汽车材料碳中和路径与机遇研究报告

The Roadmap to Carbon Neutralityin Automotive Materials 前言 在全球应对气候变化和推动绿色低碳转型的背景下，汽车行业作为碳排放的重要来源之一，正面临“双碳”发展的挑战与机遇。从全生命周期视角审视：生产新能源汽车相比燃油车会产生更多碳排放，其中原材料获取及材料/零部件加工是主要贡献环节。针对这些环节，降低其碳排放强度、调整其结构将直接影响新能源汽车的减碳潜力。因此，系统识别新能源汽车材料生产加工环节的碳排放来源，构建科学的评估方法，提出可量化且成本可控的减碳技术路径，是当前产业发展和政策制定亟待解决的核心问题。 作为国内首个新能源汽车用材减碳成本的综合性分析，我们以新能源汽车零部件为基础，根据汽车使用材料种类构建了基于全生命周期评价（LCA）的碳排放分析框架，对铝、钢铁、电池、聚合物、铜及电子元器件生产的减排技术、减碳潜力与成本效益进行系统评估。在此基础上，从材料循环、材料替代、绿色能源与技术进步等维度，提出分阶段、可复制的新能源汽车生产减碳实施路径。 本研究是上海交通大学中英国际低碳学院与沃尔沃汽车联合开展的面向新能源汽车生产减碳议题的产学研实践成果。双方依托各自在低碳技术研究、生命周期评价、汽车工程与制造实践及供应链管理方面的优势，围绕新能源汽车材料碳排放核算、关键排放源识别与减碳技术路径构建，形成了紧密协作的研究机制。此外，该研究工作也得到多家国内材料生产企业、零部件制造厂商及其他整车制造企业专家的支持，确保研究结论具备现实可行性与产业适用性。 ����年，沃尔沃汽车推出配备Lambda传感器®的三元催化转化器，削减了燃油车��%的有害排放，并向行业开源共享。秉承沃尔沃汽车的开源文化和在可持续发展领域的长期承诺，本研究致力于推动汽车产业碳中和路径的深化探索。我们期望研究成果能够为企业碳中和决策、技术布局及政策评估提供方法论支撑和数据参考，助力推动行业高质量、低碳化快速发展。 耿涌上海交通大学中英国际低碳学院院长世界工程组织联合会工程与环境委员会主席签名： 吴震皓 沃尔沃汽车大中华区战略副总裁 C O N T E N T目录 ��0 1概要 ��0 2铝 ��0 3钢铁 ��0 4聚合物 ��0 5电池 ��0 6铜 ��0 7玻璃和电子元器件 ��0 8产业与政策建议 ��0 9结语 ��1 0参考资料 ��1 1附录 研 究 方 法 本研究以中国市场为情景边界，以沃尔沃ES��汽车为基线，通过整车拆解和材料拆分，构建“材料-能耗‒碳排‒成本”的全链条分析模型[�]。研究重点覆盖铝、钢铁、电池、聚合物、铜、玻璃与关键电子元器件等高碳排放重要部件。 方法上，采用“成本曲线”作为核心分析工具：横轴为减排量，纵轴为单车减排成本变化，将不同技术/材料组合在同一坐标系下进行排序，根据成本变化及减排量，识别经济可行的减碳技术。 研 究 对 象 以���,���km的行驶里程为基准，沃尔沃ES90全生命周期碳排放为��吨CO�/车；若在行驶阶段采用绿电，全生命周期碳排放可降至��吨CO�/车。整车生产阶段（涵盖原材料生产与车辆制造）碳排放约为��.�吨CO�/车：材料生产与加工是整车生产阶段碳排放的主要来源，关键贡献材料包括原生铝、动力电池模块和钢铁。 铝：主要用于制造纵梁、副车架等结构件和发动机缸体、轮毂等非结构件；沃尔沃ES��用铝包含��%的再生铝和��%的绿电铝。 钢铁：主要用于制造门槛梁、防撞梁等结构件；沃尔沃ES90用钢包含��.�%再生钢铁。 动力电池：以NCM���三元锂电为例，其碳排放结构复杂；在加工环节使用绿电的前提下，电芯单位碳排放约��.�kgCO�/kWh。 聚合物：主要用于保险杠等外饰件与车门板等内饰件，以PP、PA、PU、PC/ABS为主；沃尔沃ES90的聚合物包含��%的再生材料或生物基材料。 铜：主要用于电池、电机、电控及高压线束等部件；沃尔沃ES90电机绕组采用��%的再生铜材料。 主 要 结 论 基于现有技术经济性分析，在保持整车性能与成本不变的条件下，可实现约7吨CO2的基准减排量。若考虑中国碳价（假设为���元/吨CO�），通过碳市场机制调节可进一步挖掘约3吨CO2的边际减排潜力。经综合测算，单车的技术经济可行减排潜力总计可达10吨CO2。减排主要来自再生材料、材料替代与绿电路径。 减排空间高度集中于上游材料生产与加工端：约��%的排放位于Tier�以上供应链；关键材料（铝、电池、聚合物、铜等）生产加工环节能源排放占比约为��%。从“零部件设计”走向“全价值链协同”是实现汽车行业����减碳目标的重要途径。 成本曲线分析表明，可优先落地四类举措： 在满足性能前提下，提高再生材料在铝、钢铁、电池、聚合物和铜中的使用比例； 在满足性能前提下，推广材料替代（如PP替代PA或PC/ABS、钢铁替代部分铝、铝替代部分铜）； 在全价值链环节推进���%绿电和其他绿色能源（如生物天然气等）的使用； 借助工艺进步、能效提升与供应链协同建设汽车材料闭环回收体系，长期可通过氢冶金（H2-DRI-EAF）、生物基聚合物、聚合物化学回收等高成本减排路径，支撑更严苛的碳约束情景。 创 新 点 作为全球首个新能源汽车用材减碳成本曲线评估的综合性分析，本研究： 首次从整车零部件尺度出发，对铝、钢铁、电池、聚合物、铜等主材形成统一的减排成本曲线；在中国资源和市场情境下，将再生材料潜力、绿色能源、材料替代与技术进步纳入同一框架，兼顾碳排放、成本与供应链可行性；形成面向企业的“材料策略 + 供应链协同 + 绿色能源”一揽子行动框架，为����前实现双碳目标提供技术经济可行的减排路径。 铝 沃尔沃ES90为高比例铝合金车型，在轻量化、能耗、续航、被动安全性能及材料可回收性等方面具有综合优势。 铝料来源对高比例铝合金汽车碳排放具有显著影响。基于火电的原生铝碳排放高达18吨CO2/吨铝。与原生铝相比，绿电铝（电解等环节使用绿电）碳排放可降至6吨CO2/吨铝，再生铝（废铝重熔除杂再生）可降至1吨CO2/吨铝。 铝合金零部件的主要减排措施： 提高再生铝使用比例至��%以上：当前再生铝价格处于低位，且未来将趋近甚至高于原生铝价格，企业可通过与铝回收厂商签署长期战略合作协议，锁定优质再生资源供应；开发杂质容忍度更高的新型铝合金牌号。 使用绿电铝：加快健全铝生产企业的绿色低碳转型。 材料替代：探索部分零部件钢铁替代铝的可行性。 减排技术：在铝土矿开采、氧化铝/电解铝生产和零部件成形加工环节采用节能减排技术。 再 生 铝 再生铝碳排放主要来自废铝重熔和除杂。Fe杂质会影响再生铝性能且难以去除，高品质废铝是提高再生铝使用比例的关键。 在不降低性能的前提下，采用一定比例再生铝可降低零部件的原材料成本。 高比例使用再生铝可能会提升成本，主要原因是更加严格的除杂工艺以及良品率的下降等。 开发高Fe杂质容忍度的新牌号，提高再生铝的使用比例。 轮毂常用牌号为A���.�，其Fe杂 质 含 量 限 制 在 � . � % 。使 用75%的废轮毂与25%绿电铝合金可以在不增加成本的前提下实现85%的减排。部分车企如沃尔沃等已采用该技术。 废铝价格是影响再生铝使用成本的主要因素。废铝未形成成熟的市场，价格波动较大。目前废铝价格处于低位，提高再生铝使用比例可 我国再生铝企业主要集中于华东、华南等地区[�]。随着新能源汽车逐步进入报废回收周期，相关产业与市场将进一步向该区域集聚。 未来电解铝总产能接近上 限，再 生 铝 需 求 将 持 续 提升，再 生 铝 价 格 会 不 断 接 近于 原 生 铝 价 格，建 议 相 关 车企 与 产 能 稳 定 的 华 东 、华 南地区回收再生企业建立长期战 略 协 议，锁 定 优 质 再 生 料的供应与价格。 绿 电 铝 当前，绿电铝生产成本显著高于原生铝，且高度依赖可再生能源电力价格。从中期（����‒����年）看，随着可再生能源技术持续进步与规模化应用，可再生能源电力的平准化度电成本（LCOE）将持续下降[�]，带动绿电铝价格下降。 受益于丰富的水电、风电及光伏资源，绿电铝产能主要集中在云南、青海、甘肃及内蒙古等西部省份。 未来绿电铝产能规划将呈现区域集聚特征，向西部、南部绿电资源富集区集中。 在政策引导与市场机制协同驱动下，绿电铝预计自����年起将在新增电解铝产能中占据主导地位。 绿电铝案例 沃尔沃汽车与云铝股份达成合作，推动绿电铝在汽车零部件中的规模化应用。通过整合一、二级供应商的铝材需求并依托云铝的绿色供应网络，双方实现绿电铝在汽车零部件生产过程的高效导入，显著降低铝合金零部件碳足迹。 以非结构件方向盘骨架为例，假设含再生材料的部件分别包含��%再生钢铁和��%再生铝。基于材料生产和全生命周期碳排放评估，钢铁的碳足迹低于铝。在满足功能需求的前提下，乘用车的部分非结构件采用钢铁替代铝可实现降本降碳。 节 能 减 排 技 术 钢 铁 沃尔沃ES��主要采用高强度和超高强度钢，因其优异的比强度、碰撞性能与成本效益，广泛用于车身骨架、防撞梁、门槛梁等关键安全结构件中。 原材料生产技术路线是决定钢铁零部件碳排放的关键。中国炼钢以长流程BF-BOF为主，碳排放强度较高，达�.�吨CO�/吨粗钢；短流程EAF炼钢可实现���%废钢冶炼，避免焦化与高炉炼铁环节的碳排放，碳排放可降至�.�吨CO�/吨粗钢；DRI-EAF通过天然气或绿氢还原铁矿石，避免高炉对冶金焦炭的依赖，已成为全球低碳钢铁产能建设的重点方向。 钢零部件的主要减排措施： 提高BF-BOF的废钢使用比例至��%以上：通过废钢预热等工艺优化，提高废钢使用比例；建立废钢分级与保级回收体系，保障高品质废钢稳定供应。 扩大EAF产能：在废钢富集区扩大EAF产能，配套绿电采购与分时电价机制；着力解决车规级短流程钢的质量一致性问题，提升其对长流程钢的替代能力。 规划布局H2-DRI-EAF：优先在绿电-绿氢资源富集地区推进H�-DRI-EAF的中试及产业化。 减排技术：在焦化、炼铁、炼钢和成形工艺环节采用节能减排技术。 提 高B F - B O F废 钢 比 例 在BF-BOF工艺中，废钢通常用于冷却铁水以调节转炉温度，实际生产中废钢使用比例为��-��%。 在现有技术条件下，BF-BOF废钢消纳比例可以达到��%。 在工业运行中，通常根据市场价格调节废钢比。多数情况废钢价格高于铁水价格。尽管钢铁产品逐 渐 进 入 报 废 周 期 ，但 其 市 场 需 求 仍 然 巨 大（EAF的推广、不同领域的需求等），优质废钢价格保持高位。 扩 大E A F产 能 EAF短流程钢目前主要用于汽车长材、管材及厚热轧结构件；在高性能要求的车规级板材应用仍受限于废钢中杂质元素（如Cu、Sn）及成分波动引发的表面质量、夹杂物控制和成形稳定性问题。 推动短流程钢向汽车板及高强钢的应用拓展，需提升废钢品质与冶炼控制水平，并联合下游企业推进替代牌号开发与认证。我国����年短流程钢产量占比已达到��%，年产能超过�亿吨；����年预计将短流程钢产能占比提升至��-��%[��]。EAF的产能布局重点集中在华南和华东地区。 闭 环 保 级 利 用 废钢保级循环案例 沃尔沃汽车将“保级利用”作为材料降碳与供应链韧性同步优化的抓手，已与北京首钢、浙江弋云在汽车钢铁领域形成可复制的闭环实践。 其核心做法是将冲压/车身件工厂产生的高纯净度汽车钢边角料通过协议回流至钢厂，在受控成分与杂质水平下再冶炼为满足汽车用板等级要求的钢材，并回供整车量产体系，实现“生产废料—再生汽车钢—再进入汽车产品”的闭环循环，配套信息追溯以减少降级风险。 D R I - E A F（C H4与H2） DRI-EAF的成本构成复杂，影响因素主要包括原材料、能源、设备投资、运营和维护费用、碳成本以及地区