拥抱全电动汽车未来愿景的投资者和政界人士认为，这条道路将显着减少全球二氧化碳排放量。这还远没有说清楚。
越来越多的研究表明，用电动汽车广泛取代传统汽车对全球排放的影响可能相对较小。结果甚至有可能增加排放。
问题主要不在于发电产生的排放。相反，这是我们知道和不知道在将电动汽车交付给客户之前发生的事情，即从迷宫般的供应链中产生的“隐含”排放，以获得和加工制造电池所需的所有材料。
无论是汉堡包、房屋、智能手机还是电池，所有产品都包含生产过程上游“隐藏”的隐含排放。为了了解宏观层面的影响，法国高气候委员会去年发表的一项研究。分析发现，法国声称实现全国二氧化碳排放量下降是虚幻的。一旦计算了该国进口固有的隐含排放量，排放量实际上已经增加，比报告的高出约 70%。
隐含排放量可能非常难以准确量化，而且没有比电动汽车更复杂和不确定的地方了。虽然电动汽车在驾驶时不言而喻，但其总生命周期排放的约 80% 来自制造电池的隐含能量和“制造”电力为车辆提供动力的结合。其余来自制造汽车的非燃料部件。对于传统汽车来说，这个比例是相反的，其中大约 80% 的生命周期排放直接来自驾驶时燃烧的燃料，其余来自制造汽车和制造汽油的隐含能量。
几乎传统汽车燃料循环的每一个特征都很好理解，范围很窄，如果没有严格监管，就会受到严重监控，并且基本上没有假设。电动汽车并非如此。
例如，一项对 50 项学术研究的评论发现，制造单个EV 电池的隐含排放量估计值从低至约 8 吨到高达 20 吨的二氧化碳不等。最近的另一项技术分析表明，该范围约为 4 至 14 吨。这些范围的高端几乎与高效的传统汽车燃烧的燃料寿命产生的二氧化碳一样多。同样，那是在电动汽车交付给客户并行驶第一英里之前。
不确定性来自于电池燃料循环中使用的能量的数量和类型的固有(并且可能无法解决)可变性，其因素取决于地理和工艺选择，其中许多通常是专有的。分析，利用与实施能量的显示范围二至六个桶的油(在能量当量计)被用于制造可存储的能量相当于一个的电池加仑汽油。因此，对电动汽车电池隐含排放量的任何计算都是基于无数假设的估计。事实是，没有人能够测量或预测明天的电动汽车二氧化碳“里程”。
随着越来越多的美元涌入政府计划和气候科技基金- 2021的轨道上吹过去的记录2020气候高科技的投资，单独三家公司，贝莱德，泛大西洋和TPG，每个宣布新的$ 4至$ 5十亿的清洁技术基金-我们对电动汽车的隐含排放和其他假定的减少二氧化碳排放的技术灵丹妙药给予认真的关注已经过时了。正如我们很快就会看到的，注意力可能不会揭示预期的结果。
数据(上)挖掘
任何车辆的目标都是让燃油系统在总重量中所占的份额尽可能小，为乘客或货物留出空间。锂电池尽管具有革命性和诺贝尔奖的价值，但在为不受限制的机器供电的衡量指标中仍然遥遥领先：能量密度。
锂类化学品(即不是电池芯，而是原料化学品)的固有能量密度理论上可高达每公斤 700 瓦时 (Wh/kg)。虽然这大约是铅酸电池化学能量的五倍，但它仍然是石油中可用的 12,000 Wh/kg 的一小部分。
为了实现与 60 磅汽油相同的行驶里程，电动汽车电池的重量约为 1,000 磅。与汽油发动机相比，电动发动机的重量更轻，并没有弥补这一差距，因为前者通常仅比后者轻约 200 磅。
制造商通过使用更多的铝或碳纤维而不是钢来减轻电动汽车的其余部分，从而抵消了部分电池的重量损失。不幸的是，这些材料每磅生产的能源强度分别比钢高 300% 和 600%。使用在许多电动汽车中很常见的半吨铝，会使非电池隐含排放量增加6 吨二氧化碳(大多数分析忽略的一个因素。)排放核算变得混乱。
锂电池化学成分有多种可能的元素组合。选择取决于满足电池性能指标组合的折衷方案：安全性、密度、充电率、寿命等。根据所选的具体配方，与关键电池化学物质本身相关的隐含能量可能相差600% .
考虑广泛使用的镍钴配方中的关键元素。典型的 1,000 磅 EV 电池包含约 30 磅锂、60 磅钴、130 磅镍、190 磅石墨和 90 磅铜。(重量的平衡是用钢、铝和塑料。)
隐含能量的不确定性始于矿石品位或包含每种目标矿物的岩石份额。矿石品位可以从几个百分点到 0.1% 不等，具体取决于矿物、矿山和随着时间的推移。使用今天的平均值，一个单独的EV 电池开采的矿石量(必须使用能源密集型重型设备)约为： 10吨锂卤水获得 30 磅锂;30吨矿石可获得60磅钴;130 磅镍 5 吨;90磅铜6吨;190 磅石墨大约需要一吨矿石。
然后，必须在该吨位上加上“超载”，即为了获取含矿物的矿石而首先移除的泥土量。该数量也有很大差异，具体取决于矿石类型和地质情况，通常需要挖掘约 3 到 7 吨才能获得 1 吨矿石。把所有的因素一起，制造单半吨EV电池可以意味着挖和共约250吨地球的移动。之后，总共运送约 50 吨矿石并进行加工，以分离出目标矿物。
隐含能量也受矿山位置的影响，这在理论上今天是可知的，但对于未来却是一个猜谜游戏。偏远的采矿地点通常涉及更多的卡车运输，并依赖更多的离网电力，后者通常由柴油发电机提供。就目前而言，仅矿产部门就占全球工业能源使用量的近40%。世界上超过一半的电池或关键的电池化学品是在亚洲生产的，其以煤炭为主的电网。尽管希望在欧洲和北美建立更多工厂，但每项预测都认为亚洲将在很长一段时间内完全主导该供应链。
电网和电池的广泛可变性
大多数对电动汽车排放的分析都没有忽略电池中的隐含碳债务。但该因素通常且简单地说是指定一个值，以计算在不同电网上使用电动汽车所产生的变化。
国际清洁运输委员会 (ICCT)最近的分析非常有用。ICCT 对电池使用固定的碳债务，重点关注电动汽车的碳足迹如何根据其在欧洲的行驶地点而变化。计算表明，与节油的传统汽车相比，电动汽车的生命周期排放量从在挪威或法国驾驶时降低 60% 到在英国驾驶时降低约 25% 不等。在德国开车。(德国电网的每千瓦时平均碳排放量与美国电网大致相同。)
他们的分析使用了平均电网排放数据，这些数据不一定代表插电时发生的排放。但具体时间，而不是平均值，决定了用于“加油”的实际电力来源。汽油使用的地点和时间没有这种模糊性;它在地球上的任何时间和任何地方都是一样的。虽然 EV 时间因素在挪威和法国几乎没有变化，其中大部分电力分别来自水力和核能，但在其他地方它可能会发生很大变化，例如，100% 太阳能到 100% 煤炭取决于一天中的时间、月份和位置。
另一项最近的 ICCT分析也使用了年度电网平均值，并计算出与普通汽车相比，生命周期排放量的减少范围从印度电动汽车的约 25% 到欧洲的 70%。但是，与欧洲内部比较的类似练习一样，假设电池制造存在单一的固定碳债务，并且该债务的价值很低。
有充分的理由考虑包含电池排放范围的影响，而不是单一的低平均值，因为国际能源署(以及其他)报告说，当今大多数矿产生产都需要排放“强度”较高端的过程。针对这一现实调整 ICCT 结果将计算的生命周期电动汽车排放量节省降低到挪威驾驶的约 40%(而不是 60%)，英国或荷兰几乎没有减少或没有减少，而在英国或荷兰驾驶的电动汽车则增加约 20%德国。
这并不是现实世界不确定性的结束。ICCT 也是许多类似分析的典型代表，它基于比复制广泛更换传统汽车所需的 300 英里范围所需的尺寸小 30% 到 60% 的电池进行计算。较大的电池在当今的高端电动汽车上很常见。将电池的尺寸增加一倍会导致其碳债务直接增加一倍，这反过来又会在许多(也许是大多数)地方显着侵蚀或消除生命周期中的排放节省。
同样有问题的是，人们发现对未来减排量的预测通常明确假设未来的电池供应链将位于电动汽车运营的国家/地区。一项被广泛引用的分析假设美国电动汽车的铝需求将由国内冶炼厂满足，主要由水坝提供动力。虽然这在理论上是可能的，但它并不能反映现实。例如，美国仅生产全球铝的6%。如果假设工业过程位于亚洲，则计算出的生命周期排放量要高出150%。
对于电动汽车碳核算，问题在于没有报告机制或标准，甚至与石油获取、提炼和消费的透明度相差甚远。研究人员并没有忽视获得准确数据的挑战，即使这些担忧没有渗透到执行摘要和媒体声明中。在技术文献中，人们经常会发现一些警示性声明，例如“更好地了解制造锂离子电池所需的能量对于正确评估锂离子电池使用量迅速增加对环境的影响至关重要。”或者在最近的另一篇研究论文中：“不幸的是，其余电池材料的行业数据仍然很少甚至不存在，迫使 LCA [生命周期分析] 研究人员求助于工程计算或近似值来填补数据空白。”
当涉及到扩大世界矿产供应链以支持生产数千万辆电动汽车时，这些“数据差距”就成了一道鸿沟。
调高音量
也许最重要的通配符是与获得必要数量的“能源过渡矿物”(ETM) 相关的能源成本预期上升，正如国际能源署 (IEA) 所称。
今年早些时候，该机构发布了一份关于供应 ETM 以制造电池以及太阳能和风能机器所面临的挑战的重要报告。该报告强化了其他人早些时候指出的内容。与传统汽车相比，电动汽车每辆车需要使用的关键矿物质总体上多 500%。因此，IEA 得出的结论是，当前的电动汽车计划以及风能和太阳能计划将要求全球矿产产量增加 300% 至 4,000%，以获得必要的一系列关键矿物。
例如，电动汽车比传统汽车多使用约 300% 至 400% 的铜这一事实尚未影响全球供应链，因为电动汽车仍占全球汽车总数的不到 1%。大规模生产电动汽车，以及电网电池以及风能和太阳能机器的计划，将推动“清洁能源”行业消耗全球铜的一半以上(从今天的 20% 水平)。对于镍和钴，要注意其他两种相关矿物，“转型”愿望将推动这两种金属的清洁能源使用分别占全球需求的 60% 和 70%，而今天的份额可以忽略不计。
为了说明仅 EV 要求的对采矿业的最终需求规模，请考虑一个拥有 5 亿辆电动汽车的世界——这仍然占所有汽车的一半以下——将需要开采足够数量的能源矿物来制造电池约3万亿智能手机。这相当于后者2,000多年的开采和生产。根据记录，许多电动汽车只会减少世界石油使用量的 15%。
抛开全球采矿业如此惊人扩张的环境、经济和地缘政治影响。在世界银行警告有关“对矿产资源的可持续发展挑战的新的套件。”采矿业的这种增加与对矿物未来碳强度的预测直接相关，因为获取原材料已经占电动汽车生命周期二氧化碳排放量的近一半。
正如 IEA 报告还观察到的，ETM 不仅具有“高排放强度”，而且趋势表明，由于矿石品位长期下降，每磅开采的能源使用量一直在上升。如果矿物需求加速，矿工必然会追逐品位越来越低的矿石，而且越来越偏远地区。例如，国际能源署认为，每生产一磅锂和镍，排放量会增加300% 至 600%。
铜的趋势说明了这一挑战。从 1930 年到 1970 年，采矿后化学工艺的进步导致生产一吨铜的能源使用量下降了 30%，尽管矿石品位缓慢下降。但随着优化过程接近物理极限，这些都是一次性的收益。因此，在 1970 年之后的 40 年中，随着矿石品位的持续下降，每吨铜的能源使用量增加，并恢复到 1930 年的水平。这将是近期矿石品位持续下降的格局其他矿物质。
尽管如此，与其他机构一样，IEA 使用今天推定的平均供应链排放强度来断言未来的电动汽车将减少排放。但 IEA 自己报告中的数据表明 ETM 的隐含排放量正在上升。再加上更多太阳能和风能建设的影响，IEA 指出，与建造天然气发电厂相比，这需要多 500% 到 700% 的矿物，我们将看到采矿供应链面临更大的压力——这，在商品世界，指向价格的急剧上涨。
如果电动汽车的电动汽车份额从今天的不到 1% 上升到接近 10% 的份额，Wood Mackenzie的资源专家认为材料需求是站不住脚的：“除非电池技术可以开发、测试、商业化、制造并集成到电动汽车中并且他们的供应链比以往任何时候都快，许多电动汽车目标和 ICE(内燃机)禁令将无法实现——这给当前的电动汽车采用率预测带来了问题。”
没有证据表明有能力在政策期望中常见的短时间内加速工业级化学品的开发和制造或采矿。在第一辆特斯拉轿车问世之前，锂电池化学的发现已经过去了近三年。
在电池供应链中追求碳效率
当然，随着电动汽车供应链排放量的增加，推动世界走向未来的一些因素当然有改善的方法：更好的电池化学(减少每千瓦时存储能量所需的材料)、更高效的化学过程、采矿设备电气化和回收利用。所有这些通常都是作为“不可避免的”或“必要的”解决方案提供的。但在电动汽车快速扩张的预期时间框架内，没有任何一个能产生重大影响。
尽管流行的新闻报道经常声称一些“突破”，但没有商业上可行的替代电池化学物质能显着改变每电动汽车英里所需的物理材料的数量级。在大多数情况下，改变化学配方只会转移负担。
例如，减少钴的使用通常是通过增加镍含量来实现的。至于不使用碳或镍等高能原子的化学物质，而是使用更平淡和低能量强度的元素，如铁(例如，磷酸铁锂电池)，这种配方具有较低的能量密度。后者意味着需要更大、更重的电池来维持车辆行驶里程。尽管如此，我们还是有理由想象最终会发现一种基础优越的电池化学物质。但是一旦经过验证，就需要很多年才能安全地扩大工业化学系统。今天以及在不久的将来，用于汽车的电池必然会使用现在可用的技术，而在某一天理论上不可用。
然后是提高矿物精炼和转化过程中使用的各种化学过程的效率的前景。改进是不可避免的，这在很大程度上是因为工程师总是这样做，在数字时代，他们会更经常地取得成功。但是，在物理化学领域中，过程已经在接近物理极限的情况下运行，并没有出现已知的“阶跃函数”变化。换句话说，锂电池现在已经远远超过了流程(和成本)效率快速提高的早期阶段，并进入了增量收益阶段。
至于矿用卡车和设备的电气化，卡特彼勒、迪尔和凯斯(等)都有这样的项目，甚至还有一些生产机器出售。一些特定应用的有希望的设计即将出现，但电池无法满足在大多数用途中为重型设备供电的 24×7 性能要求。此外，采矿和工业设备的周转率以几十年为单位。矿山将在很长一段时间内使用大量燃油设备。
最后，还有回收，通常被提议用来减轻新的需求。即使所有电池都完全回收利用，它也无法满足电动汽车拟议(或强制)增长路径所带来的巨大需求增长。无论如何，在从复杂机器(尤其是电池)中回收关键矿物的效率和经济性方面存在未解决的技术挑战。虽然人们可能会想象有一天拥有自动回收功能，但现在不存在这样的东西。考虑到当前和未来电池设计的多样性，在政策制定者和电动汽车支持者考虑的时间范围内，没有明确的途径来实现这种能力。
法律混乱和电动汽车排放信用
不可避免的事实是，有太多的假设、猜测和含糊不清，以至于任何关于电动汽车减排的声明都将受到操纵，如果不是欺诈的话。考虑到技术的不确定性、地理因素的多样性和不透明度，以及许多流程的专有性质，许多必要的数据可能永远无法以任何正常的监管方式收集。即便如此，证券交易委员会显然也在考虑此类披露要求。如果欧洲和美国监管机构以具有法律约束力的方式奉行“绿色披露”，或强制执行有关二氧化碳排放的“负责任的”ESG 指标，那么电动汽车生态系统的不确定性可能会导致法律破坏。
对于渴望减少汽车用油的政策制定者来说，工程师们已经发明了一种更简单、更确定的方法来实现这一目标，同时等待电池化学和采矿业的革命。商业上可行的内燃机已经存在，可以将燃料使用量减少多达 50%。与在全球道路上增加 3 亿辆电动汽车相比，通过为消费者提供购买更高效发动机的激励措施来捕捉其一半的潜力将更便宜、更快捷且透明可验证。
