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电池驱动电动车的环境足迹

依靠电池驱动的电动汽车与类似尺寸的内燃机驱动汽车比较，对环境会产生较小的影响。虽然生产两者的各方面会产生类似、较少或不同的环境影响，但前者可降低对石油的依赖、产生很少或是不产生尾气排放，及因此造成空气污染而发生健康的问题。[2][3][4][5]电动马达的效率大幅高于内燃机，因此，纵然考虑到典型发电厂的效率和配电过程发生的损耗问题，[6]行驶电动汽车所需的能量也会较少。而制造电动车电池需要额外的资源和能源，因此在其生产阶段会产生较大的环境足迹。[7][8]电动汽车在运作和维护方面也会产生不同的影响 - 电动车的重量通常较高，因此会产生更多的轮胎磨损和道路灰尘（参见尾气以外的排放（英语：non-exhaust emissions）），但电动汽车上通常配置的再生制轫机制可减少刹车产生的颗粒物污染。[9]电动汽车的机械结构更为简单，可降低机油的使用和事后的油料处置。

这款特斯拉Model Y是2022年全球最畅销的电动汽车。[1]

与内燃机汽车比较

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虽然所有汽车都会对人类产生影响（参见汽车的影响（英语：Effects on cars）），但电动汽车与传统内燃机汽车相比，具有显著的环境效益，例如：

  • 消除有害的尾气污染物排放（例如各种氮氧化物)，此类污染物会导致每年数以千计的死亡案例。[10]
  • 电动汽车每行驶100公里会消耗38百万焦耳（megajoule）的能量，但如果电力来自燃油发电厂，则需额外加计74百万焦耳能量（两者合计112百万焦耳），而内燃机汽车行驶相同的距离会消耗142百万焦耳能量，加计提炼石油相关所需的26百万焦耳能量（合计168百万焦耳），前者低于后者达56百万焦耳。[11]
  • 较少的二氧化碳排放量，有减缓气候变化的效益[12]

插电式混合动力车在短距离，以全电动模式下行驶时也有上述大部分的好处。[13]

电动汽车车有一些缺点，例如：

  • 电动汽车轮胎的颗粒排放量通常较内燃机汽车为高，这是由于大多数电动汽车所配备的电池重量较高，导致轮胎受到更多磨损。[14][15]装置于汽车本身捕集轮胎颗粒物的设备正在开发中。[16][17]欧盟执行委员会及欧洲议会在新的欧洲汽车废气排放标准7（Euro 7）的临时条款中对于电动汽车的非废气颗粒物（由刹车及轮胎所产生）含量设有下限，较最初规定的稍有放松。[18][19]

虽然电动汽车确实会产生较少的排放，但要生产其使用的电力及制造电动车的过程中，仍会产生排放。如果可用到再生制轫，刹车片的使用频率会低于非电动汽车，因此会比非电动汽车的刹车产生更少的颗粒污染。[20][21]此外，一些电动汽车可能会结合使用鼓刹和碟刹，通常鼓刹比碟刹会产生较少的颗粒物。[22]

  • 电动汽车必须用到稀土元素（例如钕、镧、铽和镝）以及其他关键金属（例如锂和钴），[23][24][25]每辆车使用的数量有所不同。尽管有稀土元素的名字，但其储量仍很丰富。[26]况且它们仅占制造所需中很小的部分。[27]

淬取材料产生的影响

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原料

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根据欧洲清洁运输运动"机构运输与环境（Transport & Environment）"所发布的数据，电动汽车使用的原料远少于传统的内燃机汽车。这种差异主要是由于使用石化燃料的结果：汽车平均寿命期间所燃烧的汽油或柴油可填满堆叠90米高的油桶，其重量比一辆电动车耗损的电池金属总量多300-400倍（这些金属重约30公斤，相当于一足球大小）。

插电式混合动力车和电动汽车使用锂离子电池，和需用到含稀土元素的电动马达。电动汽车电池中所含的碳酸锂当量与智能手机电池仅用到7公克（0.25盎司）或是平板电脑或个人电脑电池仅用到30公克（1.1 盎司）相比，会高出很多。截至2016年，一辆混合动力电动车将使用5公斤（11磅）当量的碳酸锂，而特斯拉所产的一款高性能电动汽车会使用高达80公斤（180磅）当量的碳酸锂。[28]

大多数电动汽车使用永磁同步马达，因为它们比异步电动马达更有效率。永磁马达中的永久磁铁需要用到钕和镨，开采这些稀土元素会造成环境问题，而且很难开采。

由于未来插电式电动车的销售会有大幅成长，电池所使用的锂和电动马达所使用的稀土元素（如钕、硼和钴）的需求预计将会大幅增长。

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2022年表示（中等置信度）"与关键矿物有关联的新兴国家战略以及主要汽车制造商的需求，正在催生新的、地理位置更加分散的矿场出现。车辆平台本身和跨平台间的电池模组和包装的标准化，以及更加重视可回收性的设计会非常重要。鉴于锂离子电池具有高度可回收性，未来如能建立一个近似闭环的系统，将可把关键矿物供应方面的担忧降低。”[29]（p. 142）

锂

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参见：锂和锂离子电池
 
位于玻利维亚的乌尤尼盐沼沙漠区是目前世界已知锂矿蕴藏量最丰富的所在。[30][31]

锂的主要矿藏位于中国和南美洲的安地斯山脉。 智利于2008年是领先的锂金属生产国，于世界占比近30%，其次是中国、阿根廷和澳大利亚。[32][33]从卤水中提炼锂，例如于美国内华达州[34][35]和英国康瓦尔郡，对于环境会较为友善。[36]

全球已知锂的储量近一半位于玻利维亚，[32][30]根据美国地质调查局（USGS）的数据，玻利维亚的乌尤尼盐沼沙漠区蕴藏量有540万吨。[30][34]其他重要储量位于智利、[37]中国和巴西。[32][34]

根据一项于2020年所发布的研究报告，在本世纪内要达到锂供需间的平衡，需要有良好的电池回收系统、电动车与电网间的整合以及较低的锂运输强度（如降低电池中锂离子用量、推动大众运输与采用良好的驾驶习惯）。[38]

稀土元素

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全球各国稀土元素氧化物产量的演进趋势（1950年-2000年）。
参见：稀土元素

插电式电动车和混合动力电动车使用的电动马达需用到稀土元素。由于预期插电式电动车在未来中期与长期的销量皆会增长，电池和动力系统所需的重金属和其他特定元素（如钕、硼与钴）的需求预计将会大幅增长。[39][32]世界上一些最大的锂和其他稀有金属储量均位于资源民族主义强烈、政府不稳定或对美国利益怀有敌意的国家，引发原本须依赖国外石油，现在又须对有敌意国家的战略物资发生依赖的担忧。[30][39][32][40]据估计，全球已探明的锂储量足以供40亿辆电动汽车电池的生产之用。[41][42]

中国的稀土元素储量占全球的48%，[43]美国的占13%，俄罗斯、澳洲和加拿大也有大量矿藏。美国于1980年代之前在稀土生产方面一直居世界领先地位，但这些元素的市场在1990年代中期之后已由中国所控制。中国内蒙古自治区包头市附近的白云鄂博矿区是该国目前最大的稀土金属来源地，产量占中国的80%。[44]

制造流程的影响

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电动汽车也会因其制造流程而产生影响。[45][46]制造电池会对环境产生重大影响，除锂矿的开采、提炼、使用以及将来电池寿命终止而须处置之外，还有它需要用到大量的铜和铝以制作电池的阳极和阴极，以及电力传输线。[47]由于电池组重量很高，制造商需努力将车辆的其余部分减重。因此电动汽车的零件会包含许多需要大量能源来生产和加工的轻质材料，例如铝和碳纤维强化聚合物。[48]

制造电动汽车的马达也会对环境造成影响。电动车使用两种马达：永磁马达（如奔驰EQA（英语：Mercedes EQA）中所用的）和异步电动马达（如特斯拉Model 3前轮传动所使用的）。异步电动马达不使用磁铁，但永磁马达使用。电动汽车中使用的永磁马达中的磁铁含有稀土元素，以增加功率输出。[49]开采锂、铜和镍等金属和加工需用到大量能源，且有可能会释放有毒化合物到矿区周围地区。矿场所在地四周的居民可能会因空气和地下水受到污染而接触到有毒物质。[50]

一些报告提及混合动力电动汽车、插电式混合动力车和全电动汽车，在生产过程中会比目前的内燃机汽车产生更多的碳排放，但在整个生命周期内的总体碳足迹仍然较低。[51]较高的碳足迹主要是来自生产电池的过程，[52]但目前仍很难清楚测量用于生产电池各项材料所造成的碳足迹。[53]

对消费者的影响

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空气污染与碳排放

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参见：插电式混合动力车

由于电动汽车不排放有害的废气污染物，如颗粒物（煤烟）、挥发性有机化合物、碳氢化合物、一氧化碳、臭氧、铅、以及各种氮氧化物，与传统内燃机汽车相比，少了于在当地使用而产生的空气污染，特别是在城市之内，。[54]但一些环境影响可能会转移到发电厂所在地发生，具体取决于为电池充电所用的发电方式。这种环境影响从车辆本身（相对于内燃机汽车）移转到电力来源（对于电动车）的现象被称为电动车的长排气管（英语：The long tailpipe）。然而此种影响仍小于传统的内燃机汽车，因为发电厂的规模较大，单位功率产生的排放量比内燃机少，且因风能、太阳能和核能等可再生能源的发展更为普遍后，让发电方式变得更为环保。预计到2050年，因使用电动汽车而减少的碳排放，每年可挽救超过1,163人的性命，并为美国主要大城市如洛杉矶和纽约市等带来超过126.1亿美元的健康效益。[55]

发电厂的具体排放强度（英语：Emission intensity）随地点和时间的不同而有很大差异，具体取决于再生能源的当前需求和可用性（参阅按国家和地区划分的可再生能源主题列表（英语：list of renewable energy topics by country and territory））。逐步淘汰化石燃料和煤炭，以及向再生和低碳能源过渡（英语：Energy transition），将会让发电更加环保，而减少随使用电力而来的影响。

仅使用再生能源（如利用风能或太阳能光电模组所生产）为车辆充电所产生的碳足迹会非常低。根据美国国家环境保护局 (EPA) 的数据，在大都会地区大规模采用电动汽车在减少污染、促进人类健康，以及相应的经济效益方面会产生有益的结果。[56]当可再生能源的规模扩大到一个程度，产生足够的能源来供电动车充电之用，可让电动汽车的应用达到净零排放的目标。

颗粒物排放

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电动汽车在运作时会产生刹车粉尘（刹车片摩擦而产生）、道路灰尘和轮胎磨损，造成颗粒物而进入大气。[57]颗粒物对呼吸系统健康有害。[58][59]根据资料显示，英国各型车辆（包括电动汽车）的非废气颗粒物排放每年会导致7,000至8,000人过早死亡。[57]

降低营运影响和维护需求

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电池电动车的维修成本较内燃机汽车更低，因为电子系统的故障频率比传统汽车的机械系统少得多，且由于电动马达构造单纯，车载机械系统更少，使用寿命可更长。电动汽车无需更换机油，其他日常维护检查的项目会更少。[60][61]

内燃机将燃料能量转化为推进力，大部分能量都以热的形式受到浪费，在引擎空转时也会浪费能量，因此效率相对较低。相对的，电动马达在将储存电能量转化为驱动车辆方面会更有效率。电力驱动车辆在静止或滑行时不会消耗能量，现代插电式汽车可透过再生制轫方式来捕捉和再利用刹车过程中通常会损失能量的五分之一。[60][61]一般的情况是传统汽油引擎汽车仅能有效使用15%的燃料能量来移动车辆或为配件提供动力，柴油引擎汽车可达到20%的利用率，而电动车辆的利用效率通常约为80%。[60]

低维修需求

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根据目前的数据，大多数电动汽车电池的使用寿命为15至20年，之后才需要更换。如今汽车的平均使用寿命约为12年，表示电动汽车电池的寿命可能较会汽车还要长。[62]

生命终点

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主条目：电池回收

电池

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铅酸蓄电池

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截至2021年，许多电动汽车与内燃机汽车一样，都配有铅酸蓄电池，为车辆的辅助电气系统供电。有些国家并未提供安全回收铅酸蓄电池的措施。[63][64]

锂离子电池

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目前对电动汽车用的锂离子电池的报废标准规定，首次使用寿命结束时剩余的储电容量仍有80%，第二次寿命结束时剩余的储电容量为65%。[65]前者的定义为电池预期使用的寿命，而后者的定义为电池后续使用的寿命。电动汽车锂离子电池有时可在工厂中进行二次利用[66]或者作为固定式储能设备之用。[67]特斯拉等一些电动汽车制造商声称它们可将锂离子电池直接维修，以将首次使用寿命延长。[68]预计到2030年，来自重复使用的电动汽车电池可达到储存电网规模所需电力的60-100%。[69]当将这类电池重复使用而非立即报废，锂离子电池的碳足迹最多可减少17%。[65]当这些电池达到报废的程度，直接回收过程中可将阴极部分回收，而大幅减少重新制造所需的加工程序。当此不可行时，可以透过火法冶炼（英语：Pyrometallurgy）和湿式制炼（英语：Hydrometallurgy）取得此类材料。锂离子电池回收时，如果处理不当，里面的有害物质会对环境造成二次污染（诸如重金属泄漏、电解质泄漏、火灾与爆炸、悬浮微粒污染及不当处置），[70]并危及参与处理的工作者，损害他们的健康。[71]当锂离子电池当作家庭垃圾处理时，可能会在运输和垃圾掩埋场中引发火灾的风险，而破坏其他材料，并增加二氧化碳和悬浮微粒的排放。[72]当电动汽车起火燃烧时会造成局部地区污染。[73]

电动马达

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电动马达是电动汽车的重要组成部分，可将电能转化为机械能以驱动车轮，通常会使用钕磁铁作为材料。[74]由于这些磁铁的淬取过程复杂，目前业界尚无经济有效的方法来回收电动马达。[75]由于目前无可行的替代方案，许多电动马达最终会被送往垃圾掩埋场或被粉碎处理。[75]

目前有欧盟的Demeter计划（Ecological Modernization Fund for Transport）（针对使用过电池储能与回收合作计划），及日产汽车和早稻田大学的合资企业来试图解决这类电动马达的回收问题。[75][76]DEMETER计划是欧盟和私人实体之间的研究计划，最终开发出由法国法雷奥公司设计的可回收电动马达。[76]日产和早稻田确定并改善一种分离及回收磁体中稀土元素的新工艺，可供制造新的电动马达时使用。[76]

参见

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参考文献

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