内燃机的环境代价与未来20年

一辆中型汽油汽车在整个生命周期中排放的24吨碳中,只有三分之一来自尾气;其余部分隐藏在生产到报废的全过程中.
一辆中型汽油汽车在整个生命周期中排放的24吨碳中,只有三分之一来自尾气;其余部分隐藏在生产到报废的全过程中.

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内燃机汽车的环境代价并不止于排气管;它是一整条链条的总和——从生产流水线到燃料精炼厂,从行驶的15万公里到报废拆解的场地.这种我们称之为生命周期分析的整体视角表明,一辆标准的中型汽油车在整个使用寿命期间大约排放 24吨二氧化碳当量 ,而其中仅有三分之二来自燃烧燃料.其余部分则产生于工厂、炼油厂和供应链之中.本文将逐环解析这条链条,审视Euro 7和2035目标为这台发动机所赋予的角色,并以数据探讨内燃机在电气化时代的真实处境.

要点速览

  • 中型汽油ICE车辆的生产隐含碳约为 5.6吨二氧化碳当量;其中四分之三来自车身的钢材.
  • 在欧洲销售的中型BEV的生命周期排放比汽油车低 73%:63克二氧化碳当量/公里,而汽油车为235克.
  • BEV在生产环节多出的约40%排放,在使用初期的 1.7万公里内 即可抵消.
  • Euro 7将于2026年生效,并首次对 刹车和轮胎磨损 产生的颗粒物设定限值.
  • 从2035年起,欧盟将停止销售新的汽油和柴油汽车.

什么是生命周期排放?为什么它不止于排气管?

生命周期排放是指一辆汽车在生产、使用和报废处理的每个阶段所产生的温室气体总量.这一定义不仅涵盖排气管排出的分子,还包括制造、将车辆运至首个销售点、液体燃料的精炼和运输,甚至如果涉及电动汽车,还包括充电能源的生产.仅凭排气管来评估一辆车的环境影响,就如同仅凭供暖账单来判断一栋建筑的能源性能:真实图景要广阔得多.

这种整体核算也驳斥了一种常见的质疑."电动汽车的排放只是被转移到了排气管以外的来源"这一论点经常被提及;然而,生产环节多出的排放,与其在使用寿命期间所累积的优势相比,只是一个次要条目.制造环节占一辆车生命周期总排放的 20%-30% ,主要项目是钢、铝、塑料和电池生产.这一比例对内燃机汽车和电池汽车都适用——变化的只是各项目的权重.

出炉的碳:生产阶段

一辆中型汽油车的生产隐含碳约为 5.6吨二氧化碳当量 ,其中约四分之三来自车辆车身(行业所称的glider,即底盘-座舱单元)的钢材.同尺寸的混合动力汽车这一数字升至6.5吨,插电式混合动力汽车为6.7吨;而电池电动汽车则达到8.8吨,占总碳足迹的 46% .也就是说,电池汽车在尚未上路之前,就已带着接近总碳负荷一半的负担离开工厂.这并不是为它开脱;只是明确了应该在何处进行核算.

15万公里的账单

生产阶段的额外排放如何被使用优势所弥补?完整的生命周期数据如下:汽油车24吨(23%来自生产),混动21吨(31%),插电混动19吨(35%),纯电动19吨(46%).混动和插电混动的生产排放高于汽油车,因为增加了第二套传动系统和电池;但燃料消耗的降低拉低了总量.柴油车则是一个有趣的平衡案例:在相同寿命里程内,其总排放与汽油车几乎相同,因为燃油效率优势被较高的生产排放所抵消.

另一项比较 基于20万英里 (约32万公里)的寿命周期进行:在此期间内燃车循环增加48吨温室气体,使内燃车辆的总排放量比电动车高出 41% 的水平.从全球范围来看,情况也类似:2021年注册的纯电动乘用车的生命周期排放 低66%至69%.

每公里多少克:ICE与EV对比的最新状况

如果将生命周期排放折算到每公里,使用欧盟当前电力结构充电的一辆中型纯电动车 产生63克二氧化碳当量/公里 .同级别的汽油车为 235克,柴油车为 234克.两者相差 73%;如果电力完全来自可再生能源,这一差距可扩大至 78% .中期数据也指向同一方向:CNG车辆比汽油车低13%,混动车低20%,插电混动车低30%,天然气制氢的氢燃料车低26%;使用可再生氢时,这一比例可达79%.

传动系统生命周期排放与汽油车相比的差距
汽油ICE235克二氧化碳当量/公里-
柴油ICE234克二氧化碳当量/公里低约1%
CNG203克二氧化碳当量/公里低13%
混动(HEV)188克二氧化碳当量/公里低20%
插电混动(PHEV)163克二氧化碳当量/公里低30%
氢燃料(天然气制氢)175克二氧化碳当量/公里低26%
BEV(欧盟平均充电)63克二氧化碳当量/公里低73%

解读这张表格时,有两个方法论要点值得注意.其一,无论EV"在哪里充电",其排放都低于同等汽油车,这是美国环保署和麻省理工学院评估的共同结论.其二,扭曲比较的典型错误是忽视电网的去碳化趋势,并且不考虑测试油耗与真实世界油耗之间的差异;这种忽略使汽油车、柴油车和混动车相比纯电动车显得不公平地占优.事实上,2021年按同样的计算方法,BEV的优势曾预计为24%;随着电网的清洁化,这一比例如今已扩大到73%.也就是说,这个差距不是一个静态数字,而是随时间不断拉大的剪刀差.

排放控制系统:净化尾气的工程链条

Modern bir otomobilin egzozu, katalitik konvertörden lambda sensörüne uzanan mühendislik zinciri sayesinde zehirli gazları neredeyse temiz su buharına indiriyor.

在讨论内燃机的环境代价时,需要了解车辆内部的净化链条;因为Euro法规正是建立在这个链条之上,而链条中任何一环出现故障,排放和年检结果都会随之恶化.

三元催化器

三元催化器是安装在排气系统中的一种化学反应器,它能将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物转化为危害较小的化合物.它被列为美国环保署(EPA)确定的主要排放控制部件之一,一旦发生故障,结果是可测量的:年检中最常见的三元催化器相关不合格项,是碳氢化合物、一氧化碳或NOx水平超标,以及催化器效率故障码.当然,测试不合格的元凶并不总是催化器;油箱盖故障、空气滤清器脏污、火花塞磨损、氧传感器故障或常亮的故障灯,也都是可能导致检测不通过的典型原因.

DPF:柴油颗粒过滤器

柴油颗粒过滤器(DPF)是一种多孔陶瓷装置,可物理截留经过排气系统的炭烟和颗粒物.顾名思义,它是一种过滤器,会随着时间推移逐渐充满并堵塞.堵塞的主要原因是车辆的使用工况不够热、持续时间不够长,无法完成燃烧掉过滤器中积存炭烟的再生循环;短距离、频繁启停的使用方式会导致这些循环中断,从而使过滤器堵塞.DPF与SCR协同工作,构成多阶段系统的一部分:DPF针对颗粒物,SCR针对氮氧化物.

SCR与AdBlue

SCR(选择性催化还原)是为降低NOx排放而开发的系统.其工作原理很简单:以AdBlue(商品名DEF)著称的尿素基溶液被喷入尾气中,通过催化反应将氮氧化物转化为无害的氮气和水.DPF与SCR的协同工作,是现代柴油机达到Euro 6及以上标准的实际代价;这一代价不仅体现在成本上,还以保养和故障特征的形式影响着驾驶员的日常生活.

Euro 7改变了什么?

Euro 7标准于2024年获得通过,并 于2026年生效;针对乘用车和轻型商用车的实施从2026年11月开始,针对重型商用车和客车的时间表则指向2028年5月.该标准最引人注目的创新,是将管控范围扩展到排气管之外:首次对制动磨损和轮胎磨损产生的颗粒物排放设定限值.从工程角度来看,这是一个合理的跨越,因为随着排气过滤技术的成熟,制动和轮胎粉尘在车辆污染中的占比日益上升;该标准也正是在追踪污染的真正来源.

第二个重要议题是耐久性.Euro 7规定,根据车辆类别, 在最长200,000公里或10年之内 要求持续符合排放标准,并包含电池耐久性要求.含义很明确:一辆"出厂时干净"的汽车已经不够了,必须设计成在整个使用寿命期间保持清洁.对于正在按此时间表准备车队的运营商而言,这意味着排放系统的长期可靠性必须成为维护战略的核心.

城市禁令与2035目标:发动机是如何被挤到一边的?

监管压力不仅仅来自车辆生产标准;各城市也在自己的层面上朝同一方向推进. 截至2026年,300多个欧洲城市 限制柴油车;Euro 4-6柴油车在巴黎、伦敦、柏林和马德里等大都市已被禁止,罚款 从68欧元 起.在丹麦,哥本哈根、腓特烈斯贝、奥尔堡、欧登塞和奥胡斯自2023年10月起实施低排放区(LEZ).更进一步,欧洲城市已有三个(部分)零排放区(ZEZ)生效,且欧洲大陆所有LEZ/ZEZ区域都可以逐国绘制成地图.

不是关门而是不断收窄的主要规则是欧盟的2035目标:从2035年起,汽车制造商必须达到将尾气排放 减少90% 的目标,欧盟境内将停止销售新的汽油和柴油车.图景不仅限于欧盟;计划在2035年结束新汽油和柴油车销售的,除欧盟外还有其他国家以及 美国的12个州 .对内燃机而言,这不是一夜之间被禁止,而是在一个逐年缩小的市场中生存.

混合动力与电子燃料:内燃机的现实未来

在2035年之后的情景中,有两个主题脱颖而出:混合动力技术和合成燃料.两者都以间接的方式,为内燃机提供一份或短或长的租约.

混合动力:过渡工具,还是长久之计?

一种观点认为,混合动力系统是降低车辆CO2排放最快的途径,从生命周期角度来看也具有优势;一份2026年的白皮书将混合动力技术定位为在供应链和电网准备就绪背景下“面向未来”的平衡方案.相比之下,ICCT的数据则描绘了一幅更冷峻的图景:混合动力减排20%,插电式混合动力减排30%,这意味着与纯电池电动的73%减排相比,其排放高出三倍;而ICE/HEV/PHEV注册量在2035年前逐步终止,似乎与欧盟气候目标相一致.此外,即使以乐观比例将先进生物燃料掺入燃料中,也只能将内燃机车辆的生命周期排放降低 0.5-0.6% (柴油车为3%),无法改变气候趋势.实际解读:混合动力是在电网和供应链准备好之前赢得的时间,而非最终目标.

电子燃料:合成希望与效率问题

合成燃料(电子燃料)是利用可再生电力捕获碳并将其转化为液体燃料而生产的,理论上可做到 100% CO2中和;并且无需对现有内燃机进行重大改动即可使用.因此它被视为让内燃机在2035年之后得以延续的门户,德国曾就允许电子燃料车辆在2035年后销售展开了激烈的游说争论.反方的论点则基于能量链条过长:从电到燃料、从燃料到车轮的转化过程效率低下;质疑电子燃料并非欧洲适用汽车解决方案的分析正是聚焦于这种低效率.ICCT的评估也很谨慎:电子燃料车辆理论上虽能达到与BEV类似的低生命周期排放,但针对公路运输部门的电子燃料供应前景不明,且成本预计将居高不下.简而言之:电子燃料之门并未完全关闭,但以目前的数据来看,也没有人拿到承诺的钥匙.

最后一场争论与现有车队有关:一种引用《Science》期刊研究的观点认为,让内燃机车辆提前退役并替换为电动车可能带来更大的气候效益.与这一论点相对立的是生产碳排放的现实;每一个提前报废的决定都是一项平衡问题,需要将报废车辆被收回的剩余使用寿命与新车的生产碳排放一并计算后才能做出.

工程师总结:什么在变,什么不变?

把数字放在一起对比,表格就一目了然了:内燃机在过去20年里通过催化转化器、DPF和SCR等系统把尾气排放清理到了近乎干净的程度,但其总体环境代价仍是电动替代方案的三到四倍.Euro 7法规将管控范围扩展到刹车和轮胎粉尘,为以尾气为重点的时代画上句号;城市禁令正在缩小其使用空间;而2035年目标则为销售的终结设定了时间表.混合动力和电子燃料虽然能在短期内为发动机提供就业机会,但根据现有数据,它们只能作为具有可衡量减排曲线的过渡技术存在,而非对永久未来的美好愿望.内燃机不会消失——重载运输、特殊应用和现有车队在一段时间内仍将需要它——但它在乘用车中的核心地位,正随着一个经过评估并与时间表挂钩的进程走向终点.

参考资料