近日，山东大学蓝绿发展研究院联合马里兰大学、中科院城市环境研究所等多个研究团队在关键原材料价格飙升对中国电动汽车以及气候目标实现的影响方面研究取得进展，相关研究成果以《中国的电动汽车和气候目标受到关键原材料价格飙升的影响》（China’s Electric Vehicle and Climate Ambitions Jeopardized by Surging Critical Material Prices）为题，在线发表在Nature Communications上。山东大学博士生王鹤潼和马里兰大学冯奎双教授为共同第一作者，城市环境研究所副研究员汪鹏、马里兰大学孙来祥教授和山东大学李佳硕教授为共同通讯作者，其他作者包括北京大学博士生杨宇瑶、奥尔堡大学规划系博士后杨帆、城市环境所研究员陈伟强、广西大学张镱议教授。山东大学为论文第一完成和通讯作者单位。该成果获国家自然科学基金等项目支持。
交通行业的绿色低碳转型是中国碳中和的重要一环，汽车行业因为产业链辐射面广、碳排放总量增长快、单车碳强度高的特点，已成为我国碳排放管理的重点行业之一，对于推动上下游产业链绿色低碳转型，实现我国碳中和具有重要意义。根据中国的规划，到2035年，电动汽车将成为新车销售的主流，乘用车将全面电气化。这意味着，在未来几十年，中国仍将是世界上最大的电动汽车和电池生产国和消费国。从中长期看，随着电动汽车以及其他清洁技术的推广，电动汽车电池所需的关键矿物（如锂、钴、镍等）需求将持续增加，今后的价格或居高不下。因此中国正面临着防止气候变暖和抑制脱碳化引发的物价上涨这一“绿色通胀”的课题。在这个背景下，亟需评估电动汽车电池关键原材料价格飙升对中国这个最大的电动汽车市场的电动汽车市场竞争力产生什么影响，以及是否会阻碍气候目标的实现，从而帮助制定具有成本效益的电动汽车部署战略。
该研究综合运用全球气候变化综合评估模型（GCAM）、动态物质流分析和寿命分布延迟预测模型方法，全面评估了在中国碳中和目标的背景下，2020-2060年间电动汽车电池关键材料价格飙升对中国电动汽车技术竞争力和道路运输二氧化碳排放的影响，深入探讨了材料回收和锂离子电池技术创新对于应对这项挑战的重要作用，分析得到主要结果如下：第一，关键原材料价格飙升使得电动汽车成本持续走高，削弱了电动汽车经济竞争力。对不同情景下电动汽车成本变化进行对比分析发现，关键原材料价格飙升会改变电动汽车成本持续下降的趋势，进而影响消费者在相互竞争的技术之间的选择。第二，关键原材料价格飙升削弱了电动汽车的市场份额，提高了燃油车的经济吸引力。研究发现，原材料价格飙升会降低电动汽车的经济吸引力，随之而来的就是燃油车市场份额的增加。值得注意的是，用镍取代锂离子电池中昂贵的钴可以提高电动汽车的市场竞争力。如果进一步采用无钴的LFP电池，可以进一步提高电动汽车的市场份额。因此开发不含极度稀缺材料的电池，将能够在很大程度上缓解关键材料价格飙升削弱电动汽车市场份额的挑战。第三，关键原材料价格飙升导致中国道路交通碳排放增加，影响气候目标的实现。研究发现，材料价格飙升时，道路交通部门的碳排放会升高。但是随着技术创新，逐渐采用低钴的锂离子电池后，碳排放量会有所降低。如果进一步采用无钴的LFP，相比于采用三元锂离子电池，道路交通部门的碳排放有所减少。因此，电动汽车电池关键原材料价格飙升将给中国减少道路交通二氧化碳排放的努力带来了新的挑战。第四，材料回收可以在关键原材料价格飙升挑战下很大程度促进交通电气化。研究发现，材料的回收潜力呈上升趋势。材料回收随之降低了电动汽车所需材料受国际市场材料价格飙升影响的程度，从而降低了电动汽车成本飙升的可能性，进而提高了电动汽车的市场竞争力和降低了中国道路交通的碳排放。
图1 本研究因果关系
图2 中国2020 - 2060年电动汽车发展和道路交通碳排放变化（考虑回收）
因此，中国要实现碳中和的气候目标，必须立足于全球尺度，积极推进加强绿色技术研发投入、优化设计电池，提升电池中关键材料可回收性，以期促进气候目标的实现，具体措施建议如下：首先，建立一个长期、可持续和有弹性的供应链。其次，以前瞻性的市场信息为指导，开发使用较少稀缺材料的替代技术（例如钠离子电池），改进阴极以降低昂贵材料的含量（例如，从NCM111转向NCM622、NCM811，甚至NCM9.5.5），探索无钴LFP技术，以及基于廉价普通金属的电极（如氟化铜或氟化铁和硅）。第三，建立具有成本效益的长效机制，加强关键材料管控能力和供应管理。第四，推广共享出行的模式。共享出行计划有可能降低个人车辆使用率和拥有率，在资源有限的世界上用更少的车辆为更多的用户服务，从而间接减少对关键材料的需求。最后，各国应该根据联合国可持续发展目标建立全球产业联盟，支持关键材料产业和低碳技术的发展，从而激活国际供应链，促进关键材料的稳定供应，促进资源循环利用，降低材料成本飙升的系统风险。
原文下载链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36957-4
