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北京工業(yè)大學，2025年首篇Nature！

鋰離子電池供應鏈，對全球脫碳至關(guān)重要，但其跨地域分布的生產(chǎn)環(huán)節(jié)給碳排放管理帶來重大挑戰(zhàn)。在此，來自中國科學院廣州能源轉(zhuǎn)換研究所的袁浩然、井岡山大學的羅旭彪、北京師范大學的黃國和以及北京工業(yè)大學的吳玉鋒等研究者提出了鋰循環(huán)可計算一般均衡模型（LCCGE），將生命周期視角與全球經(jīng)濟動態(tài)相結(jié)合，以系統(tǒng)性評估脫碳路徑。相關(guān)論文以題為“A circular economy approach for the global lithium-ion battery supply chain”于2025年10月22日發(fā)表在Nature上。

全球加速邁向凈零排放目標，使鋰離子電池在能源轉(zhuǎn)型與交通電氣

化中居于核心地位，市場規(guī)模預計將由2020年的300億美元增長至2030年的1800億美元。

盡管鋰離子電池通過促進可再生能源并網(wǎng)與減少化石燃料依賴，在脫碳中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但其生產(chǎn)環(huán)節(jié)——從礦產(chǎn)開采、精煉到正極合成——卻伴隨顯著的生命周期碳排放，部分抵消了使用階段的減排效益。

這一環(huán)境負擔還因全球供應鏈的地理分布不均而加劇，不僅造成排放分布差異和碳核算復雜化，更對實現(xiàn)凈零目標構(gòu)成挑戰(zhàn)。

鋰電供應鏈跨越多個國家：礦產(chǎn)資源主要開采自澳大利亞與智利，經(jīng)中國、韓國及歐洲國家精煉處理，最終在全球市場組裝交付。

這一復雜網(wǎng)絡受制于國家間競爭性利益與嚴格監(jiān)管框架，如歐盟《電池法規(guī)》提出的回收與再生含量要求，以及美國《通脹削減法案》中的關(guān)鍵礦產(chǎn)特定來源規(guī)定。

在政策與地緣政治壓力以及資源短缺風險下，先進回收技術(shù)顯著提升了行業(yè)效率。

閉環(huán)回收（即利用報廢電池二次原料）可大幅降低碳足跡，其中，直接回收、水冶和火法工藝可分別削減61%、51%和17%的排放。

然而，現(xiàn)有研究大多依賴生命周期評估與基于過程的成本模型，雖能揭示電池產(chǎn)業(yè)的多維影響，但常局限于特定回收環(huán)節(jié)或局部經(jīng)濟系統(tǒng)，難以呈現(xiàn)政策調(diào)整、貿(mào)易動態(tài)與技術(shù)創(chuàng)新之間的復雜互動。

相反，自上而下的綜合評估模型雖具備跨行業(yè)宏觀分析優(yōu)勢，卻缺乏足夠細粒度，難以反映鋰電供應鏈的專門工藝與材料流動。

此外，原生材料生產(chǎn)與新興回收環(huán)節(jié)的動態(tài)耦合關(guān)系也常被忽視，形成方法學空白；同時，相較于塑料、造紙等成熟行業(yè)，電池領(lǐng)域仍缺乏應對資源稀缺與技術(shù)演進的系統(tǒng)性循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略。

為填補這一缺口，研究者提出了鋰循環(huán)可計算一般均衡模型（LCCGE）。該方法將過程級細節(jié)數(shù)據(jù)與全球可計算一般均衡（CGE）框架融合，彌合了自下而上生命周期分析與自上而下經(jīng)濟建模之間的斷層。

模型核心包括兩個自研模塊：鋰循環(huán)動力學模塊（模擬全生命周期材料流動）與溫室氣體排放核算模塊（追蹤碳足跡），從而實現(xiàn)三大能力：(1) 同步預測經(jīng)濟與環(huán)境結(jié)果；(2) 評估復雜全球因素；(3) 映射系統(tǒng)性變化及級聯(lián)效應，以支持定制化循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略的設計。

基于此工具，研究者構(gòu)建了多層次情景分析：確立三種基準社會經(jīng)濟路徑（SSPs），引入不同回收強度，探索四類區(qū)域協(xié)調(diào)模式，并綜合這些維度生成1,036條路徑，將環(huán)境、技術(shù)與貿(mào)易政策在單一區(qū)域及跨區(qū)域?qū)用嫦到y(tǒng)集成，以識別高度不確定性下穩(wěn)健的脫碳路徑。

研究者的分析定量揭示了鋰電全球供應鏈中的價值–排放悖論。以2018–2022年數(shù)據(jù)為例，上游金屬開采雖僅貢獻18.78%的經(jīng)濟價值，卻占到38.52%的排放；而高價值的正極環(huán)節(jié)則呈現(xiàn)相反格局（42.56%的價值對應34.82%的排放）。

模擬結(jié)果表明，盡管以回收為核心的政策有效，但其效應高度依賴語境，在日、韓等技術(shù)先進經(jīng)濟體中呈現(xiàn)邊際效益遞減。

區(qū)域協(xié)調(diào)分析顯示，以消費端為導向的策略雖對全球有益，卻可能加重資源出口國的排放強度。

最優(yōu)脫碳路徑需整合多種政策工具：跨區(qū)域的技術(shù)與貿(mào)易合作結(jié)合區(qū)域化的定制政策。

在該框架下，全球平均排放可削減35.87%，其中美國和中國的制造業(yè)減排幅度分別達39.14%和42.35%，而鋰三角等資源國也實現(xiàn)26.28%的減排。

結(jié)果凸顯出制定全球協(xié)同、區(qū)域差異化戰(zhàn)略的必要性。

圖1 全球鋰離子電池供應鏈累計溫室氣體排放與經(jīng)濟產(chǎn)出。

圖2 預計全球鋰離子電池供應鏈的溫室氣體排放和經(jīng)濟產(chǎn)出。

圖3 不同回收方案下的區(qū)域和行業(yè)排放變化。

圖4 四種協(xié)調(diào)方案下區(qū)域溫室氣體排放強度變化。

圖5 2060年綜合循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略對溫室氣體排放強度的影響分析。

綜上，分析強調(diào)，要實現(xiàn)全球鋰離子電池供應鏈的深度且公平的脫碳，必須構(gòu)建一個超越碎片化政策的綜合多層次框架。

該框架應以堅實的國際合作為基礎，確保經(jīng)濟可行性，并采用因地制宜的差異化路徑：發(fā)達經(jīng)濟體可率先推動全面戰(zhàn)略，而新興產(chǎn)業(yè)中心則可循序漸進地實施以技術(shù)為核心的路線圖。

該框架的基石是一個統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺，并輔以覆蓋整個供應鏈的協(xié)調(diào)一致的生命周期碳足跡標準。

這一基礎性設施對于實現(xiàn)公平治理至關(guān)重要，包括促進技術(shù)轉(zhuǎn)移以及推動基于消費的碳核算，以應對潛在的不平等問題。

通過提出這一具體架構(gòu)，本研究為供應鏈脫碳提供了藍圖，并為平衡全球效率與區(qū)域公平之間的權(quán)衡提供了可行路徑。

參考文獻

Zhai, M., Wu, Y., Tian, S.et al. A circular economy approach for the global lithium-ion battery supply chain. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09617-4

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

（來源：北京工業(yè)大學 材料科學與工程學院 ）

編輯：中國電子裝備技術(shù)開發(fā)協(xié)會

監(jiān)督：劉欣偉 010-58892027轉(zhuǎn)807

投訴：朱  麗 010-58892027

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