燃料电池与电动汽车的资源需求及环境影响的比较研究：面向2050年的动态物质流分析与前瞻性生命周期评估

《Resources, Conservation & Recycling Advances》：Fuel cell and electric vehicles: Resource use and associated environmental impacts

　　为解决交通领域脱碳过程中电动汽车(EV)和燃料电池汽车(FCV)大规模部署所带来的关键材料资源需求与环境影响问题，研究人员开展了针对不同技术路径（S1平衡、S2燃料电池主导、S3纯电主导）的动态物质流分析(d-MFA)和前瞻性生命周期评估(p-LCA)。研究结果表明，不同技术路径会导致锂、钴、镍、锰和铂族金属(PGM)的需求发生显著转移，并产生不同的环境影响（GWP、FETP、HTPc、PMFP）。S1平衡场景在资源需求和环境影响方面最为均衡。该研究为政策制定者提供了基于材料可持续性的交通脱碳路径选择依据。

　　

随着全球气候变化问题日益严峻，交通领域的脱碳已成为实现碳中和目标的关键环节。道路运输 alone 贡献了全球温室气体(GHG)排放的14-20%，迫切需要从传统的化石燃料动力内燃机汽车(ICEV)转向零排放汽车解决方案。在众多替代方案中，电动汽车(EV)和氢燃料电池汽车(FCV)被认为是最有前景的两大技术路线。电动汽车凭借其锂离子电池技术的快速进步、充电基础设施的扩展以及电池成本的下降，在乘用车市场取得了显著发展。它们能提供更高的能源效率和更低的运营成本，尤其是在使用可再生能源电力时。然而，电动汽车也面临着充电时间长、里程焦虑以及电池性能随时间衰减等挑战，特别是在重型车辆应用中。相比之下，燃料电池汽车利用氢气作为能源载体，通过质子交换膜燃料电池(PEMFC)或固体氧化物燃料电池(SOFC)产生电力驱动。其关键优势在于更短的加氢时间和更高的能量密度，使其特别适合长途运输和重型应用。不过，燃料电池汽车目前仍处于市场应用的早期阶段，面临着车辆成本高、氢能基础设施需要大规模发展等挑战。

这两种技术截然不同的优劣势引发了关于哪种技术能在长期带来更大环境和社会效益的持续讨论。尽管早期的讨论主要围绕电动汽车和燃料电池汽车的长期可持续性，特别是在能源效率、资源可用性和环境影响方面的权衡，但目前电动汽车因其更高的效率和更低的环境足迹已被广泛认为是乘用车的更好选择。然而，对于重型车辆应用，讨论仍然开放，燃料电池汽车可能在特定用例中发挥补充作用。这种不确定性推动了学术界的广泛研究，许多研究探索了每种汽车技术的经济可行性、可扩展性和环境足迹。

除了经济、基础设施和环境足迹的考量，评估大规模零排放汽车应用的可行性和可持续性还需要对材料资源需求进行深入研究。电动汽车严重依赖锂(Li)，并且对于某些电池化学配方，还需要钴(Co)和镍(Ni)。这些材料的供应链受到限制、地缘政治风险以及开采和加工过程中的重大环境影响。这些金属的采矿和精炼是高度能源密集型的，导致大量排放、水资源消耗和有毒废物产生。相比之下，燃料电池汽车依赖铂族金属(PGM)作为燃料电池催化剂，大规模生产需要大量的PGM投入。钯和铂的采矿同样涉及高能源消耗、显著的土地扰动和淡水污染。随着对电池和燃料电池的需求增长，这些关键材料的供应必须相应扩大，这加剧了资源枯竭、采矿作业的排放和整体环境负担。

尽管许多学者已经对该主题进行了研究，但大多数现有研究都是孤立地考察电动汽车和燃料电池汽车的资源需求，很少有研究提供关于不同技术采用路径如何影响未来矿物资源需求的全面比较分析。此外，大多数研究要么关注轻型车辆(LDV)电动化，要么关注重型车辆(HDV)电动化，而不是将两者作为一个集成系统来考虑。虽然一些研究人员探索了所有车辆细分市场中电动汽车和燃料电池汽车的材料需求，但燃料电池汽车和其他电动动力总成的不同技术轨迹的影响尚未得到充分考虑。少数研究直接比较了不同的燃料电池汽车和电动汽车采用情景如何影响未来金属需求，同时考虑了重型车辆和轻型车辆的市场渗透。然而，这些研究主要关注PGM，没有评估其他关键金属的更广泛需求或与其生产相关的环境影响。鉴于这些研究空白，对不同技术路径下的材料需求进行全面评估对于理解零排放汽车应用的长期可持续性至关重要。一个整合了轻型车辆和重型车辆市场中燃料电池汽车和纯电动汽车发展轨迹，同时考虑其对关键金属需求和环境影响影响的比较分析仍然很大程度上未被探索。

为了应对这一需求，本研究发表在《Resources, Conservation 》期刊上，进行了一项基于情景的动态物质流分析(d-MFA)，以考察2020年至2050年的未来资源需求。考虑了三种不同的情景：(1) S1情景，燃料电池汽车主要主导重型车辆市场，而纯电动汽车在轻型车辆领域占主导地位；(2) S2情景，一个燃料电池主导的未来，燃料电池汽车成为轻型车辆和重型车辆的主要技术；(3) S3情景，一个极端情况，纯电动汽车主导所有车辆类型。此外，我们采用前瞻性生命周期评估(p-LCA)来估算与这些关键材料生产相关的环境影响，包括全球变暖潜能(GWP)、淡水生态毒性潜能(FETP)、人类毒性潜能-致癌性(HTPc)和颗粒物形成潜能(PMFP)。通过比较这些情景，本研究评估了在不同电动汽车和燃料电池汽车市场部署规模和渗透水平下，材料生产相关的资源影响和环境负担，为政策制定者、行业利益相关者和研究人员从材料可用性角度理解道路运输的可持续发展提供了见解。

为开展本研究，作者主要应用了动态物质流分析(d-MFA)和前瞻性生命周期评估(p-LCA)两大关键技术方法。d-MFA用于追踪关键材料在车辆存量中的流动，捕捉关键电池和燃料电池组件随时间演变的需求、积累和回收潜力。p-LCA则通过纳入前瞻性假设（如脱碳电力和更清洁的上游过程）来修改生命周期清单背景，以估算材料提取和生产相关的环境负担。研究背景车辆需求数据源自先前研究对全球48个主要国家的预测，并外推至全球水平。车辆按动力系统（BEV, PHEV, HEV, FCV）和总重量（LDV, HDV）分类，国家则分为较发达国家(MDCs)和较不发达国家(LDCs)。电池化学市场包括锂铁磷酸盐(LFP)、镍钴铝氧化物(NCA)和镍钴锰氧化物(NMC)等，其市场份额基于文献估计。燃料电池的铂族金属(PGM)负载假设呈下降趋势。回收情景则考虑了PGM和电池金属（Li, Ni, Co, Mn）的回收率从当前水平提高到2050年的目标值。

3.1. 未来车辆保有量、电池和燃料电池市场

未来全球电池容量和燃料电池功率需求在三种不同情景下进行了模拟。S1情景代表了一个基于当前燃料电池汽车采用轨迹的平衡发展路径，其中燃料电池汽车主要主导重型车辆(HDV)领域，而电动汽车在轻型车辆(LDV)市场占主导地位。在该情景下，到2050年，年度电池容量需求预计达到约6.9 TWh，2020年至2050年的累计需求约为104.8 TWh。大部分电池需求来自轻型车辆领域，2050年年度需求为6.8 TWh（占总需求的98%），与其他相关研究的估计范围（6.8至12.0 TWh）一致。在轻型车辆领域内，纯电动汽车(BEV)到2050年占总需求的89.4%，而插电式混合动力汽车(PHEV)贡献9.3%（643.2 TWh）。此外，重型车辆领域的燃料电池汽车因其依赖小容量电池作为点火电源，占2050年总电池需求的1.3%（87.0 TWh）。对于燃料电池功率，所有需求均来自重型车辆市场，预计2050年年度需求约为0.9 TW。

S2情景假设一个燃料电池主导的未来，燃料电池汽车在轻型车辆和重型车辆市场都占主导地位。这导致电池需求显著低于其他两种情景，2020年至2050年的累计需求为68.6 TWh——仅占S1和S3情景总需求的65.1%和38.7%。与S1情景相似，在S2情景中，轻型车辆市场仍然是电池需求的主要贡献者。纯电动汽车和插电式混合动力汽车在2050年分别占总年度电池需求的86.9%（3.1 TWh）和7.3%（0.3 TWh）。虽然燃料电池汽车在此情景下也存在于轻型车辆市场，但由于每辆轻型燃料电池汽车安装的电池容量非常小，它们对电池需求的贡献可以忽略不计。相比之下，配备燃料电池的重型车辆需要显著更大的电池组，这主要是由于其更高的功率需求、再生制动系统以及需要缓冲储能来优化燃料电池运行。因此，年度电池需求将在2050年达到0.2 TWh，占总量的5.7%。在S2情景中，年度燃料电池功率需求从2020年的0.2 TW增长近65倍，到2050年达到12.3 TW，2020-2050期间的累计需求为158.4 TW。尽管重型车辆的平均燃料电池容量大于轻型车辆，但轻型车辆在总数上的主导地位导致其贡献显著，占2050年年度需求的87.7%，而重型车辆贡献12.3%。

S3情景代表了另一个极端，设想了一个电池车辆不仅主导轻型车辆市场，而且主导重型车辆市场重要份额的未来。该情景由电池技术的快速进步和交通部门深度脱碳的迫切需求驱动。因此，S3情景中的电池需求超过了所有其他情景，从2020年的0.93 TWh上升到2050年的14.9 TWh，期间的累计需求为178.2 TWh。这种增长的主要驱动力是重型车辆的广泛电动化，这需要每辆车大量的电池容量。根据我们的情景假设和不同车辆类别的电池需求计算，到2050年，重型车辆估计占总电池需求的52.5%。相反，S3情景中的燃料电池功率需求很小，因为只有一小部分重型车辆依赖燃料电池。2020年至2050年的累计燃料电池需求仅为4.2 TW——相当于S1和S2情景需求的37.6%和2.6%。

3.2. 关键材料需求

我们根据模拟的电动汽车和燃料电池汽车未来市场估算了交通脱碳转型的未来材料需求。考虑的电池化学包括LFP、NCA和NMC。这些电池化学的市场份额基于文献估计进行预测。研究表明，如果电动汽车主导重型车辆领域（S1情景）或同时主导重型车辆和轻型车辆领域（S3情景），关键电池材料（包括Li、Co、Ni和Mn）的年度需求将从2020水平大幅增加。具体而言，锂需求预计在S1情景下增长5.5倍，在S3情景下增长11.9倍，而Co、Ni和Mn的需求预计分别增长1.8-3.9倍、1.9-4.1倍和1.6-2.4倍。这种激增是由更高的电动汽车市场份额驱动的，这需要增加电池生产。镍需求从约0.4 Mt（公吨，全文使用）增加到S1情景的0.7 Mt和S3情景的1.4 Mt，而锂需求从2020年的0.1 Mt上升到S1的0.7 Mt和S3情景的1.5 Mt，相当于2020年全球锂产量（0.1 Mt）的8.4到16.9倍。到2050年，钴和锰的需求将达到同一数量级，范围分别为0.3至0.6 Mt和0.3-0.7 Mt。估计的钴需求大约是2020年钴产量（0.132 Mt）的2.3-4.5倍。由于燃料电池汽车的市场份额较低（S3情景约为0.02，S1情景约为0.1 kt），PGM的需求仍然显著低于其他电池材料。在S2情景中，燃料电池汽车逐渐主导轻型车辆和重型车辆领域，材料需求概况发生显著变化。电池材料需求最初上升，但在2035年后下降，到2050年恢复到与2020年相当的水平。相比之下，PGM需求超过所有其他材料，并持续增长21.7倍，从2020年的0.1 kt增加到2050年的1.2 kt，这等于2020年总PGM产量443.2 t的2.7倍。

尽管三种情景对电池和燃料电池技术的偏好不同，但几乎所有材料的全球已探明资源都足以满足汽车行业电池和燃料电池生产的累计需求。截至2023年，全球锂储量约为28.0 Mt，这足以到2050年生产所有车辆电池，无论电动汽车渗透水平如何，累计锂需求在S1达到11.2 Mt，S2达到7.4 Mt，S3达到18.7 Mt。2023年全球钴储量（11.4 Mt）在高电动汽车采用情景（S3情景）下可能不足，其中电动汽车也主导重型车辆市场，导致累计钴需求达到11.5 Mt。然而，在S1和S2情景下，钴供应预计是充足的，累计需求分别在S1达到7.2 Mt，在S2达到5.2 Mt。对于镍和锰，其全球已探明储量（分别为130.0 Mt和1900.0 Mt）将远远超过镍6.4-13.9 Mt和锰11.6-25.5 Mt的累计需求。尽管在燃料电池主导情景（S2情景）下年度PGM需求显著增加，但全球矿物储量（70.0 kt）足以满足汽车燃料电池生产17.0 kt的累计要求。即使考虑到内燃机汽车(ICEV)中PGM的使用（预计到2050年累计达到1.6 kt），情况也是如此。

虽然锂、钴、镍、锰和PGM的全球储量似乎足以满足累计需求，但供应需要非常迅速地增加，并且由于地缘政治、环境和经济因素，供应风险持续存在/增加。这些材料的提取和加工高度集中，中国主导镍精炼和锂加工，刚果民主供应大部分钴。贸易政策，包括出口限制和地缘政治紧张局势，进一步威胁供应稳定性。除了汽车行业，这些关键材料对电子、可再生能源存储和航空航天等行业也至关重要，增加了对供应的竞争。多个行业不断增长的需求可能使生产能力紧张，进一步加剧供应风险。

从报废电池和燃料电池中回收关键金属可以部分减轻对原生资源提取的依赖。研究表明，2050年可回收材料的年度可用量是巨大的，并且对于几种金属来说，甚至超过了它们当前的全球生产水平。例如，在燃料电池主导的S2情景中，钴（0.14 Mt）、锂（0.32 Mt）、锰（0.16 Mt）和PGM（0.50 kt）的预计流出量超过了它们各自2020年约0.14 Mt、0.08 Mt、0.02 Mt和0.44 kt的生产水平。对于其他金属，如镍，2050年的流出量（0.30 Mt）仍低于2020年全球产量（2.5 Mt），但仍占未来供应的重要份额（约13%）。当与2050年的年度材料需求相比时，关键电池金属的回收潜力，特别是在S2情景下，几乎可以匹配总需求，突显了次级供应理论上的重要性。这些比较强调了报废材料在抵消原生提取方面的巨大潜力。然而，实际回收仍然受到收集效率低下、加工损失和经济障碍的限制。因此，尽管回收可以减少原生需求，但其实现的贡献在大多数情景中是有限的。在2020-2050年期间，累计回收锂预计仅抵消总需求的31.9-47.6%，而钴回收仅占20.2-24.7%。对于镍和锰，次级供应可能分别满足需求的27.5-37.4%和28.1-36.3%。对于PGM，回收可能仅提供累计需求的18.6-28.1%。虽然这些百分比显示了回收的价值，但它们也表明未来供应的很大一部分仍然需要通过原生提取来满足。

3.3. 环境影响

除了评估由燃料电池汽车和纯电动汽车主导的转型如何影响材料需求外，本研究进一步考察了在SSP2（“中间道路”）能源结构框架下，三种技术情景中电池和燃料电池技术材料需求的环境影响。优先选择电池主导或燃料电池主导路径的决定导致了排放、毒性和污染影响之间的明显权衡。

在S1情景中，燃料电池汽车主要主导重型车辆市场，而电动汽车主导轻型车辆领域，所有类别的环境影响都相对平衡。GWP和HTPc处于中等水平（分别为1264.6 Mt CO₂-eq和982.8 Mt 1,4-DCB-eq），因为来自镍、锂和钴生产的电池相关排放低于S3，而与燃料电池相关的PGM需求低于S2情景。FETP和PMFP影响（分别为396.5 Mt 1,4-DCB-eq和10.3 Mt PM₁₀-eq）也处于中等水平，因为电池金属和PGM都没有被极端水平地提取。这表明混合技术转型可以减轻一些极端的环境负担，尽管它仍然需要大量的资源提取和加工。

在S2情景中，燃料电池汽车主导轻型车辆和重型车辆领域，GWP和HTPc（分别为1353.3 Mt CO₂-eq和835.5 Mt 1,4-DCB-eq）与S1相当，表明燃料电池技术在减少气候和人类毒性影响方面与平衡的燃料电池汽车-电动汽车转型相比并没有显著优势。然而，FETP和PMFP显著增加（分别为859.2 Mt 1,4-DCB-eq和21.9 Mt PM₁₀-eq），这主要是由于燃料电池对PGM的高需求。PGM的采矿和精炼带来了巨大的环境负担，特别是在淡水污染和工业提取和加工产生的颗粒物排放方面。这些结果突显了一个关键的权衡：虽然S2情景减少了对电池金属的依赖以及与钴和镍提取相关的毒性，但它引入了与燃料电池中使用的PGM的资源密集型生产相关的新环境挑战。

在S3情景中，电动汽车主导轻型车辆和重型车辆领域，环境概况转向更高的GWP和HTPc（分别为2005.3 Mt CO₂-eq和1567.3 Mt 1,4-DCB-eq），反映了大规模电池部署所需的密集型材料加工。与S1情景相比，镍和钴对GWP和毒性相关影响的贡献更大，增加了采矿和精炼的整体排放和健康风险。然而，与S2情景相比，S3情景表现出更低的FETP（590.1 Mt 1,4-DCB-eq）和PMFP（15.3 Mt PM₁₀-eq），因为它避免了燃料电池生产中看到的 substantial PGM-related emissions。这些结果表明，虽然电动汽车主导的路径减少了车辆的运行排放，但其材料足迹 presents a significant sustainability challenge。

需要指出的是，这些环境影响评估仅限于材料生产，并未考虑完整的生命周期影响。许多纳入车辆使用阶段的现有LCA研究表明，燃料电池汽车的温室气体排放高度依赖于用于氢气生产的电力来源。当氢气由可再生电力产生时，燃料电池汽车的生命周期温室气体排放与纯电动汽车相当或略高。然而，如果氢气由化石燃料生产，燃料电池汽车可能具有显著更高的温室气体排放。

这些发现表明，无论是完全电池电动还是完全燃料电池主导的路径都不能消除与其材料生产相关的环境问题——每种情景都是重新分配环境负担，而不是消除它们。虽然S3情景表现出最高的材料相关排放和毒性风险，但这必须与纯电动汽车较低的运行排放相权衡。在其生命周期中，许多研究表明，由于纯电动汽车更高的能源效率和更低的用电消耗，特别是在使用低碳能源时，它们产生更低的温室气体排放。S2情景由于依赖PGM，引入了更大的材料相关淡水毒性和颗粒物污染。S1情景作为一个更平衡的转型，避免了任何一种方法的极端影响，尽管它仍然需要大量的资源提取。这些发现进一步证实，电动汽车和燃料电池汽车在车辆脱碳中扮演互补角色，应协同发展，以最大化环境可持续性并最小化资源约束。

3.4. 敏感性结果

敏感性分析显示，在所有情景中，累积环境结果对电池市场份额假设的变化最敏感，而寿命以及每辆车的电池容量和燃料电池功率起着次要作用。将电池和燃料电池的平均寿命延长20%，会导致所有四个累积环境影响类别：气候变化、淡水生态毒性、致癌性人类毒性和颗粒物形成，减少11-13%。将每辆车的电池容量和燃料电池功率增加20%，会导致累积环境影响适度上升，根据类别不同，范围在5%到8%之间。相比之下，转向高镍钴锰电池市场会显著放大毒性相关影响，致癌毒性和淡水生态毒性分别增加30%和25%，而对气候变化的影响仍然较低（约12%）。这主要是由于镍钴锰阴极的钴和镍强度显著高于LFP。因为这些金属每单位质量具有更高的生命周期毒性，特别是在淡水生态毒性和致癌毒性方面，转向高镍钴锰电池混合物会导致那些影响类别不成比例地增加。燃料电池主导（S2）和纯电动主导（S3）路径获得了可比较的模式，并且扰动不会改变三种情景的排名。这些发现强调，长期环境结果不仅对整体电池部署量敏感，而且对电池化学成分的演变敏感。敏感性分析证实，长期环境性能不仅取决于电气化的规模，还取决于电池化学的轨迹，并且它指出了模型最敏感的假设。

4. 讨论与结论

4.1. 协调的电动汽车和燃料电池汽车发展支持更可持续的转型

本研究模拟了三种路径：一个基线（S1），一个燃料电池汽车主导的转型（S2），和一个纯电动汽车主导的转型（S3）。这些情景共同勾勒出交通向脱碳迈进时资源使用和环境影响的上下限。虽然两种极端情景都不是最可能的现实世界结果，但这些假设案例有助于确定长期政策规划中的关键权衡。S3情景强调，电动汽车采用显著减少了PGM需求，但 dramatically increases reliance on battery metals，加剧了采矿相关的环境问题。S2情景说明，氢基燃料电池汽车减少了电池需求，但由于PGM密集的燃料电池生产，引入了新的可持续性挑战。在与这些材料生产相关的环境影响方面，研究结果表明，虽然每种情景优先考虑不同的资源，但都不能消除环境负担——而是将污染影响转移到不同的环境类别。在S3中，对电池金属的更高需求加剧了GWP和HTPc，而在S2中，对PGM的依赖增加加剧了FETP和PMFP。上述结果进一步表明，完全电池电动或完全燃料电池主导的转型都不是没有可持续性挑战的。相反，一种利用两种技术优势的互补方法可能提供一条更可靠的交通脱碳路径。

虽然本研究侧重于材料生产阶段，但研究结果可以与现有的电动汽车和燃料电池汽车的完整生命周期评估(LCA)一起解释。先前的研究表明，两种技术的总碳排放量根据能源来源的不同而有很大差异，但通常落在重叠的范围内。具体来说，当使用绿色氢动力时，燃料电池汽车表现出大约60-70 g CO₂/km的生命周期排放，而当使用蒸汽甲烷重整(SMR)产生的氢时，则为120-130 g CO₂/km，具体取决于氢气生产方法。另一方面，纯电动汽车在使用低碳电力充电和生产时，范围在65至75 g CO₂/km，而在化石燃料密集型系统下，则为115-180 g CO₂/km。这些报告的范围反映了研究间不同的假设，这解释了绝对值的变化，但并未改变整体结论，即两种技术的生命周期温室气体性能强烈依赖于使用阶段的能源来源。这些结果表明，仅凭完整的生命周期温室气体排放可能无法提供两种技术之间明确的环境偏好。同时，多项研究和行业趋势表明，燃料电池汽车在长途和重型运输应用中提供了显著的成本和运营优势，这主要是由于其与纯电动汽车相比具有更高的能量密度和更短的加注时间。相比之下，纯电动汽车通常更适用于轻型车辆，其成本、效率和充电要求更符合使用模式。这些技术经济考虑导致越来越多的人支持跨车辆细分市场的差异化部署策略。

在此背景下，我们的分析通过评估替代部署路径的上游材料需求和相关环境影响，增加了一个互补的系统级维度。结果表明，混合情景（S1），即纯电动汽车优先用于轻型车辆，燃料电池汽车用于重型车辆，不仅反映了经济可行性，而且在多个影响类别（包括GWP、FETP和PMFP）提供了环境效益。这些一致的结果表明，即使考虑到更广泛的生命周期和成本相关因素，S1也代表了一条稳健且平衡的转型路径。

4.2. 材料供应风险仍然是一个重大挑战

尽管不同情景下的材料需求存在差异，但供应风险仍然是纯电动汽车和燃料电池汽车面临的 critical concern。地缘政治集中、提取限制和市场动态为关键材料的长期可用性引入了 significant uncertainties。

关键电池金属如锂、钴、镍和锰的供应链面临 significant risks and vulnerabilities。钴生产高度集中，超过一半在刚果民主共和国开采，而中国主导精炼。这种集中延伸到其他金属，80-92%的电池正极材料经过中国。供应风险存在于整个链条，从采矿到制造，锂和钴被确定为最关键的材料。中断可能由各种因素引起，包括地缘政治紧张、环境问题以及童工等社会问题。为了减轻这些风险，需要采取措施，如多样化生产、开发新矿和精炼厂、确保可持续的手工采矿以及促进回收。

尽管在纯电动主导的情景下，燃料电池对PGM的需求预计到2050年仅占2020年全球PGM产量的4.8%（S1情景）至15.7%（S3情景），但由于地缘政治集中和PGM来源的波动性，供应风险仍然令人担忧。南非和俄罗斯共同占全球铂和钯产量的80%以上，使得供应链极易受到劳工罢工、政治不稳定和出口限制造成的破坏。历史事件，如南非 prolonged mining strikes 和对俄罗斯出口的贸易制裁，已经证明了这些供应链的脆弱性。

为了应对这些风险，关键的缓解策略包括多样化供应链、扩大采矿和精炼能力、实施负责任的采购实践以及增强材料回收技术。开发新矿和精炼厂可以加强供应安全，而可持续的手工和小规模采矿(ASM)倡议有助于减轻社会和环境问题。此外，提高回收效率、建立闭环供应系统以及投资替代化学对于减少对原生原材料的依赖和最小化环境影响至关重要。支持循环经济模式、多样化采购和材料替代的政策框架对于确保长期资源安全和更可持续地向低碳交通转型至关重要。

4.3. 回收策略的现实约束

虽然我们的模型估计了 significant recycling potentials，但实现高回收率的可行性在三种情景之间差异很大。在纯电动主导的S3情景中，大量报废电池产生了大量可回收的锂、钴和镍。这种高产量可能会提高电池回收的经济可行性，并证明对专用回收基础设施的投资是合理的。然而，电池化学的多样性（例如，NCA、NMC、LFP）可能对有效的材料分离和回收构成挑战。

相比之下，燃料电池主导的S2情景严重依赖PGM，其单位经济价值更高，精炼工艺更成熟。尽管PGM价值高且可回收，但报废燃料电池汽车的分散性以及缺乏专用的收集系统，特别是在新兴地区，可能会限制实际的回收工作。

在所有情景中，低效的收集系统、区域处理能力的差异以及有限的政策激励等障碍仍然是关键障碍。最近的监管努力，如欧盟电池法规 (Regulation (EU) 2023/1542)，提供了重要的基准，但尚未被广泛采用。这些观察结果强调，虽然回收在减少原生资源需求方面发挥着至关重要的作用，但其在现实世界中的贡献强烈依赖于部署情景以及支持性政策和技术条件。收集系统和处理能力的区域差异，特别是在较发达国家(MDCs)和较不发达国家(LDCs)之间，可能会进一步限制回收潜力的实现。此外，电池的第二次生命应用（例如在固定存储中）可能会延迟回收物流的时间，限制近期次级供应的可用性。然而，由于可用数据有限，我们未在本研究中进行进一步的差异化计算。

4.4. 政策启示

从上游材料需求和材料相关环境影响的角度来看，分析证实了跨车辆细分市场的差异化部署提供了一条比任何一种极端情景都更稳健的路径。鉴于纯电动汽车和燃料电池汽车的互补优势，分段方法是合适的：纯电动汽车可以优先用于轻型车辆，特别是在城市和郊区，那里的充电基础设施正在扩展，正如美国和中国的最新发展所证明的那样。燃料电池汽车更适用于重型车辆，特别是在货运和长途运输中，那里需要更长的行驶里程和更快的加注速度。日本、韩国和德国等几个国家已开始投资加氢基础设施以支持这一转型。

敏感性测试表明，寿命延长、电池容量和燃料电池功率以及电池化学成分是影响长期材料需求的最有影响力的参数，而PGM负载对于燃料电池汽车仍然至关重要。这些发现表明，需求侧措施可以在减少未来压力方面发挥重要作用。延长平均电池寿命的耐久性标准、持续提高能量密度以防止不成比例地更大的电池或电堆，以及激励多样化化学组合的措施，例如