薛秀園， 薛月圓

(1.重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)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(huán)保問題的探討

薛秀園1， 薛月圓2

(1.重慶市合川區(qū)環(huán)境監(jiān)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(jīng)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(huán)境污染問題，電動汽車作為節(jié)能環(huán)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(chǎn)和電池回收方面入手綜述了電動汽車的環(huán)境污染問題，提出解決方案。

電動汽車；電力來源；電池污染；環(huán)境保護

引 言

汽車是現(xiàn)代文明的標志，是人們?nèi)粘Ｉ钪欣米疃?、最廣泛的交通工具，已經(jīng)成為大多數(shù)人日常生活的必需品。傳統(tǒng)汽車為我們帶來方便、快捷服務的同時，其尾氣排放所引發(fā)的環(huán)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(yè)高速發(fā)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(fā)展的產(chǎn)業(yè)，也符合我國當前環(huán)保、友好的發(fā)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(jié)能減排的環(huán)境治理舉措，這必然會大大促進中國電動汽車的長足發(fā)展。電動汽車是用車載電源作為動力來驅(qū)動汽車行駛的,并且符合道路交通和安全法規(guī)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(jīng)成為大家公認的汽車工業(yè)改革和發(fā)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(shù)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(huán)境，促使許多重視節(jié)能環(huán)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(fā)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(fā)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(xiàn)在的發(fā)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(nèi)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(qū)動，該項研究的結(jié)果發(fā)表在《美國國家科學院院刊》。他們考慮了汽車產(chǎn)業(yè)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(tǒng)燃油汽車更為清潔和環(huán)保?？突茖W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(fā)電廠連在一起時，造成的環(huán)境污染比普通的汽油車更嚴重?！甭吠干鐖蟮酪蔡貏e指出，在中國現(xiàn)階段過快地發(fā)展電動車產(chǎn)業(yè)極有可能使本來已經(jīng)嚴重的霧霾更加惡化。

電動汽車是否環(huán)保主要取決于電力是否清潔。就中國目前的發(fā)電方式而言，如果沒有作全周期的科學評估，就貿(mào)然地斷言電動汽車的環(huán)保性，確實有點讓人難以信服。電動汽車在使用的環(huán)節(jié)排污確實要少，但如果把發(fā)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(yōu)勢只是把污染物轉(zhuǎn)移了地點并排放集中，更容易集中治理而已。據(jù)統(tǒng)計，中國的電力有82%是煤電，而且是硫和灰分含量高的劣質(zhì)煤。發(fā)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(yōu)勢。

1.2 電池污染

與傳統(tǒng)汽車相比，電動車在生產(chǎn)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(chǎn)環(huán)節(jié)，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(nèi)燃機汽車內(nèi)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(nèi)作為電池行業(yè)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(huán)使用等優(yōu)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(chǎn)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(diào)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(zhì)，濃度接近于純硫酸，酸液傾倒入農(nóng)田會導致農(nóng)作物的大量死亡[8]。鉛作為鉛酸電池的主要生產(chǎn)原料之一，已經(jīng)被世衛(wèi)組織認定為威脅兒童健康排名第一的環(huán)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(tǒng)、生殖系統(tǒng)、肝、腎、骨骼等發(fā)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(tǒng)的病變和代謝失調(diào)，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(huán)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(chǎn)生活的能源，包括核能和可再生能源?？稍偕茉吹脑牧峡梢栽偕?，如水力、風力、太陽能、生物能(沼氣)、潮汐能等。開發(fā)可再生能源，人們不需要擔心因資源消耗而出現(xiàn)枯竭的風險。因此，許多國家對可再生能源的開發(fā)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(lián)、美國和日本等國發(fā)生了影響較大的幾次核事故后，發(fā)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?？稍偕茉床皇苣茉慈狈Φ挠绊?，但需要有適當?shù)淖匀毁Y源，如水力、風力、太陽能等，而且建設和運行費用高，發(fā)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(fā)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(fā)電都存在著或多或少的缺陷，要保證正常的電力供應，應協(xié)同保障，形成能源多元化的供應體系，實現(xiàn)煤、水、石油、頁巖氣等多種能源并舉的應用體系。從戰(zhàn)略的高度鼓勵和支持可再生能源大力發(fā)展，使其逐漸發(fā)展壯大，并向逐步取代傳統(tǒng)能源的方向轉(zhuǎn)變。學習和研發(fā)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(fā)展前景抱有很大的期望，并預言中國未來將會實現(xiàn)全球40%清潔電力的增長。

2.2 革新電池技術

發(fā)展容量大、放電率高、充電快、放電慢的電池?，F(xiàn)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(fā)展高效、耐用的電池及其重要，這是制約電動汽車發(fā)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(zhì)量輕、壽命長、無公害、無記憶效應等顯著優(yōu)點，吸引了全球關注和研發(fā)高潮?；诖耍覀冇欣碛烧雇囯x子在電動車和新能源開發(fā)的浪潮中占有一席之地[7，13-15]?，F(xiàn)階段，電動汽車多采用磷酸鐵鋰電池，它熱穩(wěn)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(chǎn)材料和技術都掌握在外企手中。有數(shù)據(jù)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(huán)壽命、成本、工作溫度和材料供應。從當?shù)厣a(chǎn)鋰電池的企業(yè)規(guī)模和產(chǎn)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(chǎn)和調(diào)試階段，并沒有大量的生產(chǎn)規(guī)模和能力。此外，電池組的電池管理系統(tǒng)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(fā)出首例石墨烯聚合材料電池，其儲電量比現(xiàn)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(fā)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(yè)、快捷、易于管理、統(tǒng)一回收和處理廢舊電池的優(yōu)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(huán)保與節(jié)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(yōu)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(xù)航里程，省時、快捷，可以利用現(xiàn)在的加油站網(wǎng)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(wǎng)投資較高。由于各具優(yōu)、缺點，所以在配置和規(guī)劃時應考慮幾種模式配合使用，以達到最佳使用和節(jié)能環(huán)保的目的。同時，還應深化充電技術和充電監(jiān)控技術研究，實現(xiàn)充電過程的動態(tài)優(yōu)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(xiàn)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(fā)環(huán)境污染，回收和再利用是決定其是否環(huán)保的重要一環(huán)。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(chǎn)企業(yè)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(jiān)管、回收、報廢等各個環(huán)節(jié)很難落實到具體部門和單位，造成賣出去后就不管收的結(jié)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(xiàn)象，國家發(fā)改委等5部委于2016年初聯(lián)合發(fā)布《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策》，規(guī)定動力電池要建立完善的產(chǎn)品溯源體系，每個企業(yè)生產(chǎn)的每一組動力電池都要有唯一的編碼，統(tǒng)一規(guī)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(guī)定了廢舊電池的回收責任主體，并規(guī)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(guī)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(guī)范有序的回收體系，且存在如下不足：一是，難以規(guī)范和約束非法蓄電池產(chǎn)業(yè)鏈；二是，配套性和協(xié)調(diào)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(zhí)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(chǎn)業(yè)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(tǒng)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(yè)辦理相對應的回收資質(zhì)，政府的職能部門也要將它們納入正常的監(jiān)管體系，并進行定期和不定期的檢查，對檢查達標的企業(yè)給予稅收減免和其他政策支持及引導；3) 延伸生產(chǎn)者責任，完善鉛酸電池回收系統(tǒng)，并為再生鉛企業(yè)與蓄電池企業(yè)進行聯(lián)合生產(chǎn)提供一定的技術指導和政策扶持；4) 進一步指導完善生產(chǎn)企業(yè)提出的“以舊換新”方案，督促其健康發(fā)展和運行。

3 結(jié)語

電動汽車是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢和方向，必將大范圍地取代傳統(tǒng)汽車。電動汽車行業(yè)的健康發(fā)展受到諸多條件的限制，引導電動汽車發(fā)展成為真正環(huán)保、清潔的代步工具還需要多個部門的協(xié)調(diào)運作，整合、優(yōu)化各相關產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)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(huán)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(yè)于江西農(nóng)業(yè)大學，碩士學位。研究方向：環(huán)境保護。

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

X22

A

1004-7050(2017)03-0145-04

環(huán)境保護