán)中對(duì)車輛進(jìn)行模擬，然后將每個(gè)循環(huán)的結(jié)果加權(quán)到一個(gè)總結(jié)果中，使用這種方法得出的油耗值與實(shí)際油耗值進(jìn)行對(duì)比，表現(xiàn)出良好的一致性。

此外，假設(shè)車輛配備了相同的車箱，因此具有相同的空氣阻力值CdxA。在模擬中使用相同的輪胎和相同的重量分布，內(nèi)燃機(jī)卡車的最終燃料消耗為25.5 L/100 km，純電動(dòng)卡車的能量消耗為93.2 kWh/100 km (不包括充電損失，請(qǐng)參見(jiàn)油井到油箱)。

4.2.1.1 從油井到油箱(WtT)

假設(shè)內(nèi)燃機(jī)卡車采用B7柴油混合燃料，即柴油中添加了7%的RME混合燃料，代表了歐洲的燃油情況(ACEA，2013)。除了燃料，本分析還考慮了后處理系統(tǒng)使用的AdBlue。

假設(shè)純電動(dòng)卡車使用歐盟綜合電能(本文以2016年歐盟綜合電能為基準(zhǔn))。因?yàn)檫@是LEAD數(shù)據(jù)庫(kù)Service Pack 39中可用的數(shù)據(jù)，也與該型號(hào)電池使用的電能一致。2016年歐盟綜合電能的碳強(qiáng)度是424 g COeq/kWh，這相對(duì)今天的歐洲綜合電能來(lái)說(shuō)是一個(gè)保守的數(shù)字。

由于VECTO能耗結(jié)果中不包括純電動(dòng)卡車充電損失，充電損失需單獨(dú)計(jì)算。本次研究中，假設(shè)80%的充電是夜間充電，20%是快速充電。假設(shè)夜間充電的充電損失(充電站損失+車輛損失)為5%，快速充電的充電損失為10%，則充電損失平均為6%，加入到純電動(dòng)卡車的能量消耗，應(yīng)為98.7 kWh/100 km。4.2.1.2 從油箱到車輪(TtW)

內(nèi)燃機(jī)卡車的尾氣排放是根據(jù)模擬燃料消耗和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)計(jì)算的。CO和NO排放是化學(xué)計(jì)算的，是模擬燃料消耗和AdBlue消耗的函數(shù)(從運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中取平均值)。運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)也用于NOx排放計(jì)算。

CO、NMHC、NH3和PM2.5排放是使用模擬燃料消耗計(jì)算的，結(jié)合WHTC法規(guī)的法規(guī)限值，判斷是一個(gè)保守的數(shù)值(歐洲委員會(huì)，2011)。

純電動(dòng)卡車沒(méi)有任何TtW排放(尾氣排放）。使用階段也補(bǔ)充了輪胎和制動(dòng)磨損產(chǎn)生的微粒物排放(PM2.5)(Ntziachristos 和 Boulter, 2016)。

4.3 維修

在使用壽命期間，輪胎、起動(dòng)電池、制動(dòng)襯墊、機(jī)油等部件需要更換。然而，當(dāng)研究維修(輪胎除外)的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)其環(huán)境影響很小。就內(nèi)燃機(jī)卡車和純電動(dòng)卡車來(lái)說(shuō)，其排放僅占生命周期排放量的0～0.3%。因此，本報(bào)告維修階段的輪胎更換，是維修階段唯一的環(huán)境影響大的部分。假設(shè)除了制造階段安裝的輪胎外，還有2套完整的輪胎。假設(shè)鋰離子電池使用于整個(gè)汽車生命周期，即不考慮電池的更換。

4.4 回收

回收階段是基于重型車輛回收的通用模型。對(duì)于車輛回收過(guò)程產(chǎn)生的二次材料，不考慮積分。不考慮電池的第2次生命，這意味著整個(gè)制造負(fù)擔(dān)是由該車的生命周期承擔(dān)的。

斯堪尼亞有各種規(guī)模的電池回收設(shè)施，具體回收過(guò)程取決于市場(chǎng)和地理位置。這些電池將由合作伙伴收集，拆解、粉碎、回收由其合作伙伴承擔(dān)。由于市場(chǎng)設(shè)施(試點(diǎn)或大規(guī)?；厥?不同和相關(guān)數(shù)據(jù)有限，本報(bào)告選擇從回收模型中排除電池回收。如果不考慮電池回收，那么回收過(guò)程中的用能負(fù)擔(dān)就不用考慮。雖然這是本研究中一個(gè)確定的限制條件，但預(yù)計(jì)對(duì)所有已用的影響類別來(lái)說(shuō)，這一步驟的影響都很低(根據(jù)當(dāng)前回收影響的結(jié)果)。

5 結(jié)果

在比較內(nèi)燃機(jī)卡車和純電動(dòng)卡車時(shí)，一個(gè)特別值得關(guān)注的環(huán)境影響類別是氣候改變潛力(CCP)。在歐盟，客車與重型卡車的溫室氣體排放約占總排放量的6%，而且由于貨運(yùn)的增加，這一比例仍在上升(歐盟委員會(huì)，2016年)。由于車輛使用階段仍主要使用化石能源，氣候改變潛力是目前為止斯堪尼亞卡車最重要的環(huán)境影響類別。由于發(fā)電和電池制造過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放，純電動(dòng)卡車的GHG排放仍然倍受關(guān)注。與其他環(huán)境影響相比，氣候改變是主要的影響類別已通過(guò)斯堪尼亞內(nèi)部LCA與重要性分析以及里卡多研究(Hill et al.，2020)等外部研究得到證實(shí)。因此，第5章主要闡述氣候影響。

5.1 氣候改變潛力

氣候改變潛力描述了溫室氣體(GHG)的排放，溫室氣體排放增加導(dǎo)致全球平均溫度上升。全球變暖潛力的參考物質(zhì)是CO，所有其他溫室氣體(例如CH、NO、PFCs)都是根據(jù)CO當(dāng)量計(jì)算的。圖3給出了車輛總生命周期的溫室氣體排放，并對(duì)每個(gè)生命周期階段進(jìn)行了匯總。使用階段分為油井到油箱(WtT)和油箱到車輪(TtW）。

圖3 車輛總生命周期的溫室氣體排放

盡管純電動(dòng)卡車制造階段的溫室氣體排放影響幾乎是內(nèi)燃機(jī)卡車的2倍，但使用階段是純電動(dòng)卡車和內(nèi)燃機(jī)卡車溫室氣體排放影響的主導(dǎo)階段。在歐盟基準(zhǔn)綜合電能狀況下，純電動(dòng)卡車全生命周期溫室氣體排放量比內(nèi)燃機(jī)卡車減少38%。

5.2 使用改進(jìn)的綜合電能后純電動(dòng)卡車的潛力

使用階段的綜合電力是影響純電動(dòng)卡車總環(huán)境影響最重要的一個(gè)參數(shù)。本報(bào)告將2016年歐盟綜合電能作為參考基準(zhǔn)。本報(bào)告根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)出版的《2019年世界能源展望》(World Energy Outlook 2019)，對(duì)歐盟2020年和2030年的預(yù)期電力結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模。

不同來(lái)源的電力生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境負(fù)擔(dān)來(lái)自LEAD數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合考慮《WEO 2019》中公布的綜合電力結(jié)構(gòu)(IEA，2019)。2019年WEO中將可再生能源歸為一種，每種資源的分解依據(jù)RICARDO研究(Hill等人，2020年)。根據(jù)LEAD數(shù)據(jù)庫(kù)，增加了6.9%的配電和輸電損失，滿足歐盟2020年綜合電力(355 g COeq/kWh)和2030年綜合電力(203 g COeq/kWh）。作為一個(gè)替代方案，我們研究了歐盟風(fēng)能(代表綠色電力）。在敏感度分析中，除使用階段外，所有階段(包括電池制造)的綜合電能結(jié)構(gòu)保持不變(歐盟基準(zhǔn)）。

圖4顯示了綜合電網(wǎng)電能對(duì)生命周期溫室氣體排放的影響。應(yīng)該記住，這些結(jié)果是假設(shè)在整個(gè)車輛生命周期中，從1 km到最后1 km綜合電能結(jié)構(gòu)是恒定的。這意味著圖4是綜合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)的潛在效果，而不是實(shí)際情況，實(shí)際情況是不斷變化的綜合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的總影響。

圖4 不同的綜合電網(wǎng)方案對(duì)生命周期溫室氣體排放的影響

如果使用階段純電動(dòng)汽車采用歐盟2020年預(yù)測(cè)綜合電力，與內(nèi)燃機(jī)卡車(B7)相比，壽命周期溫室氣體排放將減少46%；若使用歐盟2030年預(yù)測(cè)綜合電力，與內(nèi)燃機(jī)卡車(B7)相比，壽命周期溫室氣體排放將減少63%。由于在車輛壽命末端時(shí)，綜合電網(wǎng)可能更接近預(yù)測(cè)的歐盟2030年綜合電網(wǎng)，預(yù)計(jì)壽命周期溫室氣體排放將減少46%～63%。

如果使用綠色電力(如EU風(fēng)電，目前已經(jīng)完全可行)，純電動(dòng)汽車全生命周期溫室氣體排放可以減少86%。

需要注意的是，在這些比較中，內(nèi)燃機(jī)卡車添加生物柴油(B7)的比例是不變的，如果柴油中混合的生物柴油比例更高，結(jié)果就會(huì)不同。

5.3 柴油的改進(jìn)潛力

本報(bào)告的目的是展示純電動(dòng)卡車與內(nèi)燃機(jī)卡車(燃油為添加B7的柴油)相比，降低溫室氣體排放的潛力。但是，應(yīng)當(dāng)明確指出，內(nèi)燃機(jī)卡車的溫室氣體排放是有可能大幅降低的。許多歐洲市場(chǎng)的柴油都能添加很大比例的生物柴油(主要是HVO)，而且添加比例還會(huì)持續(xù)提升。斯堪尼亞柴油機(jī)可以使用100%HVO運(yùn)營(yíng)。

本次研究如果使用廢物基(牛油)HVO替代B7，內(nèi)燃機(jī)卡車全生命周期溫室氣體排放將減少74%(從油井～車輪的溫室氣體排放減少81%)。

5.4 汽車制造階段的溫室氣體排放

如圖5所示，內(nèi)燃機(jī)卡車生產(chǎn)過(guò)程的溫室氣體排放量?jī)H占總排放量的6%。對(duì)于純電動(dòng)卡車(歐盟基準(zhǔn))，制造階段的溫室氣體排放占總排放的20%。隨著從內(nèi)燃機(jī)卡車向純電動(dòng)卡車的持續(xù)轉(zhuǎn)型，以及電力結(jié)構(gòu)的改善，制造階段的溫室氣體排放占比將繼續(xù)增加，并成為純電動(dòng)卡車全生命周期溫室氣體排放的主要部分。

圖5 不同車型每個(gè)生命周期階段的溫室氣體排放量占生命周期總排放量的比例

制造階段包括原材料提取/提煉、零部件生產(chǎn)、整車裝配和境內(nèi)物流。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)卡車和純電動(dòng)卡車來(lái)說(shuō)，零部件生產(chǎn)、整車裝配和境內(nèi)物流貢獻(xiàn)了大約2.5 t的溫室氣體。因此，制造階段溫室氣體排放大部分來(lái)自原材料提取和精煉的過(guò)程。圖6顯示了各類材料的提取和精煉、物流和裝配對(duì)內(nèi)燃機(jī)卡車和純電動(dòng)卡車生產(chǎn)階段溫室氣體排放的貢獻(xiàn)。

圖6 不同類別材料的溫室氣體排放量占制造階段總排放量的比例

內(nèi)燃機(jī)卡車制造階段產(chǎn)生溫室氣體排放的主要是鋼鐵生產(chǎn)、鑄鐵生產(chǎn)和鋁生產(chǎn)過(guò)程。純電動(dòng)卡車也使用此類材料，但是使純電動(dòng)卡車生產(chǎn)過(guò)程溫室氣體排放翻番的主要因素是能量密集型的電池制造過(guò)程。每安裝1 kWh電池溫室氣體排放為74 kg COeq，大部分排放來(lái)自動(dòng)力電池子件制造的能源密集型過(guò)程，這些制造步驟發(fā)生在中國(guó)。在圖7中，陰極的溫室氣體排放包括從原料提取、精煉、運(yùn)輸和陰極制造所需能量的所有步驟的溫室氣體排放。最后一步——電池制造發(fā)生在歐洲，主要是制造過(guò)程中的電能和熱能相應(yīng)的溫室氣體排放。

圖7 電池制造中不同步驟的溫室氣體排放占每千瓦時(shí)裝機(jī)容量總影響的比例

5.5 盈虧平衡點(diǎn)

與內(nèi)燃機(jī)卡車相比，純電動(dòng)卡車制造過(guò)程溫室氣體排放更高(主要因?yàn)殡姵刂圃?，但在車輛剩余的生命階段，由于內(nèi)燃機(jī)卡車使用階段的溫室氣體排放上升很快，純電動(dòng)卡車的溫室氣體排放債務(wù)很快還清。也就是說(shuō)行駛一定里程后，溫室氣體排放總量達(dá)到“盈虧平衡”，在平衡點(diǎn)上，純電動(dòng)卡車和內(nèi)燃機(jī)卡車的溫室氣體排放量是相等的。在盈虧平衡點(diǎn)之后，純電動(dòng)卡車全生命周期溫室氣體排放量將低于內(nèi)燃機(jī)卡車。

圖8顯示了累計(jì)溫室氣體排放量與總行駛里程的關(guān)系。除使用階段外的所有生命周期階段都被總結(jié)并設(shè)置為曲線的起點(diǎn)。根據(jù)綜合電力結(jié)構(gòu)的不同，純電動(dòng)卡車行駛3.3萬(wàn)～6.8萬(wàn)km達(dá)到收支平衡。

圖8 累計(jì)溫室氣體排放量與總行駛里程的關(guān)系

5.6 其他環(huán)境影響

圖9給出了內(nèi)燃機(jī)卡車vs.純電動(dòng)卡車的其他類溫室氣體排放的關(guān)系。將內(nèi)燃機(jī)卡車的值設(shè)置為參考值(100%)，純電動(dòng)卡車的值顯示為與內(nèi)燃機(jī)卡車相比的減少值。沒(méi)有提出絕對(duì)值，也沒(méi)有對(duì)一個(gè)影響類別相對(duì)于其他影響類別的重要性作出描述。目的是展示純電動(dòng)卡車的溫室氣體排放降低潛力。

圖9 內(nèi)燃機(jī)卡車vs純電動(dòng)卡車的其他類溫室氣體排放的關(guān)系

就所有影響類別來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)卡車都有明顯的降低潛力，特別是由尾管影響的類別，例如顆粒形成、光化學(xué)臭氧產(chǎn)生和陸地酸化的情況。在這些類別中，純電動(dòng)卡車呈現(xiàn)大幅削減的潛力。

生成顆粒物的一次/二次氣溶膠對(duì)人類健康有影響，以PM2.5當(dāng)量表示。值得指出的是，只有少部分影響類別來(lái)自直接PM2.5。直接PM2.5來(lái)自：排氣管(20%)、輪胎和剎車磨損(50%)、道路磨損(30%)。這類排放的主要部分來(lái)自NOx和NH等的二次氣溶膠。

與內(nèi)燃機(jī)卡車相比，純電動(dòng)卡車在化石資源利用、海洋和淡水富營(yíng)養(yǎng)化等類別中的影響也有所下降，但不像前面提到的類別那么顯著。

礦物資源使用和海洋富營(yíng)養(yǎng)化最大驅(qū)動(dòng)因素是從油井到油箱，即為內(nèi)燃機(jī)卡車生產(chǎn)柴油和為純電動(dòng)卡車發(fā)電。隨著電網(wǎng)的低碳化，純電動(dòng)卡車的這類影響將隨之降低，與內(nèi)燃機(jī)卡車相比的降幅將更大。

就淡水富營(yíng)養(yǎng)化方面來(lái)說(shuō)，使用階段(從油井到油箱)的影響仍然是內(nèi)燃機(jī)卡車的主要部分，而純電動(dòng)卡車的這部分只是內(nèi)燃機(jī)卡車的1/4。這是因?yàn)榕c發(fā)電相比，生產(chǎn)柴油的影響更大。

淡水富營(yíng)養(yǎng)化另一個(gè)影響大的點(diǎn)是車輛回收，其影響來(lái)自金屬回收。本報(bào)告中，回收是基于一個(gè)通用模型，因此內(nèi)燃機(jī)卡車和純電動(dòng)卡車的影響是相同的。

在海洋/淡水富營(yíng)養(yǎng)化類別中，維修階段的重要性大于其他類別。維修階段的影響來(lái)自輪胎生產(chǎn)，在車輛的生命周期中輪胎生產(chǎn)的影響不斷變化。因此，對(duì)純電動(dòng)卡車和內(nèi)燃機(jī)卡車來(lái)說(shuō)，維修階段的影響是一樣的。

6 討論

6.1 以噸公里為單位

噸公里(tkm)是運(yùn)輸業(yè)進(jìn)行壽命周期評(píng)估常用的單位，如果比較某一運(yùn)輸任務(wù)適用的2種方案的影響，則噸公里非常適合。然而，本研究的目的不僅是比較2種車輛，而且要表明2種卡車生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響。在這種情況下，單位1 tkm不足以滿足研究目標(biāo)，因?yàn)橐? tkm為單位，結(jié)果不能直接進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展并非不可能，但需要非常小心地進(jìn)行，每個(gè)生命周期階段需要分別處理。因此本次研究選擇以“平均有效載荷的總里程”為單位，這是一個(gè)典型的完整運(yùn)營(yíng)壽命的良好反映。

6.2 實(shí)際的能量/燃油消耗

尋找典型的燃料/能源消耗假設(shè)值是一項(xiàng)有難度的任務(wù)。運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)是最好的信息來(lái)源，但需要大量運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，以降低得出不正確結(jié)論的風(fēng)險(xiǎn)，防止離群值的影響。本研究中的純電動(dòng)卡車是一種新事物，其行駛的能量消耗數(shù)據(jù)非常有限，因此不是一個(gè)典型值來(lái)源。使用基于仿真的方法，可以保證2種車的假定燃料/能量消耗都有相同的先決條件。本報(bào)告選擇成熟的燃料和能量計(jì)算工具VECTO作為模擬工具。

配送卡車的VECTO驅(qū)動(dòng)循環(huán)有地區(qū)配送循環(huán)和城市配送循環(huán)。為了獲得典型的結(jié)果，修改了VECTO默認(rèn)驅(qū)動(dòng)循環(huán)。通過(guò)使用與本研究中車輛規(guī)格相似的配送卡車參考車隊(duì)的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，分析了停車頻率、道路坡度和停車時(shí)間等因素。基于這些數(shù)據(jù)，調(diào)整了VECTO循環(huán)，以反映本研究的卡車的預(yù)期行駛條件。

6.3 壽命周期影響評(píng)估——方法與類別

在討論生命周期影響評(píng)估(LCIA)時(shí)，有2個(gè)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)：LCIA方法和影響類別。LCIA方法是計(jì)算一系列影響(也稱為影響類別)的綜合方法?！坝绊憽笔荓CI對(duì)環(huán)境、人類健康和可用資源造成的后果。同樣影響(類別)有不同的計(jì)算方法。這些復(fù)雜計(jì)算旨在反映更復(fù)雜的自然排放流程。在LCA中，重要的是選擇一種被學(xué)術(shù)界和行業(yè)專家認(rèn)可的可靠和適用的方法(在其他標(biāo)準(zhǔn)中)，本研究選擇了ReCiPe 2016 v1.1 Hierachist。

進(jìn)行LCA通常使用單一的LCIA方法。然而，這意味著一些影響或多或少會(huì)發(fā)展，有些東西會(huì)阻礙相互之間的交流。為了達(dá)到完全透明和避免轉(zhuǎn)移負(fù)擔(dān)，最理想的情況是，運(yùn)輸業(yè)的所有相關(guān)影響應(yīng)該評(píng)估并相互交流。但是，本項(xiàng)研究選擇忽略一些影響類別，這些類別的方法仍在開(kāi)發(fā)中，目前認(rèn)為是不成熟的(例如礦產(chǎn)資源枯竭，水的使用和毒性)。

傳播不成熟方法的結(jié)果，在最壞的情況下可能是錯(cuò)誤的，并導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。

該研究的目標(biāo)是通過(guò)研究8種與交通運(yùn)輸業(yè)最相關(guān)的環(huán)境影響，并利用目前成熟的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們將繼續(xù)跟蹤技術(shù)發(fā)展，繼續(xù)選擇最適用的LCIA方法和影響類別。

7 結(jié)論

重型卡車?yán)寐矢?，因此使用階段成為對(duì)環(huán)境影響最重要的生命周期階段。隨著向全電動(dòng)卡車的轉(zhuǎn)型，使用階段也將獲得根本性的改進(jìn)?？紤]到使用歐盟2020年預(yù)計(jì)綜合電力和歐盟2030年預(yù)計(jì)綜合電力，純電動(dòng)卡車使用階段減少氣候影響的潛力分別為2020年的46%和2030年的63%，很可能卡車生命周期末的綜合電力接近歐盟2030年預(yù)計(jì)綜合電力?？梢缘贸鼋Y(jié)論，2020年之后進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的純電動(dòng)卡車，與內(nèi)燃機(jī)卡車相比，使用階段壽命周期溫室氣體排放能減少50%以上。

本研究表明，在使用階段使用綠色電力，純電動(dòng)卡車生命周期溫室氣體排放有可能減少86%。盡管純電動(dòng)卡車制造過(guò)程的溫室氣體排放是內(nèi)燃機(jī)卡車的2倍，但仍實(shí)現(xiàn)了上述減排數(shù)值。

在制造階段，鋰離子電池是溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)者。就本報(bào)告中的純電動(dòng)卡車來(lái)說(shuō)，電池的排放量占制造過(guò)程中溫室氣體排放的40%+。然而，隨著電池行業(yè)不斷脫碳和綠色電力使用的增加，降低純電動(dòng)卡車制造階段的排放值還有很大潛力。因此，我們認(rèn)為，隨著電池實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)和綠色電力增多，純電動(dòng)卡車的溫室氣體減排潛力將達(dá)90%+。

純電動(dòng)卡車在溫室氣體排放方面存在“制造階段債務(wù)”。但是，卡車?yán)寐矢撸瑴厥覛怏w收支平衡發(fā)生在生命周期的早期。本研究表明，隨著綜合電力中碳強(qiáng)度的不同，溫室氣體平衡發(fā)生在3.3萬(wàn)～6.8萬(wàn)km，這表明，就目前的綜合電力結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，運(yùn)營(yíng)1～2年后，純電動(dòng)卡車比內(nèi)燃機(jī)卡車的溫室氣體排放更低。