井岡山大學(xué)，首次發(fā)表Nature論文

編輯丨王多魚

排版丨水成文

鋰離子電池供應(yīng)鏈對(duì)于全球脫碳至關(guān)重要，但其生產(chǎn)環(huán)節(jié)分布在全球各地，這給碳管理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

2025 年 10 月 22 日，北京工業(yè)大學(xué)吳玉鋒、中國(guó)科學(xué)院廣州能源所袁浩然、井岡山大學(xué)羅旭彪、北京師范大學(xué)黃國(guó)和作為共同通訊作者（北京工業(yè)大學(xué)翟夢(mèng)瑜為第一作者），在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：A circular economy approach for the global lithium-ion battery supply chain（全球鋰離子電池供應(yīng)鏈的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式）的研究論文。

破解鋰電池供應(yīng)鏈碳中和難題：全球合作與本地化策略是關(guān)鍵

鋰離子電池是全球脫碳（指通過(guò)減少二氧化碳等 溫室氣體排來(lái)應(yīng)對(duì) 氣候變化 的過(guò)程）的核心裝備，該研究開發(fā)了一個(gè)鋰循環(huán)可計(jì)算一般均衡（LCCGE）模型，將生命周期理念與全球經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)相結(jié)合，以系統(tǒng)評(píng)估脫碳路徑，揭示了鋰離子電池供應(yīng)鏈中一個(gè)顯著的“價(jià)值-排放悖論”，該研究還顯示，單純靠回收利用對(duì)碳排放的減少效果有限，而通過(guò)全球合作和本地適應(yīng)相結(jié)合的環(huán)境、技術(shù)和貿(mào)易杠桿所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)最高效果。這項(xiàng)研究為復(fù)雜全球供應(yīng)鏈的脫碳提供了藍(lán)圖，并為分析其可持續(xù)性建立了框架。

供應(yīng)鏈碳足跡困境

隨著全球向凈零排放目標(biāo)加速邁進(jìn)，鋰離子電池市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從 2020 年的 300 億美元增長(zhǎng)至 2030 年的 1800 億美元。作為能源轉(zhuǎn)型和交通電動(dòng)化的關(guān)鍵裝備，電池生產(chǎn)過(guò)程中的碳足跡卻十分可觀。

從采礦、精煉到正極材料合成，整個(gè)生產(chǎn)鏈條的碳排放可能抵消其使用階段的環(huán)保收益。更復(fù)雜的是，全球供應(yīng)鏈地理分布分散，導(dǎo)致碳排放分布不均，給碳核算和減排管理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

價(jià)值-排放悖論

研究團(tuán)隊(duì)分析了 2018-2022 年數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)顯著的結(jié)構(gòu)性問題：上游礦產(chǎn)開采環(huán)節(jié)承擔(dān)了不成比例的碳排放。具體而言，上游采礦僅貢獻(xiàn)了 18.78% 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，卻產(chǎn)生了 38.52% 的碳排放。而下游正極材料生產(chǎn)創(chuàng)造了 42.56% 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，僅產(chǎn)生 34.82% 的排放。

這種悖論在資源豐富地區(qū)尤為突出。以“鋰三角”國(guó)家（玻利維亞、智利、阿根廷）為例，其采礦活動(dòng)占供應(yīng)鏈總排放的 9.01%，卻只貢獻(xiàn)了 4.74% 的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。

根源在于上游開采依賴化石燃料的高碳強(qiáng)度，與回收行業(yè)的碳效率形成鮮明對(duì)比。回收部門以 5.15% 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值貢獻(xiàn)了僅 0.28% 的排放，顯示出巨大的減排潛力。

全球鋰離子電池供應(yīng)鏈的累計(jì)溫室氣體排放量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出

地理分布與碳不平等

這種結(jié)構(gòu)性失衡在地理上表現(xiàn)為生產(chǎn)和排放的高度集中。中國(guó)是主導(dǎo)性的生產(chǎn)型排放中心，占全球總排放的 51.40%，是第二大貢獻(xiàn)者“鋰三角”國(guó)家的五倍多。

這種集中生產(chǎn)通過(guò)國(guó)際貿(mào)易驅(qū)動(dòng)了顯著的隱含碳流動(dòng)。從消費(fèi)側(cè)核算看，歐盟和美國(guó)是主要的隱含碳凈進(jìn)口國(guó)。2022 年，歐盟基于消費(fèi)的排放是其基于生產(chǎn)的出口排放的六倍多。相反，中國(guó)和澳大利亞-新西蘭等資源豐富國(guó)家是主要的凈出口國(guó)。中國(guó)的出口排放遠(yuǎn)超其進(jìn)口排放。

創(chuàng)新研究方法

為系統(tǒng)評(píng)估循環(huán)經(jīng)濟(jì)路徑，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了鋰循環(huán)可計(jì)算一般均衡（LCCGE）模型。該模型創(chuàng)新性地將生命周期思維與全球經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)相結(jié)合，包含兩個(gè)定制模塊：鋰循環(huán)動(dòng)力學(xué)模塊，模擬整個(gè)電池生命周期的物料流動(dòng)；溫室氣體排放核算模塊，追蹤碳足跡。這使得模型能夠同時(shí)預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境結(jié)果，評(píng)估復(fù)雜的全球因素，并映射系統(tǒng)變化和級(jí)聯(lián)效應(yīng)。

基于這一分析工具，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)化的多層級(jí)情景分析，全面探索可能的脫碳路徑。框架包含三個(gè)基線共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（SSP）軌跡，引入不同的回收強(qiáng)度，探索四種區(qū)域協(xié)調(diào)方案。

最終將這些維度合成為 1036 個(gè)綜合路徑，在單區(qū)域和跨區(qū)域?qū)用娼Y(jié)合環(huán)境、技術(shù)和貿(mào)易政策。

回收策略的復(fù)雜性

研究發(fā)現(xiàn)，盡管回收是循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基石，但其政策設(shè)計(jì)需要細(xì)致的權(quán)衡，并會(huì)產(chǎn)生顯著的跨區(qū)域溢出效應(yīng)。

政策強(qiáng)度很重要：適度、政策驅(qū)動(dòng)的方法提供了更穩(wěn)定的長(zhǎng)期路徑，而過(guò)于激進(jìn)的策略可能引發(fā)邊際收益遞減，尤其是在日本-韓國(guó)等技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)體。

合作的地理導(dǎo)向也至關(guān)重要。消費(fèi)者導(dǎo)向的方案全球效果最好（到 2060 年減排 16.30%），但其成功是不均衡的，在發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)如美國(guó)帶來(lái)強(qiáng)勁收益，卻可能導(dǎo)致資源出口國(guó)排放強(qiáng)度增加。

區(qū)域差異化策略

該研究揭示了最優(yōu)脫碳不是通過(guò)單一全球指令實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)符合區(qū)域原型的定制策略。

在二維聯(lián)合策略下，技術(shù)-貿(mào)易合作是最有效的（平均減排 35.87%），也是中國(guó)的最佳路徑，產(chǎn)生其最高的減排效果（42.35%）。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體如美國(guó)（41.02%）、歐盟（38.50%）和日本-韓國(guó)（33.97%）在環(huán)境-技術(shù)合作下實(shí)現(xiàn)最大減排。新興工業(yè)樞紐如東盟國(guó)家從技術(shù)導(dǎo)向的全球合作中受益最多。

當(dāng)轉(zhuǎn)向三維聯(lián)合策略時(shí)，環(huán)境、技術(shù)和貿(mào)易合作的全面整合最大化了大多數(shù)地區(qū)的脫碳潛力。中國(guó)達(dá)到 43.31%，美國(guó) 42.15%，歐盟 40.13%。即使是資源依賴型經(jīng)濟(jì)體也實(shí)現(xiàn)了顯著收益，如澳大利亞-新西蘭（24.46%）和“鋰三角”國(guó)家（25.14%）。

效率與公平的權(quán)衡

該研究的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，最大化全球平均效率與確保公平結(jié)果之間的內(nèi)在權(quán)衡。消費(fèi)者導(dǎo)向的方法產(chǎn)生最高的全球減排效果，但同時(shí)將環(huán)境負(fù)擔(dān)外部化給資源出口國(guó)。

這一原則延伸到復(fù)雜的綜合策略：對(duì)發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體最優(yōu)的情景可能對(duì)澳大利亞-新西蘭等資源豐富國(guó)家不是最有益的，后者在更聚焦的技術(shù)-貿(mào)易合作下表現(xiàn)更好。

這凸顯了一個(gè)關(guān)鍵政策挑戰(zhàn)：基于單一指標(biāo)看起來(lái)“全球最優(yōu)”的策略可能掩蓋對(duì)特定參與者的顯著不利。因此，設(shè)計(jì)穩(wěn)健的全球框架需要多目標(biāo)方法，明確考慮分配影響并納入緩解溢出效應(yīng)的機(jī)制。

可行且公正的轉(zhuǎn)型框架

該研究強(qiáng)調(diào)，全球鋰離子電池供應(yīng)鏈的深度且公平脫碳需要超越單一政策的綜合多層級(jí)框架。

該框架必須建立在堅(jiān)實(shí)的國(guó)際合作基礎(chǔ)上，確保經(jīng)濟(jì)可行性，并采用根據(jù)區(qū)域準(zhǔn)備度定制的差異化方法：發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體可以率先實(shí)施全面策略，而新興樞紐追求分階段、技術(shù)聚焦的路線圖。

該框架的基石是統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺(tái)與整個(gè)供應(yīng)鏈的統(tǒng)一生命周期碳足跡標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。這一基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)公平治理至關(guān)重要。

研究表明，最深度的脫碳路徑需要整合多個(gè)政策杠桿。最高全球平均減排（35.87%）是通過(guò)結(jié)合跨區(qū)域技術(shù)與貿(mào)易合作與區(qū)域定制的國(guó)內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策實(shí)現(xiàn)的。這種協(xié)同方法在關(guān)鍵制造經(jīng)濟(jì)體中被證明高度有效，在美國(guó)產(chǎn)生 39.14% 的潛在減排，歐盟 37.28%，中國(guó) 42.35%。

中國(guó)在全球正極材料產(chǎn)出中的份額可能從 2030 年的 65.06% 增至 2060 年的 69.23%。這一穩(wěn)定性反映了已形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大影響力，也意味著現(xiàn)有生產(chǎn)側(cè)核算框架將不成比例的碳負(fù)擔(dān)置于制造區(qū)域。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09617-4