电动汽车充电电池：实现可持续治理的关键策略解析

生命周期评估 (LCA) 量化了产品从出身到退出市场的全体生命周期对环境的影响。
它评估了每个生命周期阶段的能源利用、材料流和排放。

本报告磋商了在美国电动汽车市场呈指数级增长的情形下，电动汽车 (EV) 电池激增所带来的寻衅和潜在办理方案。
它重点关注锂离子电池 (LIB) 的处置和回收对环境和经济的影响。

过去十年，电动汽车销量达数百万辆，这项研究凸显了高效回收方法的必要性，以减轻电池生产和处置对环境的毁坏。
利用生命周期评估 (LCA) 和生命周期本钱评估 (LCCA)，本研究通过利用 SimaPro V7 和 GREET V2 等软件工具比较了新电池和再生电池的排放量和本钱。
研究结果表明，回收电池对环境的影响明显低于利用新材料制造新电池，而且经济上也是可行的。
这项研究还强调了为即将到来的大量废旧电动汽车电池做好准备的主要性，并为未来优化电动汽车电池处理和回收的研究供应了建议。

1. 简介

生命周期评估 (LCA) 是一种评估产品生命周期各个阶段对环境影响的方法，从原材料提取到材料加工、制造、分销、利用、维修和保养，以及终极处置或回收。
生命周期评估旨在识别和量化所利用的能源和材料以及排放到环境中的废物，以评估它们对环境的影响，并旨在识别和评估改进环境的机会。

在美国，在应对景象变革和环球变暖的举措的推动下，电动汽车 (EV) 市场在2022年的代价达到了491亿美元。
预测显示，到2032 年，该市场将扩大到2157亿美元，复合年增长率为15.5%。
电动汽车的遍及激增，增加了对锂离子电池 (LIB) 的需求，导致钴、锂、铜和镍等电池基本原材料的价格上涨。
这些原材料的价格急剧上涨；例如，锂的价格在 2021 年上涨了四到五倍，从 2022 年 1 月到 2023 年 1 月又险些翻了一番。
这种需求的增加导致许多矿场涌现环境和人性主义问题，如果不加以办理，这些问题可能会随着需求成比例增加。

管理电动汽车废旧锂离子电池的激增对美国以及天下其他国家来说都是一个重大寻衅。
电动汽车电池的身分繁芜，包括锂、镍、钴、铜和石墨碳等元素，个中一些元素越来越难以经济地获取。
这些元素的稀缺性和开采强度，再加上污染严重的开采过程，对环境构成了严重的威胁。
锂离子电池的不当处置会将有毒化学物质开释到土壤和水中，从而导致自然资源的长期污染。

禁绝确的电池处置造成的后果不仅限于当地的污染，还会导致环球环境问题和可能的造孽电子垃圾倾倒。
随着电动汽车在环球越来越受欢迎，不当处置问题日益严重，导致各国的污染水平和有毒废物增多。
这反过来又影响水资源和"大众年夜众康健，同时对各种生态系统和野生动植物造成重大危害。
鉴于过去 12 年中已售出超过 250 万块电动和插电式汽车电池，须要高效的回收办理方案。
美国政府正在帮助回收项目，美国环境保护署向此类举措投资超过 1 亿美元，两党根本举动步伐法作为《拯救海洋 2.0 法案》的一部分，在 2022 年至 2026 年期间拨款 2.75 亿美元。
本研究旨在评估这些回收方法对电动汽车行业的环境影响和有效性。

2.文献综述

虽然电池在充电容量达到80%旁边时可能不再适宜电动汽车利用，但它们仍具有巨大的再利用潜力，考虑到电池制造的全体过程所产生的环境本钱，这一点至关主要。
重新利用这些电池，特殊是在储能系统 (ESS) 中知足自给自足的能源需求，将带来令人鼓舞的环境效益，特殊是在绿色能源供应较低的地区。
然而，由于电池化学身分及其用场和身分的多样性，构建互连的 ESS 存在寻衅。
然而，值得把稳的是，本文中提到的所有研究均未在美国进行，鉴于每个国家的电力根本举动步伐在电动汽车的 LCA 比较中都发挥着重要浸染，因此进行了此类研究并在此报告，以阐明这些电池对美国环境的真正影响。

3. 环境影响种别

为了全面理解与电动汽车电池回收干系的总体环境影响，我们利用了标准环境影响种别来量化不利的环境和康健影响。
在考虑纳入的30多种环境影响中，有 19 种当选为与本研究最干系的：环球变暖潜能 (GWP)、酸化潜能 (AP)、累积能源需求 (CED)、臭氧花费潜能 (ODP)、颗粒物形成 (PMF)、非生物耗竭潜能 (ADP)、光化学臭氧天生潜能 (POCP)、淡水生态毒性潜能 (FETP)、非致癌人体毒性 (HTnc)、致癌人体毒性 (HTc)、陆地富营养化潜能 (EPt)、海洋生态系统富营养化潜能 (EPm)、水资源枯竭、地皮利用和地皮变革、生物多样性损失、噪音污染、土壤质量退化、热污染和地下水污染。
下面对每个选定的影响种别进行了简要解释：

环球变暖潜能值 (GWP)：环球变暖潜能值 (GWP) 是生命周期评估 (LCA) 中用于评估温室气体 (GHG) 对环球变暖影响的关键指标。
它将不同温室气体的辐射强制效应（即地球能量平衡的变革）与参考气体二氧化碳 (CO2) 的辐射强制效应进行比较。
GWP 在不同的韶光范围内打算，常日为 20、100 和 500 年，以阐明不同气体的不同寿命和直接影响。
较短的韶光范围强调甲烷 (CH4) 等气体的影响，这些气体虽然寿命短但最初效力很强，而较长的韶光范围则关注在大气中持续韶光较长的气体，如CO2 。
CO2的 GWP在所有韶光范围内均设置为 1，其他气体的评级基于其与CO2的变暖效应比较如何。
这考虑到了气体接管和发射红外辐射的能力、其大气寿命及其浓度等成分。

酸化潜力 (AP)：酸化潜力 (AP) 是生命周期评估 (LCA) 中的一个主要种别，用于评估排放物导致环境酸化的可能性。
该过程涉及排放到大气中的污染物，这些污染物发生化学转化并返回地球表面，形成“酸雨”或其他酸性物质或材料，这些物质或材料可以通过自然过程转化为酸性物质。
这会对土壤、水、生态系统和人类康健产生有害影响。
导致酸化的紧张污染物包括二氧化硫 (SO2 )、氮氧化物 (NOx)、氨 (NH3 ) 和挥发性有机化合物 (VOC)，这些污染物可能来自人类活动，也可能来自自然来源。

累计能源需求 (CED)：累计能源需求 (CED) 是生命周期评估 (LCA) 中的一个种别，用于衡量产品、做事或系统在全体生命周期内所需的总一次能源。
它同时考虑了可再生能源和不可再生能源，供应了有关能源效率和能源花费对环境影响的见地。
CED 有两个紧张组成部分，第一个是不可再生能源，包括来自有限资源的能源，如化石燃料（煤炭、天然气和石油）、核能和其他不可再生能源；第二个是可再生能源，包括来自可持续能源的能源，如太阳能、风能、水力发电、地热能和生物质能。

臭氧消耗潜能值 (ODP)：臭氧消耗潜能值 (ODP) 是生命周期评估 (LCA) 中的一种丈量方法，用于评估某种物质对臭氧层的毁坏程度。
臭氧层对付保护地球免受太阳有害紫外线 (UV) 的侵害至关主要。
高 ODP 的物质会导致臭氧层消耗，从而导致到达地球的紫外线辐射增加，这会危害人类、动物和生态系统。
臭氧消耗的紧张成分包括氯氟烃 (CFC)、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿以及一些氢氯氟烃 (HCFC) 和氢溴氟烃 (HBFC)。
这些物质会在平流层中开释氯和溴原子，从而分解臭氧分子。

颗粒物形成 (PMF)：颗粒物形成 (PMF) 是生命周期评估 (LCA) 的一个方面，侧重于排放物在空气中形成颗粒物 (PM) 的可能性。
PM 包括对人类康健以及生态系统和环境构成风险的小颗粒或液滴。
它的大小和身分各不相同，PM10描述10微米或更小的颗粒，PM2.5描述2.5微米或更小的颗粒。
较小的颗粒尤其令人担忧，由于它们可以深入呼吸系统，乃至进入血液。
PMF 紧张来自直接排放的低级颗粒和次级前体，如二氧化硫 (SO2 )、氮氧化物 (NOx)、氨 (NH3) 和挥发性有机化合物 (VOC)，它们在大气中发生反应形成颗粒。

非生物耗竭潜力 (ADP)：非生物耗竭潜力 (ADP) 是生命周期评估 (LCA) 中的一个种别，用于研究花费非生物（非生物）资源（如矿物和化石燃料）的可能性。
这种耗竭是一个重大问题，由于它会影响子孙后代对这些资源的可用性以及由此产生的环境和社会经济影响。
ADP 特殊关注不可再生资源，包括金属矿石（如铁、铜和铝）、工业矿物（如石灰石和磷酸盐）和稀土元素等矿物。
此外，化石燃料（如煤炭、石油、天然气和泥炭等资源）也包括在此种别中。

光化学臭氧天生潜力 (POCP)：光化学臭氧天生潜力 (POCP) 是生命周期评估 (LCA) 中利用的一种丈量方法，用于评估某些排放物形成地面臭氧或对流层臭氧（常日称为烟雾）的可能性。
这种类型的臭氧与高层大气中的保护层不同，会对人类康健、生态系统和农作物产生负面影响。
地面臭氧的形成是大气中繁芜的光化学反应的结果，紧张涉及挥发性有机化合物 (VOC) 和氮氧化物 (NOx)。
这些物质在开释到空气中并暴露在阳光下时会相互浸染产生臭氧。

淡水生态毒性潜力 (FETP)：淡水生态毒性潜力 (FETP) 是生命周期评估 (LCA) 中的一个评估种别，用于衡量开释到淡水环境中的物质可能产生的有害影响。
该种别评估对河流、湖泊和溪流等水体中的水生生物的潜在危害，同时考虑所涉及化学物质的毒性和浓度。
造成淡水生态毒性的物质多种多样，包括重金属、杀虫剂、工业化学品和药品。
这些化学物质会滋扰水生生物的生物过程、繁殖和生存，从而对其产生负面影响。
这种影响可能导致全体生态系统构造和功能的改变。

非致癌性人体毒性 (HTnc)：非致癌性人体毒性 (HTnc) 是生命周期评估 (LCA) 中的一个种别，侧重于打仗有毒物质对人体可能产生的非致癌性不良康健影响。
它涉及一系列康健问题，包括器官损伤、生殖和发育毒性、神经毒性和内分泌紊乱等。
多种化学物质都可能导致非致癌性人体毒性，包括重金属、溶剂、杀虫剂、工业化学品和空气污染物。
这些物质可以通过吸入、摄入或皮肤打仗被人体接管，由此产生的康健影响因打仗量（或剂量）、持续韶光和办法而异。

人类毒性致癌性 (HTc)：人类毒性致癌性 (HTc) 是生命周期评估 (LCA) 中的一个主要影响种别，用于评估打仗致癌物质的潜在康健风险。
这些物质可能导致活体组织发生癌症，对康健造成重大危害。
评估着眼于不同的打仗路子，例如吸入、摄入和皮肤打仗。
各种物质都被确定为致癌人类毒性的潜在成分，包括多环芳烃 (PAH)、挥发性有机化合物 (VOC)（如苯）、重金属（例如砷、镉和铬）、石棉、甲醛、二恶英和呋喃，以及一些已知具有致癌浸染的杀虫剂和除草剂。

陆地富营养化潜力 (EPt)：生命周期评估 (LCA) 中的陆地生态系统富营养化潜力 (EPt) 评估陆地生态系统中营养过剩对环境的影响。
这种征象紧张由氮和磷化合物引起，导致土壤化学变革、植物群落改变和栖息地退化。
造成这一问题的紧张成分包括氮化合物（如氨、氮氧化物和硝酸盐）和磷化合物（如磷酸盐），它们源自农业、工业、运输和废物管理。
此 LCA 种别有助于评估和减轻营养过剩对陆地环境的影响。

海洋生态系统富营养化潜力 (EPm)：生命周期评估 (LCA) 中的海洋生态系统富营养化潜力 (EPm) 侧重于评估海洋栖息地营养过剩对环境的影响。
这种营养过剩紧张来自氮和磷化合物，可能导致有害藻华、氧气耗尽（缺氧）、生物多样性损失和海洋栖息地变革等问题。
氮化合物（如硝酸盐和氨）和磷化合物（如磷酸盐）是紧张成分。
这些营养物质常日来自农业径流、废水排放、工业排放和大气沉降。
此 LCA 种别有助于理解和管理营养过剩对海洋环境的生态影响。

水资源枯竭：水资源枯竭是生命周期评估 (LCA) 中的一个主要影响种别，旨在评估与淡水资源枯竭干系的潜在环境影响。
水资源枯竭考虑了水花费和污染的数量和质量方面，评估了对水资源的压力以及随之而来的生态、社会和经济影响。

地皮利用和地皮变革：地皮利用和地皮利用变革是生命周期评估 (LCA) 中的主要种别，用于评估人类活动利用和改变地皮对环境的影响。
“地皮利用”研究将地皮用于农业、林业、城市或工业用场的影响，重点关注利用的持续韶光和强度及其对生物多样性、土壤和生态系统做事的影响。
“地皮利用变革”涉及地皮从一种类型转变为另一种类型，例如从森林转变为农田或从草地转变为城市地区，以及它对地皮覆盖、栖息地损失、反照率变革以及碳和水循环的影响。

生物多样性损失：生物多样性损失是生命周期评估 (LCA) 中的一个关键影响种别，它研究人类活动对地球上各种生命的潜在不利影响，包括不同种类的植物、动物和微生物，这些物种内的遗传差异，以及它们形成的生态系统。

噪音污染：噪音污染是生命周期评估 (LCA) 中的一个主要影响种别，侧重于评估产品、做事或系统在各个生命周期阶段产生的有害或不必要噪音对环境和人类康健的影响。
噪音污染是一个值得关注的主要问题，由于它可能对人类康健、福祉、野生动物和整体环境质量产生影响。

土壤质量退化：土壤质量退化是生命周期评估 (LCA) 中的一个主要影响种别，它涉及人类活动导致土壤康健和功能低落的问题。
土壤质量是生态系统做事不可或缺的一部分，由于良好的土壤质量支持植物成长、调节水流、循环养分并承载着大量生物多样性。

热污染：热污染是生命周期评估 (LCA) 中的一个主要影响种别，用于评估人类活动导致的环境温度非常变革的影响。
它常日发生在工业或发电厂向环境中排放热水或空气时，影响水质和生态系统，特殊是水生生物。

地下水污染：地下水污染是生命周期评估 (LCA) 中的一个关键影响种别，用于评估人类活动导致污染物进入地下水资源的程度和影响。
地下水是饮用水和灌溉的主要来源，其污染会对人类康健、生态系统和水资源供应产生严重影响。

环境影响成分的纳入和打消

在本研究中，首先利用 SimaPro 软件V7及其 ReCiPe Endpoint (H) V1.06/World ReCiPe H/H 方法进行环境影响评估。
这种方法可以剖析 19 个潜在影响种别中的 12 个。
由于软件限定，无法包括别的七个关键成分：环球变暖潜力、累积能源需求、水资源枯竭、噪音污染、土壤质量退化、热污染和地下水污染。
为了充分考虑 LCA 效应，稍后将对这些成分进行单独谈论。
随后利用 GREET 软件 V2 供应了更广阔的视角，供应了回收过程各个阶段的排放和能源花费的详细数据。
这有助于更全面地理解环球变暖潜力、累积能源需求和水资源枯竭。
然而，由于可用数据不敷，噪声污染、土壤质量退化、热污染和地下水污染这四个成分仍旧难以捉摸，因此量化起来具有寻衅性。
表1将所有19个环境成分分类，标明了剖析的成分和研究范围之外的成分，以供全面考虑。

4. LCA仿照

4.1. 考虑的 LCA 软件

本次生命周期评估 (LCA) 剖析选择了 SimaPro 和 GREET 两个软件平台。
SimaPro 以其详细的 LCA 功能脱颖而出，包括丰富的数据库（如 Eco-invent）和对各种影响评估方法的支持，包括 Eco-Indicator、EDIP、EPD、ReCiPe 和 CML。
这组功能使其与 GaBi Pro 和 OpenLCA 等其他领先的 LCA 软件相媲美，可以直接打算环境影响，以评估对环境和人类康健的影响。
其强大的数据库巩固了其行业领先地位。

比较之下，GREET 是一款免费软件工具，由阿贡国家实验室在美国环境保护署的支持下开拓。
它以可定制的 LCA 功能而著称，尤其是在将结果呈现为每个生命周期阶段的实际排放量方面，并且它有助于在此运用中对不同的回收方法进行比较和详细剖析。
当 SimaPro 和 GREET 一起利用时，可以全面理解全体 LCA 过程，从而提高对回收电动汽车电池对环境和人类康健影响的评估准确性。

4.2. SimaPro

最初的 SimaPro 软件于1990年发布。
它是生命周期评估 (LCA) 的领先软件工具，广泛运用于工业、咨询和学术界。
它供应全面的LCA功能、广泛的环境影响数据库（如Eco-invent），并支持多种影响评估方法（如 ReCiPe 和CML）。
它的灵巧性许可进行定制研究和情景剖析，还促进了协作和详细报告。
此外，SimaPro可以与其他工具集成以进行高等剖析，使其成为评估产品和做事对环境影响的宝贵资产，从而可以修正流程以减少影响。

为了利用 SimaPro 仿照电动汽车电池的生命周期，我们选择了镍钴锰 (NCM) 化学身分作为当前供应领导者的代表。
评估利用了表2中所示的电池身分。

在 SimaPro 软件中创建了一个组件，该组件源自 SimaPro 的 Eco-invent 库，用于仿照电池。
由于库不许可精确复制材料（如表 1所示），因此选择了一些组件的材料等效物，如表3所示。

SimaPro 可以将生产过程的影响整合到终极产品剖析中。
在这个组装案例中，重点放在电池制造过程上。
本研究以新泽西州为基准，考虑到天然气是该州的紧张能源（占能源产量的 46%），假设是基于电池生产举动步伐中利用的所有能源都来自天然气这一条件做出的。
电池生产和电池组制造的能耗为 1500 MJ/kWh，相称于 28 kg/kWh 的天然气。

在 SimaPro 中，这个量被均匀分配给两个过程，第一个是工厂运行的能源，第二个是机器运行的能源，每个过程花费 14 kg/kWh 的天然气。
机器操作和工厂操作所花费的能源之间的差异在于它们的范围。
机器操作所花费的能源特定于生产设备和机器在主动利用过程中所花费的功率。
比较之下，工厂运营所花费的能源更为全面，涵盖了工厂内的所有能源利用情形。
这一范围更广，包括照明、供暖、制冷和透风等基本举动步伐，涵盖了工厂环境的整体运营能源需求。
对付处置场景，由于可用图书馆数据本身的局限性，只有点火被考虑为一种回收选项。

如前所述，对付本次大会的影响评估剖析，考虑了ReCiPe Endpoint (H) V1.06/World ReCiPe H/H 方法，这是 SimaPro 利用最全面的方法。
该方法中利用的影响种别针对前面谈论的 19 个关注影响种别中的 12 个，而环球变暖潜能、累积能源需求、水资源枯竭、噪音污染、土壤质量退化、热污染和地下水污染并未在 SimaPro 的这一特定方法中考虑。

SimaPro 剖析显示，镍、铜和石墨是电池生产过程中对环境影响的紧张成分。
这一主要的环境足迹与这些原材料在电池制造中的利用情形相同等，个中石墨是最常用的材料，其次是镍，然后是铜。
这些材料对环境的影响紧张由常日用于开采这些材料的露天和露天采矿等对环境有害的方法进一步阐明。

在电池的标准化结果中，对人类的毒性成为最主要的环境影响，其次是颗粒物形成、化石燃料枯竭和气候变革对人类康健。
这些影响很大程度上是由于在开采这些矿物时采取的露天采矿这种对环境有害的做法。
露天采矿一样平常会导致森林砍伐、栖息地毁坏和水土流失落，并使挖掘现场变得贫瘠，而且每每没有人努力规复失落去的植被。
此外，采矿过程中常常利用的爆破会产生细尘，也会带来严重的康健风险。
例如，南非采矿业的发病率是天下卫生组织定义的紧急阈值的十倍，每 100,000 人中有 2500-3000 例结核病，部分缘故原由是采矿作业中的颗粒物含量高。
由于露天采矿作业，细尘（一种颗粒物）无法得到有效的掌握和销毁。

比拟点火与电池制造对环境的影响，我们创造制造的影响远远大于点火。
点火厂的袋式除尘器可有效减少颗粒物排放。
这些系统的事情事理是吸入充满颗粒的空气，过滤掉这些颗粒，然后将清洁空气开释回环境中或在工厂内重复利用。
然而，点火对环境的紧张影响在于它对景象变革的贡献，紧张是通过排放温室气体，只管有颗粒过滤，但这仍旧是一个寻衅。

末了，必须承认本研究的一个关键限定：依赖于 SimaPro 的库，该库上次更新于2010 年。
这一限定不仅限定了软件中可用的功能，还影响了所天生信息的时效性和韶光干系性。
因此，虽然可以识别趋势，但无法利用此数据库得到影响的精确描述。

4.3. 利用 GREET

GREET（交通运输中的温室气体、受牵制排放和能源利用）是另一种 LCA 软件工具，由美国能源部阿贡国家实验室开拓。
GREET 于 20 世纪 90 年代中期首次发布，旨在评估各种车辆技能和运输燃料在其全体生命周期内对能源和环境的影响。
天生的模型对各种成分进行了全面剖析，包括能源花费、温室气体排放和空气污染。
GREET 广泛用于研究和政策剖析，有助于为交通、能源政策和环境影响评估的决策供应信息。
它的定期更新和增强使其成为理解交通技能与环境结果之间繁芜相互浸染的关键工具。

本研究考虑了两款电动汽车：特斯拉 Model 3（电池重量为 480.8 公斤）和日产聆风（电池重量为 303 公斤）。
利用 GREET 软件 V2，这些车辆基于 GREET 库中的 EV300—电力（1 型锂离子/NMC111 常规材料）车辆模板进行建模。
GREET 的一个紧张特性是它能够定制用于汽车充电的电力组合。
在本分析中，运用了新泽西州特有的电力组合，如图1所示。
该组合基于 EIA 供应的数据。

在剖析 GREET 的结果时，这种情形下唯一感兴趣的变量是处置和回收以及电池组装和制造。
这些成分将在这里用于解释利用原材料生产新电池与利用电池回收得到的回收材料生产电池所产生的影响之间的差异。
GREET 的结果显示在二十三列中，每列代表与运输干系的环境影响和能源利用的不同方面。
每列的简要解释如下：

总能量（J/mi）：衡量每英里花费的总能量，涵盖所有能源。
化石燃料（J/mi）：这表示每英里利用的化石燃料所产生的能量。
煤炭燃料（J/mi）：显示每英里利用的煤炭能量。
天然气燃料（J/mi）：这表示每英里利用的天然气所得到的能量。
石油燃料（J/mi）：表示每英里利用的石油产品的能量。
可再生（J/mi）：这表示每英里利用的可再生能源量。
生物质（J/mi）：表示每英里利用的生物质所产生的能量。
核能（J/mi）：这表示每英里利用的核能。
非化石燃料（J/mi）：这表示每英里利用的非化石能源的能量。
VOC（kg/mi）：代表每英里挥发性有机化合物的排放量。
CO（kg/mi）：表示每英里的一氧化碳排放量。
NOx（kg/mi）：表示每英里的氮氧化物排放量。
PM10（千克/英里）：代表每英里颗粒物（10微米或更少）的排放量。
PM2.5（kg/mi）：代表每英里细颗粒物（2.5m或更小）的排放量。
SOx（kg/mi）：表示每英里的硫氧化物排放量。
CH4 （kg/mi）：表示每英里的甲烷排放量。
CO2 (kg/mi)：表示每英里的二氧化碳排放量。
N2O（kg/mi）：表示每英里的一氧化二氮排放量。
BC（kg/mi）：代表每英里的黑碳排放量。
POC（千克/英里）：这表示每英里的低级有机碳排放量。
（基本上，这些是可从排放中过滤掉的可燃碳化合物。
）CO 2 _Biogenic (kg/mi)：这表示每英里的生物源二氧化碳排放量。
（基本上，这是来自化石燃料以外的生物来源的CO 2。
）GHG-100（千克/英里）：这代表每英里具有 100 年环球变暖潜力的温室气体排放量。
GHG-20（千克/英里）：代表每英里具有 20 年环球变暖潜力的温室气体排放量。

表4显示了 GREET 软件V2针对 Tesla Model 3 得出的结果。
表4和图2中显示的数据清楚地表明，制造新（原始）电池所需的能源比在现有电池中利用回收材料所需的能源要多得多。
这里，我们将生产原始电池（回收过程的影响总和）与利用回收材料制造新电池进行了比较。
详细而言，制造原始电池的能耗是基于回收的能耗的八倍，强调了这两个过程之间的巨大差异。
这一创造凸显了投资回收举动步伐的主要性，这可以节省大量能源，从而减少对环境的影响。
考虑到新泽西州的能源来源，根据美国能源部 2016 年的报告，该州的能源花费（75.1 TWhrs）超过了生产（65.3 TWhrs），并且由于知足不断增长的电力需求而导致能源价格上涨的前景，探索降落能源花费的创新方法变得越来越主要。

图 2. 特斯拉 Model 3 的能量花费——回收电池与原始电池。

当比较利用原始原材料制造电池的能耗与利用回收的日产聆风电池的能耗时，可以看出数据与特斯拉 Model 3 的情形非常相似（见表4和图 2），生产新电池所需的总能量也是电池回收原材料所需能量的八倍，如表 5和图 3所示。

图 3. 日产聆风的能源花费——回收电池与原始电池。

关于两款汽车的环境排放，从特斯拉 Model 3 开始，如表 6和图4所示，原始电池制造产生的环境排放量远远超过利用电池回收原材料产生的总排放量。
须要把稳的一个主要方面是，CO2 、GHG-20 和 GHG-100 大于列出的所有其他影响种别，如图4所示。
此外，对付这三个种别，原始电池制造产生的排放量比回收多 10 倍旁边，进一步凸显了回收过程的好处。

图 4. 特斯拉 Model 3 排放量——回收电池与原始电池。

日产聆风 (Nissan Leaf) 模型得到的结果与特斯拉 Model 3 得到的结果非常相似，如表 7和图 5所示。

图 5. 日产聆风排放量——回收电池与原始电池。

本研究中利用的方法的一个显著限定与 GREET 如何处理处置和回收的打算有关。
该软件自动依赖其内部数据库来打算 ADR（组装、处置和回收）。
为了简化所进行的剖析，本研究假设这三个组件之间有相等的分布，以隔离处置和回收。
但是，这种方法限定了修正或专门掌握这些打算中的某些参数的能力。
当考试测验在 GREET 中整合和剖析特定的回收过程（例如湿法冶金或火法冶金）时，这种限定变得特殊具有寻衅性。
为理解决这一限定，假设 GREET 数据库准确地代表了要回收和处置的车辆材料。
这种简化有助于战胜软件的限定，使本研究能够通过关注 ADR 组件之间的相等分布来进行。
但是，很明显，须要采取不同的方法来评估可能用于电动汽车电池回收的特定过程之间的差异。

4.4. LCA 软件的优缺陷

SimaPro V7 供应了几个上风，紧张是它自动天生环境影响，利用户能够利用多种方法和库量化各种环境成分。
这些方法包括用于环球评估的 ReCiPe 方法和针对欧洲市场定制的 CML2 方法。
这种多功能性使研究职员能够专注于特定的环境方面，例如环球变暖潜力、酸化潜力和淡水富营养化等。
SimaPro 还天生信息图表和树状网络，以可视化结果及其细分，从而更深入地理解环境影响。
此外，用户可以规范化结果以确定紧张的环境成分。
SimaPro 创建和比较不同组件和 LCA 系统的能力是另一个有代价的功能。
表 8显示了 SimaPro 与 GREET 的比较。

然而 SimaPro 严重依赖其数据库确当前版本，因此用户无法访问更新或更高版本，因此存在一些重大毛病，而且它还供应了比较或不同环境类别的比率，而不是实际数据。
这些限定在快速发展的领域（例如回收利用）尤其成问题，由于这些领域常常涌现新的数据和技能。

比较之下，GREET 则因其出色的可定制性而脱颖而出。
用户可以指定能源来源、创建独特的能源组合、仿照各种制造流程、定义运输办法和方法，以及定制回收和处置技能。
GREET 还供应了一个广泛的现有产品库，可作为定制的出发点。
全体 LCA 模型，从原材料提取到制造和回收，都可以根据特定需求进行定制。

只管如此，GREET 的紧张缺陷在于其呈现结果的办法。
与 SimaPro 不同，GREET 供应全体过程的实际排放数据，包括总能源花费和二氧化碳 (CO 2 )、甲烷 (CH 4 ) 和挥发性有机化合物 (VOC) 等排放量。
这种格式在量化环境影响时用途不大，尤其是与人类康健干系的影响。
用户不得不依赖外部方法，如 APEEP（空气污染排放实验和政策）模型，将这些排放转化为可量化的环境影响。

4.5. 定性评估

GREET 和 SimaPro 等软件运用程序非常适宜剖析具有大量定量数据（包括酸化潜力和臭氧花费潜力数据）的地区的环境影响。
这些工具依赖广泛而全面的数据库来仿照和评估各种过程和产品的环境足迹。
但是，对付噪声污染、土壤质量退化、热污染和地下水污染等成分，不同项目之间的数据差异性和稀缺性带来了重大寻衅。
在这种情形下，这些软件运用程序利用的标准化数据库和算法可能无法供应准确或干系的见地，从而降落其运用效率。
只管如此，这些软件方法可以供应的定性评估可以深入理解所研究的产品和做事对环境的影响。
因此，下一节将进行定性剖析以评估这些成分的环境影响。

虽然没有关于电动汽车电池制造和回收噪声污染的详细数据，但可以从有关汽车制造的信息中推断出结果。
将新车生产和旧车回收的噪声污染进行比较，须要评估每个过程产生的噪声强度和持续韶光。
新车的制造过程涉及金属压制、焊接和组装的重型机器，根据所利用的详细操作和机器，这些机器可产生高达 85-90 分贝 (dB) 或更高的噪声水平。

这个过程是连续的，导致持续的噪音污染。
另一方面，汽车回收涉及拆卸、粉碎和再加人为料，在金属粉碎等最密集的操作过程中，噪声水平可能高达 123 dB。
然而，这些活动可能不像汽车制造那样连续，可能会导致噪声污染持续韶光较短但强度更大的期间。
噪声的影响还在很大程度上取决于这些活动与居民区的间隔以及噪声缓解方法的存在和有效性。
虽然这两个过程都会产生很大的噪音，但制造业由于其连续性，可能会造成更持续的噪音污染，而回收作业在特定活动期间的峰值噪音水平可能会更高，但可能不那么持续。

生产新锂离子电池对土壤质量的影响与利用回收材料生产锂离子电池对土壤质量的影响涉及环境相互浸染的不同方面。
利用原始材料制造锂离子电池须要大量的资源开采，包括开采锂和钴等金属和矿物，这会严重降落土壤质量。
这些活动导致土壤侵蚀、重金属污染以及因工业废物处理而导致的土壤身分变革。
另一方面，锂离子电池回收也会影响土壤质量，紧张是通过拆解过程中 PFAS、铅、汞和镉等有害物质的潜在泄露。

然而，回收的目的是减少摧残浪费蹂躏和再利用材料，这可以通过减少对新原材料的需求和最大限度地减少废物处理的足迹来减轻一些土壤退化。
虽然这两个过程都有可能对土壤产生负面影响，但其影响的规模和性子不同。
制造新的锂离子电池对环境的影响更大，包括资源开采地点和制造厂周围的土壤质量低落。
比较之下，回收的影响更为局部，可以通过适当的废物管理做法和环境保护方法减轻影响。
总体而言，如果以负任务的办法进行电动汽车电池回收，与资源开采和制造新电池产生的废物干系的大规模土壤退化比较，电动汽车电池回收对土壤质量的不利影响每每较小。

在比较锂离子电池 (LIB) 制造与 LIB 回收干系的热污染时，主要的是要考虑这两者中涉及的能源密集型过程。
与利用回收材料生产 LIB 比较，利用新材料制造 LIB 的能源和热量密集度要高得多，从而导致更高的热污染。
这是由于新电池生产涉及材料提取和加工等耗能阶段，而回收通过重新利用材料减少了这些过程的须要。
虽然回收也须要能源，特殊是拆解和化学处理，但它常日比制造花费更少的能源，从而产生更低的热污染。
因此，虽然制造和回收 LIB 都会造成热污染，但利用原始原材料生产新电池对环境的影响远远大于利用从电池回收中得到的原材料，突显了回收在减轻热污染方面的好处。

锂离子电池 (LIB) 的生产和回收过程中的地下水污染风险存在显著差异。
在生产阶段，锂、钴和镍等原材料的提取和加工会导致有毒化学物质开释到环境中，从而可能污染地下水源。
这些活动常日涉及利用危险化学品进行金属提取和加工，如果管理不善，这些化学品会渗入土壤和地下水中。
在回收方面，虽然电池组件处理和处置不当可能会造成地下水污染，但前辈的回收工艺旨在通过安全提取有代价的材料和处理废品来将这种风险降至最低。

回收举动步伐越来越多地采纳方法防止危险物质泄露，从而降落地下水污染的风险。
然而，这些方法的有效性取决于所利用的特定回收技能和现有的监管框架。
美国环境保护署 (EPA) 已根据《资源保护和回收法案》(RCRA) 供应了有关如何处理锂离子电池危险废物的辅导。
总体而言，虽然锂离子电池的生产和回收都会对地下水质量构成风险，但按照最佳实践进行的回收过程的管理环境，与电池生产过程中原材料提取和加工所产生的广泛环境影响比较，每每会产生较低的污染风险。

因此，对这些成分的定性评估与定量评估结果相同等。
回收降落了从原材料提取到制造过程中与生产原电池干系的环境本钱。
然而，定性评估为这一剖析增加了另一层含义，强调了制造业如何扰乱和降落公民的生活质量，迫使他们应对更多的污染，以及更多的水和土壤污染，这会对这些公民，尤其是儿童的康健产生不利影响。
因此，这种定性剖析进一步支持利用回收。

5.生命周期整天职析

生命周期整天职析 (LCCA) 在电动汽车 (EV) 电池回收领域发挥着关键浸染。
通过细致评估与电池回收全体生命周期干系的本钱，LCCA为回收过程的经济可行性和可持续性供应了宝贵的见地。
在这种情形下利用 LCCA 的终极目标是准确确定回收EV电池的本钱。
反过来，这对付打算利用回收材料制造新电池所涉及的用度至关主要。
这种剖析不仅对付理解回收的经济影响至关主要，而且对付促进快速发展的 EV 行业更可持续、更具本钱效益的发展也至关主要。
它有助于做出明智的决策，平衡环境效益和财务可行性，从而为汽车行业更可持续的未来做出贡献。

本研究磋商了电动汽车电池的回收本钱，并将其与新电池的本钱进行了比较。
目前，新款特斯拉 Model 3 电池的价格为 15,800 美元，日产聆风电池的价格为 6,500 美元。
为了估算回收本钱，我们采取了两种方法。
第一种方法是由阿贡国家实验室（GREET 软件 V2 的开拓者）于 2000 年提出的，最初将回收本钱设定为每公斤电池 10 美元。
此后，这一本钱已降至每公斤 5 美元。
本钱的降落可归因于回收技能的进步、回收过程效率的提高以及随着回收电池数量增长而产生的规模经济。
如图6所示，事实证明，回收原材料比购买原始原材料用于生产新电池要经济得多。
详细来说，对付特斯拉电池来说，获取再生材料的本钱比获取原始材料便宜六倍，而对付日产聆风电池来说，差价便宜四倍。

图 6. 制造新电池与回收利用。

图 7. 制造新电池与回收利用。

图 8. 回收本钱与估量收入。

6.总结

天下必须做好准备，有效处理大量报废 (EOL) 电动汽车 (EV) 锂离子电池 (LIB)。
有效管理对付减轻不当处置造成的重大环境和经济后果至关主要。
回收是一种最佳办理方案，可以重复利用材料，从而降落由回收的 LIB 生产新电池的本钱以及与原材料提取干系的排放。
进行生命周期评估 (LCA) 可以详细剖析电池从提取到处置的生命周期中的每个阶段。
只管两个软件包的呈现办法不同，但 SimaPro 和 GREET 可以评估新电池和再生电池的排放量，并且两者都表明与利用新材料比较，回收对环境的影响程度较低。

此外，生命周期本钱评估 (LCCA) 揭示了回收的经济可行性和商业潜力。
未来的研究事情应包括几项关键举措，以加强对电动汽车电池回收的理解和评估。
应将湿法冶金和火法冶金工艺纳入 GREET 软件剖析，以更好地评估这些回收技能对环境的影响。
末了，未来的研究应集中于量化利用回收材料生产新电池的环境和经济本钱。
这种彻底的方法将加深对回收过程的理解，并评估在二次电池生产中利用从替代加工技能得到的回收组件的实用性和可持续性。

在美国，回收公司已在多个州建立了工厂，例如内华达州，个中包括 Redwood Materials、NV 和 American Battery Technology Co. 等公司；德克萨斯州，个中包括 Ecobat 等公司；马萨诸塞州，个中包括 Ascend Elements 等公司；新泽西州，个中包括 Princeton NuEnergy 等公司，等等。
虽然本研究的主题环绕新泽西州展开，但回收公司设有工厂的州正在努力使其能源构造更加环保，增加对风能和太阳能等可再生能源的依赖，减少对化石燃料的依赖。
本文的研究结果可以安全地推广到拥有回收公司的其他州；然而，未来的研究仍应努力研究其他州的能源构造，紧张是为了更好地理解美国根本举动步伐的现状及其是否适宜进一步向可再生能源过渡。