汽车材料碳中和：每辆车减排10吨二氧化碳

从全生命周期看，电动汽车在生产阶段的碳排放高于内燃机汽车，主要原因在于原材料开采和材料加工。为此，沃尔沃汽车与上海交通大学中英国际低碳学院联合开展研究，据其介绍，这是国内首个关于电动汽车材料脱碳成本的系统性分析。

排放从何而来

研究以中国市场为边界，以沃尔沃ES90为基准车型。通过整车拆解和材料分解，构建了“材料-能耗-排放-成本”模型。核心工具是减排成本曲线：一个坐标轴表示减排量，另一个表示整车成本变化，由此可以看出哪些措施具有经济性。

按行驶20万公里计算，ES90全生命周期排放为31吨二氧化碳，使用阶段采用绿电时为26吨。生产阶段约占23.5吨，其中大部分与材料相关：

• 铝：占质量24%，占排放35%；
• 钢：占质量34%，占排放17%；
• 电池电极材料：占质量9%，占排放18%；
• 高分子材料：占质量18%，占排放9%；
• 铜、玻璃和电子元器件：占质量6%，占排放11%。

约80%的排放发生在一级及以上供应链。因此，作者认为关键在于从“零部件设计”转向整个价值链协同。

核心结论：每辆车10吨

在整车性能和成本不变的前提下，可实现约7吨二氧化碳的基础减排。考虑中国碳价（按每吨二氧化碳100元计算），市场机制还可释放约3吨。综合来看，每辆车技术经济可行的减排潜力约为10吨二氧化碳。优先方向有四个：

• 提高铝、钢、电池、高分子材料和铜中的再生材料比例；
• 材料替代：以PP替代PA或PC/ABS，以钢替代部分铝，以铝替代部分铜；
• 在全价值链使用100%绿电及生物甲烷等其他绿色能源；
• 建立闭环回收体系，长期则采用成本更高的路径：氢冶金H₂-DRI-EAF、生物基高分子材料和塑料化学回收。

高分子材料：降本与减排兼得

汽车中使用改性PP、PA、PU、PC/ABS等塑料，应用于保险杠、门板、仪表板、座椅和发动机舱部件。ES90的高分子材料中有16%为再生或生物基材料。高分子材料约70%的排放来自原料生产，20%来自改性造粒用电，10%来自成型。不同材料的单位排放差异很大（吨二氧化碳/吨）：PP 3.8，ABS 5.5，PC 6.1，PC/ABS 6.4，PU 7.8，PA 9.3。

因此，最具经济性的措施是在满足安全和耐久要求的前提下，用改性PP替代高碳塑料：

• 动力总成冷却模块：PA GF30改为PP GF50，排放降低70%，成本降低30%。这是因为电机周边温度更低、工作介质更可控，不同于内燃机；
• 座椅结构件：PC/ABS改为PP GF30 TD20，排放和成本均降低50%。此类材料也适用于门把手、座椅靠背和钥匙卡槽。

再生塑料的难度更大。收集、分选、清洗和改性使优质再生料比原生料贵5%-20%。尽管如此，在部分外饰件中使用物理回收PP，并提高物理回收PA6/66的比例，可以在不增加成本的情况下减排。化学回收仍处于商业化早期，成本明显更高，适合高附加值细分领域。物理回收仍将是主要路径，而法规也在收紧：欧盟ESPR要求到2027年再生塑料占15%，到2030年占25%，其中6.25%须来自报废汽车。

雷诺集团提供了闭环案例：旧保险杠和底护板经破碎、清洗、浮选分选和改性后，重新制成汽车零部件。成功的关键在于原料可追溯和针对性改性，内饰件还需控制气味和挥发性有机物。

以蓖麻油、大豆油、废弃食用油、玉米和甘蔗为原料的生物基高分子材料可降低对石油的依赖，但目前成本较高：蓖麻油基PA56比石油基排放低60%，成本却高45%。Nordico®环保皮革以松油基PVC与回收PET瓶料混合制成，单位排放仅为每平方米2.4千克二氧化碳，比传统皮革低74%。

铝和钢

煤电生产的原铝每吨排放高达18吨二氧化碳，“绿铝”（电解环节使用绿电）约6吨，再生铝约1吨。原铝排放中超过一半（51%）来自电解用电。ES90目前使用29%再生铝和43%绿铝，作者建议改为65%再生铝和35%绿铝。以75%轮毂废料和25%绿铝制造的轮毂可减排85%，成本变化为-1%。对于部分非结构件，钢更具优势：其全生命周期排放约为每吨15吨二氧化碳，而原铝为32吨，成本约为铝的45%。

钢的碳足迹取决于工艺路线：高炉-转炉（BF-BOF）每吨最高2.1吨二氧化碳，100%废钢电炉0.7吨，使用绿电的电炉0.4吨，氢基直接还原（H₂-DRI-EAF）约0.1吨。当绿氢价格降至约每千克10.5元时，氢冶金具备经济性，预计2030年前后在部分地区与BF-BOF成本持平。2025年中国电炉钢占比达到15%，计划到2030年提高到20%-22%。

电池、铜和电子元器件

动力电池占电动汽车全生命周期排放的18%。NCM622电芯排放约为每千瓦时63.4千克二氧化碳，其中正极材料高达39千克。有效措施包括：

• 使用100%湿法冶金再生镍、钴、锂盐，可将排放降至每千瓦时42.5千克二氧化碳；湿法冶金对镍和钴的回收率为98%，锂为90%；
• 由NCM改为LFP，成本降低21%，排放降低11%；
• 生产环节使用绿色能源，可使电池排放降低近28%；
• 干法电极工艺可降低成本约18%、排放约40%（产业化窗口期为2027-2028年），硬碳负极可降低排放约19%。

欧盟《电池法规》要求自2031年8月起，再生钴至少占16%，再生镍和锂各占6%。而在中国，退役电池中的再生材料仅能满足约30%的需求，因此作者认为建立自有的再生盐供应链是一项战略任务。

原生铜每吨排放约4吨二氧化碳，再生铜为0.6-2吨。沃尔沃电机绕组中再生铜比例已达80%。另一条路径是在高压系统中以铝排替代铜排。电子元器件每车排放1.8吨二氧化碳，其中84%来自印刷电路板；域架构可用3-5个域控制器取代70-100个电子控制单元。

对行业和政府的建议

• 整车企业：为典型零部件制定再生材料比例规划，协同优化金属与高分子材料，推动供应商碳足迹透明化并建立共享排放数据库。
• 零部件企业：在企业内部形成对碳成本的统一认识，并与整车企业分享脱碳路径。
• 政府部门：建设再生材料与电池回收产业园，提供补贴和税收优惠，制定碳足迹核算标准，激励绿色采购和首台套、首条产线。

研究历时一年：作者调研了约40家企业，梳理出约50种脱碳方法，并选定22项关键措施。计算主要依据ISO 14044:2006标准。目前汽车材料尚无统一的核算方法，作者也坦言成本估算可能存在偏差。