Углеродная нейтральность автомобильных материалов: 10 тонн CO₂ с каждой машины

Если считать весь жизненный цикл, электромобиль на этапе производства даёт больше выбросов, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Основная причина - добыча сырья и переработка материалов. Поэтому Volvo Cars и Китайско-британский институт низкоуглеродного развития Шанхайского университета Цзяотун подготовили, по их словам, первый в Китае комплексный анализ стоимости декарбонизации материалов электромобиля.

Откуда берутся выбросы

Расчёт сделан для рынка Китая на примере Volvo ES90. Автомобиль разобрали на материалы и построили модель «материал - энергопотребление - выбросы - стоимость». Главный инструмент - кривая затрат на снижение выбросов: по одной оси объём сокращения, по другой изменение себестоимости автомобиля. Так видно, какие решения окупаются, а какие нет.

При пробеге 200 000 км выбросы ES90 за жизненный цикл составляют 31 т CO₂, при зелёной электроэнергии в эксплуатации - 26 т. На производственную стадию приходится около 23,5 т, и большая их часть связана с материалами:

• алюминий: 24% массы и 35% выбросов;
• сталь: 34% массы и 17% выбросов;
• электродные материалы аккумуляторов: 9% массы и 18% выбросов;
• полимеры: 18% массы и 9% выбросов;
• медь, стекло и электроника: 6% массы и 11% выбросов.

Около 80% выбросов возникает в цепочке поставок уровня Tier 1 и выше. Поэтому авторы считают ключевым переход от проектирования отдельных компонентов к взаимодействию по всей цепочке создания стоимости.

Главный вывод: 10 тонн с машины

При неизменных характеристиках и себестоимости автомобиля достижимо базовое сокращение около 7 т CO₂. С учётом китайской цены на углерод (в расчёте 100 юаней за тонну CO₂) рынок раскрывает ещё около 3 т. Итого технико-экономически реализуемый потенциал - около 10 т CO₂ на автомобиль. Приоритетных направлений четыре:

• больше вторичного сырья в алюминии, стали, аккумуляторах, полимерах и меди;
• замещение материалов: PP вместо PA или PC/ABS, сталь вместо части алюминия, алюминий вместо части меди;
• 100% зелёной электроэнергии и другой зелёной энергии, например биометана, по всей цепочке;
• замкнутый рециклинг, а в долгосрочной перспективе более дорогие пути: водородная металлургия H₂-DRI-EAF, биооснованные полимеры, химический рециклинг пластика.

Полимеры: дешевле и чище одновременно

В автомобиле работают модифицированные PP, PA, PU, PC/ABS и другие пластики: бамперы, обшивка дверей, панель приборов, сиденья, подкапотные детали. В ES90 16% полимеров - вторичные или биооснованные. Около 70% выбросов полимера приходится на производство сырья, 20% на электроэнергию при компаундировании и 10% на формование. Удельные выбросы сильно различаются (т CO₂ на тонну): PP - 3,8, ABS - 5,5, PC - 6,1, PC/ABS - 6,4, PU - 7,8, PA - 9,3.

Отсюда самая выгодная мера - замена «тяжёлых» по углероду пластиков модифицированным PP там, где позволяют требования безопасности и долговечности:

• модуль охлаждения силовой установки: PA GF30 заменён на PP GF50, выбросы минус 70%, стоимость минус 30%. Это возможно, потому что вокруг электродвигателя температуры ниже, а рабочие среды контролируемее, чем у ДВС;
• силовой элемент сиденья: PC/ABS заменён на PP GF30 TD20, выбросы и стоимость минус 50%. Такие материалы подходят и для дверных ручек, спинок сидений, гнёзд ключ-карты.

Со вторичным пластиком сложнее. Сбор, сортировка, мойка и модификация делают качественное вторичное сырьё на 5-20% дороже первичного. Тем не менее механически рециклированный PP в части наружных деталей и больше рециклированных PA6/66 снижают выбросы без роста себестоимости. Химический рециклинг пока на ранней стадии коммерциализации и заметно дороже, поэтому подходит для ниш с высокой добавленной стоимостью. Основным путём останется механический рециклинг, тем более что регулирование ужесточается: европейский ESPR требует 15% вторичного пластика к 2027 году и 25% к 2030-му, из них 6,25% автомобильного происхождения.

Пример замкнутого цикла - Renault Group: старые бамперы и защиту днища дробят, моют, сортируют флотацией, модифицируют и снова получают автомобильные детали. Условия успеха - прослеживаемость сырья и целевая модификация вторичного материала, а для салона ещё и контроль запаха и летучих органических соединений.

Биооснованные полимеры из касторового, соевого и отработанного пищевого масла, кукурузы и сахарного тростника снижают зависимость от нефти, но пока дороги: PA56 на касторовом масле даёт на 60% меньше выбросов, но стоит на 45% дороже нефтяного. Экокожа Nordico® из PVC на сосновом масле с переработанными PET-бутылками даёт 2,4 кг CO₂ на квадратный метр, на 74% меньше традиционной кожи.

Алюминий и сталь

Первичный алюминий на угольной генерации даёт до 18 т CO₂ на тонну, «зелёный» (электролиз на зелёной энергии) - около 6 т, вторичный - около 1 т. Больше половины выбросов первичного металла (51%) - это электроэнергия электролиза. Сейчас в ES90 29% вторичного и 43% зелёного алюминия; авторы предлагают перейти на 65% вторичного и 35% зелёного. Колёсные диски из 75% лома дисков и 25% зелёного алюминия дают минус 85% выбросов при изменении стоимости минус 1%. Для части неструктурных деталей выгоднее сталь: по жизненному циклу она даёт около 15 т CO₂ на тонну против 32 т у первичного алюминия и стоит около 45% его цены.

Для стали всё решает технологический маршрут: доменно-конвертерный BF-BOF - до 2,1 т CO₂ на тонну, электродуговая печь на 100% ломе - 0,7 т, она же на зелёной электроэнергии - 0,4 т, водородное восстановление H₂-DRI-EAF - около 0,1 т. Водородный маршрут становится экономичным при цене зелёного водорода около 10,5 юаня за килограмм, паритет с BF-BOF в отдельных регионах ожидается около 2030 года. Доля электродуговой стали в Китае в 2025 году достигла 15%, к 2030 году её планируют довести до 20-22%.

Аккумуляторы, медь и электроника

Тяговая батарея даёт до 18% выбросов электромобиля за жизненный цикл. Ячейка NCM622 - около 63,4 кг CO₂ на кВт·ч, из них до 39 кг приходится на катодный материал. Что помогает:

• 100% вторичных солей никеля, кобальта и лития из гидрометаллургии снижают выбросы до 42,5 кг CO₂ на кВт·ч; гидрометаллургия извлекает 98% никеля и кобальта и 90% лития;
• переход с NCM на LFP снижает себестоимость на 21% и выбросы на 11%;
• зелёная энергия на производстве сокращает выбросы батареи почти на 28%;
• сухое нанесение электродного слоя даёт около минус 18% стоимости и минус 40% выбросов (окно индустриализации 2027-2028 годы), анод из твёрдого углерода - около минус 19% выбросов.

Регламент ЕС о батареях с августа 2031 года требует минимум 16% вторичного кобальта и по 6% никеля и лития. При этом вторичные материалы из отработанных аккумуляторов в Китае смогут покрыть лишь около 30% потребности, поэтому собственные цепочки поставок вторичных солей авторы называют стратегической задачей.

Первичная медь даёт около 4 т CO₂ на тонну, вторичная - 0,6-2 т. В обмотках электродвигателей Volvo уже 80% вторичной меди. Ещё один путь - алюминиевые шины вместо медных в высоковольтной системе. Электроника даёт 1,8 т CO₂ на машину, из них 84% - печатные платы; доменная архитектура позволяет заменить 70-100 блоков управления на 3-5 доменных контроллеров.

Что предлагают отрасли и властям

• Автопроизводителям: планы по доле вторичного сырья для типовых деталей, совместная оптимизация металлов и полимеров, прозрачный углеродный след поставщиков и общая база данных выбросов.
• Поставщикам компонентов: единое понимание стоимости углерода внутри компании и обмен путями декарбонизации с автопроизводителями.
• Властям: индустриальные парки рециклинга и переработки аккумуляторов, субсидии и налоговые льготы, стандарты учёта углеродного следа, стимулы для зелёных закупок и первых промышленных линий.

Работа заняла год: авторы обследовали около 40 компаний, выявили порядка 50 методов декарбонизации и отобрали 22 ключевые меры. Расчёты опираются на стандарт ISO 14044:2006. Единой методики для автомобильных материалов пока нет, и авторы сами оговаривают возможные неточности в оценке стоимости мер.