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Sphera的新研究证实，优化铝设计显著减少了车辆生命周期的环境足迹，突显了铝在从制造到使用阶段及之后推动清洁交通的作用。该研究评估了使用铝进行轻量化的电池电动汽车（BEVs）的环境影响，将现状场景（由其他材料组成）与铝优化场景进行了比较。
研究亮点
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研究中的产品系统包括两种类型的纯电动汽车：一种是城市车（轿车），另一种是家庭SUV（运动型多用途车）。
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概念性电动汽车设计是先前研究的结果，该研究重点探讨了铝密集型轻量化设计概念的经济价值。
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车辆的初级数据包括重量、物料清单和电池细节，主要由基于2022年研究的FEV集团提供。
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目标是评估在BEVs中用铝替代竞争材料的潜在环境优势。
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全球变暖潜势（GWP100）是用于衡量温室气体排放在100年内对全球变暖影响的指标。
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调查结果表明，铝优化车辆设计通过减轻车辆重量、提高燃油效率和实现电池减小，显著地降低了有害排放物。
未来，电池电动车（BEV）的市场需求预计将持续增长（Ducker Calisle, 2023）。目前，城市车辆（小型车）是BEV销售的主力车型，而家庭跨界车（SUV）预计将在2030年成为主流（FEV Group, 2022）。为更深入地了解铝材料在BEV中的潜在环境影响，铝业协会（AA）委托Sphera Solutions公司（简称“Sphera”）开展了一项全生命周期评估（LCA）（完整报告详见附件1），针对2025年和2030年，分析两种概念性BEV设计方案——“现状设计”（Status Quo）和“铝优化设计”（Aluminum Optimized）的环境影响。研究聚焦于两类BEV车型：城市车辆（轿车）和家庭跨界车（SUV）。
这两种概念设计源于此前发布的《电池电动车中铝的价值》（简称“FEV研究”，详见附件2）报告。“现状设计”和“铝优化设计”均涉及通过铝或其他轻量化材料替代更重的钢材部件或系统，以实现车辆减重。两者的区别在于：“现状设计”代表“市场自然采用轻量化材料，车辆重量随时间逐步下降”的基线情景；而“铝优化设计”则是“未来更激进的轻量化情景，在工程可行且成本效益合理的前提下，针对2025年和2030年不同BEV细分市场，以不同比例用铝替代钢材”（FEV Group, 2022）。
该LCA研究评估并比较了FEV研究中定义的不同未来设计方案的环境影响。FEV研究中的“未来”以“车型年”表示，即2025年和2030年，相对于“基线车型年”2021年。从时间维度看，2030年的车型设计重量低于2025年的车型。从设计方案角度看，对于城市车辆，铝优化设计在2025年和2030年均比现状设计减重9%；对于家庭跨界车，铝优化设计在2025年减重5%，2030年减重11%。
LCA覆盖了车辆从原材料开采、制造、使用到报废全生命周期的潜在环境影响。研究的功能单位是同一类车型的BEV在20万英里（约32.2万公里）使用寿命内提供的运输服务。研究的主要数据来源于FEV研究中的车辆设计概念，次要数据主要来自Sphera的MLC数据库（2024.1版）。
表ES 1：影响类别及其对应的缩写词、单位和来源
生命周期评估（LCA）结果显示，采用铝材料轻量化电池电动车（BEV）有助于减少车辆全生命周期的环境足迹，其中铝优化设计在两种车型（城市车辆和家庭跨界车）及两个车型年（2025年和2030年）中均实现了最大幅度的减排。整体足迹的减少主要归因于两大因素：电池制造阶段的碳排放降低，以及车辆使用阶段（驾驶）的碳排放减少。研究证实，铝材料在助力未来打造更轻、更清洁的车辆方面发挥着关键作用，并建议利益相关方在决策时充分考虑全生命周期的环境影响。
图ES 1以城市车辆为例，展示了全生命周期内各材料及阶段对全球变暖潜能值（GWP100）的绝对贡献。
图 ES 1：使用寿命里程为20万英里的城市车辆每辆的材料和生命周期阶段对GWP100的贡献）
研究主要发现包括：
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与2025年设计相比，2030年设计将GWP100分别降低了9%（现状设计）和8%（铝优化设计）。
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与现状设计相比，铝优化设计在2025年和2030年分别将GWP100降低了7%和6%。
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结合轻量化设计与电池技术进步，2025年现状设计与2030年铝优化设计之间的GWP100降幅可达14%。
在所有城市车辆情景中，使用阶段（驾驶）始终是GWP100的最大贡献者，占总量的近60%。在车辆生产阶段，电池电芯是GWP100的绝对最大来源。若排除电池电芯生产，铝优化设计在2025年和2030年的“从摇篮到大门”（生产阶段）GWP100将分别增加2%和1%。这凸显了以下重要性：需超越生产阶段铝材料稍高的碳强度，关注全生命周期影响，并考虑轻量化研究的次生效应（如传动系统小型化）。
同样，图ES-2展示了家庭跨界车全生命周期（从摇篮到坟墓）GWP100按材料和生命周期阶段的绝对贡献。
图 ES 2：家庭跨界车每辆的材料和生命周期阶段对GWP100的绝对贡献（使用寿命里程20万英里）
研究结果显示：
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相较于2025年设计，2030年设计将现状设计和铝优化设计的GWP100分别降低了2%和8%。
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相较于现状设计，铝优化设计在2025年和2030年分别将GWP100降低了4%和9%。
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结合轻量化设计与电池技术进步，2025年现状设计与2030年铝优化设计之间的GWP100降幅可达11%。
在所有家庭跨界车情景中，使用阶段（驾驶）对GWP100的贡献占50%-55%（跨所有车型年和设计）。生产阶段中，电池电芯仍是最大的排放来源，尽管轻量化设计导致电池适度减容。若排除电池电芯生产，铝优化设计在2025年和2030年的“从摇篮到大门”（生产阶段）GWP100将分别增加8%和17%。这再次强调：需超越材料生产阶段的碳强度，在轻量化LCA研究中聚焦车辆全生命周期影响。
总体而言，分析显示，两种车型（城市车辆和家庭跨界车）及两个车型年（2025年和2030年）的关键环境影响热点（hotspots）呈现相似模式。铝优化车辆通过减轻车重（从而减少电池尺寸并提升能效），在降低全生命周期全球变暖潜能值（GWP100）方面具有优势。在其他影响类别中，相较于现状设计车辆，铝优化车辆在不可再生能源消耗（NRE）、酸化潜能值（AP）、颗粒物形成潜能值（PM）以及生物质消耗（BWC）等方面均有所减少。
进一步分析表明，铝优化家庭跨界车与现状设计车辆相比，其全球变暖潜能值（GWP100）的盈亏平衡点（break-even point）出现在约4万英里里程处。而对于城市车辆，盈亏平衡点已在生产阶段（即“从摇篮到大门”阶段）实现——铝优化设计的全生命周期GWP100已低于现状设计。这是由于车辆构造材料的碳排放略有增加，但被因电池尺寸减小而降低的电池生产阶段碳排放所抵消。
来源：DRIVEALUMINUM，汽车材料网翻译整理
