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中国拥有比其他任何国家都多的电动汽车，但它的大部分电力来自煤炭。
向量/盖蒂图片社
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为什么不呢?当然，电动汽车没有尾气排放，但生产、运营和处理这些汽车会产生温室气体排放和其他环境负担。驾驶电动汽车会将这些问题推向上游，到达制造汽车的工厂，甚至更远的地方，以及发电的发电厂。必须考虑车辆的整个生命周期，从摇篮到坟墓。当你这样做的时候，电动汽车的前景就不那么光明了。在这里，我们将更详细地向您展示为什么会这样。
生命周期:我们所指的生命周期有两个部分:汽车的循环开始于开采原材料，提炼它们，把它们变成部件，然后组装它们。多年后，它以打捞可以挽救的东西和处理剩余的东西而结束。然后是燃料循环——与生产和使用燃料或电力相关的活动，以在其工作寿命内为车辆提供动力。
对于电动汽车来说，大部分环境负担集中在电池的生产上，电池是汽车中能源和资源最密集的部件。生产的每个阶段——开采、提炼、生产原材料、制造零部件，最后将它们组装成电池和电池组。
这一切发生在哪里也很重要，因为电池厂使用大量的电力，而电力的来源因地而异。使用煤电制造电动汽车电池的温室气体排放量是使用可再生能源制造电池的三倍多。和70%大部分锂离子电池都是在中国生产的，由此衍生64%到2020年，中国将有一半的电力来自煤炭。
电动汽车锂电池的生产，就像图中显示的那样，是能源密集型的，原材料的开采和精炼也是如此。法新社/盖蒂图片社
大多数汽车制造商表示，他们计划在未来使用可再生能源，但目前，大多数电池生产依赖于主要由化石燃料供电的电网。我们2020年的研究，出版于自然气候变化研究发现，2018年在美国销售的一辆普通电动汽车排放约7至12吨二氧化碳，相比之下，一辆汽油燃料汽车排放约5至6吨二氧化碳。
你还必须考虑给汽车充电的电量。在2019年,占全球电力的63%是由化石燃料来源生产的，其确切性质在各区域有很大差异。中国主要使用燃煤发电600万辆电动汽车2021年，中国将成为世界上电动汽车总存量最大的国家。
但即使在中国国内，煤炭的使用情况也不尽相同。西南省份云南约70%的电力来自水力发电，略高于华盛顿州的比例，而东部沿海省份山东约90%的电力来自煤炭，与西弗吉尼亚州类似。
挪威的人均电动汽车数量最高超过86%该国2021年的汽车销量。而且它几乎所有的电力都来自水力和太阳能。因此，在山东运营的电动汽车比在云南或挪威运营的电动汽车带来的环境负担要大得多。
美国介于两者之间大约60%的电力来自化石燃料，主要是天然气，它产生的碳比煤少。在我们的模型中，使用2019年美国电网的电力为一辆典型的2018年电动汽车充电，每公里行驶将产生80至120克的二氧化碳，而汽油车每公里行驶约240至320克。电动汽车的优势在于其将化学能转化为动力的效率更高(77%)，而汽油车只有12%至30%，此外，电动汽车还具有使用低碳能源发电的潜力。这就是为什么运营电动汽车通常比运营同等规模的汽油车排放更少的碳，即使是在山东或西弗吉尼亚州这样的重煤电网。
在山东或西弗吉尼亚州运营的电动汽车的排放量约为6%更多的它比同等大小的传统汽油车所排放的温室气体要少。在云南运营的电动汽车的排放量减少了60%左右。
但当你考虑到与汽车制造相关的温室气体排放时，情况就不同了。举例来说，在山东或西弗吉尼亚州运行的电动汽车排放约6%更多的它比同等大小的传统汽油车所排放的温室气体要少。在云南运营的电动汽车的排放量减少了60%左右。
电动汽车可以是否足够好——制造商能否足够快地推出它们——以达到第26届联合国气候变化大会(COP26)在2021年设定的目标?的197个签署国同意了将全球平均气温的上升幅度控制在不超过工业化前水平2摄氏度以内，并努力将上升幅度限制在1.5摄氏度以内。
我们的分析显示，要让美国达到即使是更温和的2摄氏度目标，也需要在2050年之前让美国90%的乘用车实现电气化，大约3.5亿辆。
为了得出这个数字，我们首先必须为美国舰队确定一个适当的碳预算。全球平均气温的上升在很大程度上与全球二氧化碳和其他温室气体的累积排放量成正比。气候科学家利用这一事实，设定了在全球超过2摄氏度目标之前可以排放的二氧化碳总量的上限;这个数字构成了全球碳预算。
然后，我们使用全球经济模型的结果，在2015年至2050年期间，将全球预算的一部分专门分配给美国乘用车车队。这部分二氧化碳约为450亿吨，大致相当于全球一年的温室气体排放量。
600万年
2021年中国上路的电动汽车数量
这是一个慷慨的补贴，但这是合理的，因为交通运输比许多其他行业更难脱碳。即便如此，在这个预算范围内，与没有电动汽车的情况下的正常排放相比，2015年至2050年的预计累计排放量要减少30%，2050年的年排放量要减少70%。
接下来，我们转向美国轻型车队的模型。我们的模型模拟了从2015年到2050年每年生产和销售的新车数量，报废的新车数量，以及相关的温室气体排放。我们还会跟踪道路上有多少车辆，它们是什么时候制造的，以及它们可能行驶多远。我们利用这些信息来估计燃料循环过程中每年的温室气体排放量，这部分取决于车辆的平均尺寸，部分取决于车辆效率随着时间的推移而提高的程度。
最后，我们将碳预算与我们的总累积排放模型(即车辆循环和燃料循环排放)进行了比较。然后，我们系统地增加了电动汽车在新车销售中的份额，直到车队累积排放量降至预算范围内。其结果是:到2050年，电动汽车必须占据道路上车辆的绝大多数，这意味着它们必须在10年或更早之前占据汽车销售的绝大多数。
这将需要电动汽车销量的大幅增长:在美国，2021年只有100多万辆汽车是纯电动的，不到道路上车辆的1%。在新销售的汽车中，只有3%是纯电动的。考虑到汽车的寿命很长，在美国大约12年，我们需要从现在开始大幅增加电动汽车的销量，以实现2摄氏度的目标。在我们的模型中，到2020年销售的所有新车中，超过10%必须是电动汽车，到2030年将增加到一半以上，到2035年基本全部是电动汽车。在中国和新加坡等其他国家进行的研究也得出了类似的结果。
我们的分析显示，要让美国达到即使是更温和的2摄氏度目标，也需要在2050年之前实现美国乘用车总量的约90%(约3.5亿辆)的电气化。
好消息是，COP26会议建议，在2035年，主要市场的所有新车和货车都要实现零排放，许多制造商和政府都已承诺实现这一目标。坏消息是，一些主要的汽车市场，如中国和美国，还没有做出这一承诺，美国已经错过了我们研究建议的2020年10%的销售份额。当然，要实现更雄心勃勃的1.5°C气候目标，就需要更大规模地部署电动汽车，因此也就需要提前实现这些目标的最后期限。
这是一个很高的要求而且在这么短的时间内生产和销售这么多电动汽车，成本也很高。即使这成为可能，充电基础设施和材料供应链也必须大幅增加。更多的汽车充电会给我们的电网带来巨大的压力。
充电很重要，因为人们普遍认为电动汽车普及的障碍之一是里程焦虑。像尼桑聆风(Nissan Leaf)这样的短程电动汽车有制造商的标准报道范围只有240公里，虽然360公里的型号也有。更长距离的电动汽车，如特斯拉Model 3 Long Range，制造商报告的续航里程为600公里。大多数电动汽车较短的行驶里程对于日常通勤来说不是问题，但对于较长时间的旅行来说，里程焦虑是真实存在的，特别是在寒冷的天气中，由于加热机舱的能源需求和较低的电池容量，会大大缩短行驶里程。
大多数电动汽车车主在家里或工作场所为汽车充电，这意味着需要在车库、车道、街边停车场、公寓楼停车场和商业停车场安装充电器。在家里呆上几个小时就足够为典型的日常通勤充电了，而长途旅行则需要整夜充电。相比之下，使用快速充电的公共充电站可以在15到30分钟内增加几百公里的续航里程。这是一个令人印象深刻的壮举，但它仍然比加满汽油需要更长的时间。
电动汽车普及的另一个障碍是价格，这在很大程度上取决于电池的成本，这使得购买价格比同等的传统汽车高出25%至70%。政府提供补贴或退税，以使电动汽车更具吸引力，美国的《通货膨胀降低法案》(Inflation Reduction Act)刚刚扩大了这一政策。但是，这些措施虽然在新技术的早期很容易实施，但随着电动汽车销量的增加，成本将变得过高。
尽管电动汽车电池成本在过去10年里大幅下降，但国际能源机构(iea)预计，电动汽车电池成本将大幅下降突然逆转由于关键金属价格上涨以及对电动汽车的需求激增，这一趋势将在2022年大幅下降。虽然对未来价格的预测各不相同，但高度引用的长期预测来自BloombergNEF表明到2026年，即使没有政府补贴，新型电动汽车的成本也将与传统汽车持平。与此同时，电动汽车的燃料和维护成本要低得多，总拥有成本也差不多，这可能会缓解电动汽车买家的价格震惊。
每年1700太瓦时
美国90%的乘用车需要额外的电力
但是，司机得到什么，政府就可能失去什么。国际能源机构估计到2030年，电动汽车的部署将使全球化石燃料税收减少约550亿美元。这些税收收入是维护道路所必需的。为了弥补他们的损失，政府将需要一些其他的收入来源，比如车辆登记费。
数量的增长电动汽车的发展也带来了其他各种挑战，尤其是对材料的更高要求供应链电动汽车电池和电网。电池需要锂、铜、镍、钴、锰和石墨等原材料。其中一些材料高度集中在少数几个国家。
例如，刚果民主共和国(DRC)拥有全球约50%的钴储量。仅智利和澳大利亚这两个国家就拥有全球超过三分之二的锂储量，而南非、巴西、乌克兰和澳大利亚拥有几乎所有的锰储量。这种集中是有问题的，因为它可能导致市场动荡和供应中断。
在刚果民主共和国，用于生产电池的钴矿开采与水质问题、武装冲突、童工、呼吸系统疾病和出生缺陷有关。塞巴斯蒂安·迈耶/Corbis/盖蒂图片社
COVID大流行已经表明，供应链中断会对依赖稀缺材料的其他产品造成什么影响，尤其是半导体，半导体短缺已迫使多家汽车制造商停止生产汽车。目前尚不清楚供应商是否能够满足未来对电池一些关键原材料的需求。市场力量可能会导致创新，从而增加这些材料的供应或减少对它们的需求。但就目前而言，这对未来的影响一点也不明显。
这些材料的稀缺性不仅反映了各国不同的禀赋，也反映了开采和生产的社会和环境后果。例如，刚果民主共和国钴矿的存在降低了水质，扩大了武装冲突、童工、呼吸道疾病和出生缺陷。因此，国际监管框架不仅必须保护供应链不受干扰，还必须保护人权和环境。
一些原材料安全问题可以通过新的电池化学物质来缓解——一些制造商已经宣布计划转向无钴的磷酸铁锂电池或电池回收计划。但这两种选择都不能完全消除供应链或社会环境问题。
剩下的就是电网了。我们估计，到2050年，美国90%的轻型客运机队实现电气化，每年的电力需求将增加1700太瓦时，这将是2021年美国发电量的41%。这些额外的新需求将极大地改变每日和每周的消费曲线形状，这意味着电网及其供应将不得不相应地进行重塑。
由于电动汽车的全部目的是取代化石燃料，电网将需要更多的可再生能源，而这些能源通常是间歇性的。为了平稳供应并确保可靠性，电网将需要增加储能能力，可能以汽车电网技术利用电动汽车电池的安装基础。在一天中改变电价也有助于拉平需求曲线。
总而言之，电动汽车呈现出两种挑战和机遇。如果电动汽车的部署过于迅速，这一挑战可能难以应对，但快速部署正是实现气候目标所需要的。这些障碍是可以克服的，但也不容忽视:最终，气候危机将要求我们实现道路交通电气化。但仅靠这一步并不能解决我们的环境问题。我们需要采取其他策略。
例如，我们应该通过更好的城市规划来减少汽车出行的频率和长度，从而尽可能地避免机动车出行。促进混合使用的社区——将工作和居住放在一起的区域——将允许更多的自行车和步行。
2007年至2011年间，塞维利亚市建造了一座广泛的骑行网络每天的自行车出行数量从1.3万人次增加到7万多人次，占所有出行的6%。在哥本哈根，骑自行车占了很大比例占所有旅行的16%．世界各地的城市都在尝试各种各样的其他支持性举措，比如巴塞罗那加里这些区域比居民区小，设计初衷是适合步行和骑自行车。斯德哥尔摩和伦敦已征收拥堵费以限制汽车通行。巴黎走得更远，即将出台私人车辆禁令。综合来看，城市形态的变化可以减少25%的交通能源需求第六个评估政府间气候变化专门委员会的报告。
我们也应该从通常只有一个人的汽车转向能源密集型的出行方式，比如公共交通。公共汽车和火车的客流量可以通过改善连通性、频率和可靠性来增加。区域铁路可以取代大部分城际驾驶。在高使用率的情况下，公共汽车和火车通常可以将二氧化碳排放量控制在人均每公里50克以下，即使是在使用化石燃料的情况下。在电气化模式下，这些排放量可以下降到五分之一。
2009年至2019年期间，新加坡对公共快速交通的投资帮助将私人车辆交通的份额从45%降低到36%。从1990年到2015年，巴黎通过对公共交通和主动交通基础设施的持续投资，将车辆出行减少了45%。
实施这些互补战略可以大大缓解向电动汽车的过渡。我们不应忘记，应对气候危机需要的不仅仅是技术上的改进。它还要求个人和集体行动。电动汽车将是一个巨大的帮助，但我们不应该指望他们独自完成这项工作。
本文以“电动汽车还不够”为题发表在2022年11月的印刷版上。