电动汽车 （EV） 对消费者和地球的关键价值主张之一是其运行后的超低碳足迹。与配备内燃机的汽车和商用车不同，电动汽车不会因燃烧柴油和汽油而产生直接尾气排放。但电池供电的电动汽车本身也面临着重大的排放挑战：电池本身的生产是一个高度碳密集型的过程。
事实上，根据我们的估计，生产用于为电动汽车提供动力的大型锂离子电池是电动汽车和卡车嵌入式排放的最大来源，约占总生产排放量的 40% 至 60%。换句话说，制造电池产生的排放量与生产制造电动汽车的所有其他材料一样多，甚至更多。
随着脱碳压力的增加以及全球对电动汽车的需求回升，制造商正在竞相应对这一排放挑战。作为科学碳目标倡议的一部分，100 多家汽车行业 OEM 及其供应商已承诺减少排放。预计其他行业领导者也将加入该小组。
单个 OEM 决策可以产生重大影响。电动汽车电池生产的排放水平取决于多种因素，包括设计选择、车辆类型、续航里程和货运要求，以及生产和采购地点。用于生产各种电池组件的能源是解释不同 OEM 碳足迹差异很大的最大因素之一。
好消息是，在未来 5 到 10 年内，电动汽车电池生产中的碳排放量可能会大幅减少。本文着眼于为什么电动汽车电池生产是一项如此高排放的活动，以及可以采取哪些措施来减少其碳足迹。
为什么 EV 电池的碳足迹如此之大
电动汽车的生产足迹大约是典型内燃机 （ICE） 汽车的两倍。两者都具有相似的嵌入式生产排放物，例如，生产车身时产生的一氧化碳在 5 到 10 吨之间2E 排放，具体取决于其规模和生产地点。然而，最重要的是，生产一辆典型的电动汽车（带有 75 kWh 电池组）会排放超过 7 吨的 CO2E 仅电池上的排放。
生产电动汽车电池所需的材料和能源在很大程度上解释了其沉重的碳足迹。电动汽车电池含有镍、锰、钴、锂和石墨，它们在采矿和精炼过程中会排放大量的温室气体 （GHG）。此外，阳极和阴极活性材料的生产在某些过程中需要高能耗温度。电池化学、生产技术、原材料供应商的选择和运输路线是嵌入生产碳量的其他决定因素。
采购决策（包括使用的能源）对排放有很大影响，具体取决于使用的是太阳能和风能等可再生能源，还是使用天然气等化石燃料。与使用化石燃料的生产商相比，使用可再生电力的生产商在电池生产中的碳足迹已经明显减少。
目前，大多数电池都在亚洲生产：中国以超过 70% 的市场份额占据市场主导地位，并且拥有排放最密集的生产流程。相比之下，瑞典的电池生产排放量一直相对较低，平均不到中国的一半。
越来越多的电池生产商在欧洲建立了产能，这有助于降低全球平均每千瓦时的排放量，因为由于可再生能源的份额更高，欧洲电力的碳强度低于大多数亚洲国家。假设全球继续推动电网脱碳，包括中国，我们的模型表明，电池生产产生的全球温室气体平均可能会下降到 85 公斤 CO2到 2025 年 e/kWh。这种减少主要是由于电池生产国电网的排放强度较低。
越来越多的 OEM 预计低碳电池生产将成为一种竞争优势。一些领先的参与者已经将排放量减少到 20 公斤 CO 以下2e/kWh，或比当今排放最密集的 OEM 少近十倍。表现最好和最差的公司之间的任何持续差距都将为领导者提供差异化产品的机会。
为了在低碳产品方面处于领先地位，电池组电池和活性材料制造商不仅需要考虑实现自身运营的脱碳，还需要解决从供应商处购买的材料和组件的排放问题。
到 2030 年大幅减排是可行的
根据我们的估计，今天生产电动汽车电池的平均排放量高达 100 公斤 （kg） 的一氧化碳2当量/千瓦时 （CO2e/kWh）。
雄心勃勃的参与者有能力在未来五到七年内将电池生产的碳足迹平均减少 75%，但要做到这一点，需要整个价值链采取行动。
各种策略都有助于减少。其成本将在很大程度上取决于现有技术和地理等外部因素。其中一些策略将节省成本，而另一些策略将产生相当大的溢价。关键因素正在影响低碳电池的竞争力，包括生产地点和目标市场。在一些有利的情况下，有可能以最低的最终用户额外成本实现高达 80% 的脱碳。
欧盟的碳边境调整机制 （CBAM） 和美国的《通货膨胀削减法案》（IRA） 等监管变化可以将注意力集中在所需的变化上，并可能有助于降低实现这些变化的技术成本。例如，CBAM 是一种边境税，它使向欧盟进口高碳产品的成本更高。这可能会给当地的低碳参与者带来竞争优势，即使他们的生产成本基础更高。在美国，IRA 补贴电池的本地生产以及制造电池所需的组件。如果生产商遵守当地成分要求，则授予部分补贴，因此一定比例的矿物只能来自美国或与美国签订自由贸易协定的国家。这一要求直接鼓励了矿物和组件的更多本地生产或回收，并间接导致了更可持续的电池。
法规也越来越多地为 OEM 提供减少电池排放的激励措施。例如，最近商定的欧盟可持续电池战略将在 2024 年之前引入碳足迹标签，并强制要求其他可持续性要求，例如回收成分、性能和耐用性。因此，电池制造商可能会看到客户在减少电池供应链中嵌入的排放方面施加的压力越来越大。
这些战略中最大的影响将来自转向可再生电力来源或在价值链的每个环节启动绿色电力购买协议 （PPA）。为了全面减少电力排放，PPA 的类型和质量非常重要。
利用技术减少排放
原材料提取和精炼。平均而言，采矿和精炼原材料约占电池生产总排放量的四分之一，其中锂和镍占一半以上。电池级镍的排放量相差约 10 倍。位置、矿石类型和加工技术解释了这种巨大的差异。从可持续生产商处采购金属，例如，那些可能已经改用电气化采矿设备或可再生能源发电的生产商，在某些情况下，每个电池单元的排放量最多可减少 30%。
活性材料（阳极和阴极）制造。对于正极活性材料和负极活性材料，大多数排放物都来自高温加工。在这些步骤中，使用锅炉和电力对材料进行沉淀和干燥，并将其暴露在高温下数小时。由于这些过程需要电力，因此需要付出额外的努力来确保过程的稳定性和连续性。快速获胜包括将当前用电量转换为供需 100% 匹配的全天候清洁 PPA;这将减少多达 25% 的矿山到电池制造总排放量。
电池制造。公司可以完全实现生产过程的电气化。如今，电池制造中的大多数非电力排放来自电极干燥过程，该过程需要 50°C 至 160°C 之间的中温热量。典型的电池制造商使用天然气加热的电极干燥线，但也有这种技术的电气化版本。此外，在电极制造过程中，诸如干涂层或从聚偏二氟乙烯 （PVDF）（一种特种塑料） 等传统粘合剂转换为水溶性替代品等创新可以显著抑制能源消耗以及相关的排放和成本。为完全电气化的电池制造过程提供 24/7 全天候低碳电力，平均可减少 25% 的矿山到电池制造总排放量。
利用生产相邻因素减少排放
除了解决初级生产过程之外，其他措施也可以产生影响。这些措施包括使用回收材料而不是原始原材料，改善供应链中的物流排放，选择用于电池的材料的化学成分，甚至可能重新考虑电池本身的尺寸。
回收。回收利用不仅是解决锂和镍等未来可能出现的电池原材料短缺的长期补救措施，也是减少电池排放和减少欧盟和美国市场对碳密集型矿区依赖的基本杠杆。随着许多新的电池工厂在全球范围内扩张，将有大量的生产废料出现，甚至在大量电动汽车在 5 到 10 年内达到使用寿命之前，就会增加正常运转的回收价值链的相关性。如今，回收电池材料的碳足迹通常比初级来源的原材料少四倍。因此，增加回收材料在生产中的份额是迈向脱碳的重要一步。
后勤。通常，只有一小部分电池温室气体排放（约占总足迹的 5%）来自电池单元或其组件的运输。深度脱碳需要运输部门的持续脱碳和转向火车等低排放运输方式。此外，电池价值链本土化势头的增强可能会降低欧盟和美国等汽车生产地区的排放。
化学。如今，电池制造商和 OEM 都在高性能镍锰钴 （NMC） 和磷酸铁锂 （LFP） 电池之间进行选择。我们的分析表明，虽然 NMC 电池的能量密度高出 30% 到 40%，但 LFP 电池的预期充电周期寿命更长，碳排放量平均降低 15% 到 25%。这主要是由于阴极中嵌入的材料排放较少。一些 OEM、电池生产商和阴极制造商正在寻找替代化学品，以减少排放和成本，同时保持或提高能量密度。例如，在生产锂镍锰氧化物阴极 （LNMO） 时，目标是用更便宜、更丰富且更可持续的材料（如锰）替代昂贵且排放密集的材料（如镍）。
电池尺寸。目前，电动汽车生产商正专注于增加电池组尺寸，以使驾驶员能够行驶更长的距离。2021 年，最长续航里程的电动汽车一次充电可行驶 405 英里（652 公里）。2022 年，美国续航里程超过 300 英里（483 公里）的电动汽车数量增加了两倍。然而，不断增长的电池尺寸与普通司机每天行驶的距离之间存在不匹配，在美国，平均行驶距离不到 40 英里（64 公里）。根据联邦公路管理局 （FHWA） 的数据，95% 的行程不到 30 英里（48 公里），不到续航里程最长的电动汽车一次充电所能行驶距离的十分之一。由于创新和应用之间的这种脱节，分配给电池生产的有限资源在很大程度上没有得到充分利用。因此，减少排放的一种激进方法是制造更适合消费者需求的更小的电池组。例如，在中国，2021 年最畅销的电动汽车是五菱宏光迷你电动汽车，它的电池容量为 9 至 14 kWh，续航里程为 75 至 106 英里（121 公里至 171 公里）。
为了构建零碳电池，整个价值链上的参与者需要共同努力，并与包括政府和金融家在内的其他利益相关者合作。为了取得成功，他们应该考虑在以下五个方面采取行动：
供应商。生产商可以在价值链上向供应商设定明确的零碳产品需求信号。例如，一流的电动汽车 OEM 可以向其电池供应商发送信号，而电池供应商又可以将该需求传递给其活性材料供应商，依此类推，直到对此类材料的需求进入价值链，进入原材料开采和精炼。这可以通过建立采购伙伴关系来实现，共同开发低碳解决方案或增加对低碳产品的需求。
投资者。利益相关者可以考虑通过获得融资来帮助创新者进行投资。例如，他们可能会使用可持续生产的长期数量承诺来构建新的低排放生产技术。如果政府愿意考虑，公共补贴可能对实现这些目标有所帮助。
回收。价值链中的参与者可以扩大电池收集和回收的规模，包括物流、测试和拆卸、加工以及数字跟踪和追溯。如上所述，增加新电池单元中回收材料的份额不仅有助于解决预期的电池材料供应短缺问题，还可以显著降低 CO2e 此类电池的足迹。
指标。生产商可以通过建立标准和指标来提高透明度。一种选择是“电池护照”，该法案最近由全球电池联盟推出。其他选项包括二次生命标准或低碳产品认证，使客户更容易选择低碳选项并跟踪价值链上的改进。
伙伴 关系。价值链上的参与者可能希望建立多边伙伴关系。例如，原材料公司（如镍、钴、锂和铝）、活性材料生产商、电池制造商和 OEM 之间的合作可以帮助解决整个价值链中的问题。例如，此类合作伙伴关系可以考虑做出共同承诺，在价值链的每个步骤中改用可再生电力来源。
公司如何立即开始
寻求开始对自身上游排放进行脱碳的电动汽车电池公司需要制定一个剧本。第一步可能是在详细了解其上游排放的基础上，对自己产品的碳足迹进行全面概述。此概述可以展示他们的供应商组合以及他们在价值链上合作的其他参与者。公司可以通过从其供应商（以及其供应商的供应商）那里收集原始数据并评估当前和未来可用的脱碳选项来实现这一目标。这些信息和透明度将有助于公司在仔细考虑差异化机会、成本和风险的基础上选择正确的战略。
作为可能的后续行动，公司可能希望制定具体的行动计划来实现其目标，包括快速见效，例如转向可再生能源以及在整个供应链中采取长期战略行动。战略行动可能包括与价值链上的相关参与者建立联盟和伙伴关系。最后，公司可以制定一个战略，将自己定位在 CO 之前2，并寻找将自己与竞争对手区分开来的方法，从而有可能在中期获得可持续性价格溢价。