井冈山大学，首篇Nature正刊！

锂 离子电池作为全球能源转型和交通电气化的核心，对实现净零排放目标至关重要。然而，其供应链地理分布广泛，从矿产开采（如澳大利亚、智利）到精炼（如中国、韩国、欧洲国家）再到最终组装，形成了复杂的全球网络。这种分散性导致碳排放分布不均，碳核算困难，严重制约了整体脱碳进程。此外，现有研究多聚焦于特定回收阶段或局部经济系统，缺乏对政策、贸易与技术互动关系的系统性分析，难以揭示有效的碳减排路径。面对日益严峻的矿产资源短缺和各国法规（如欧盟《电池法规》和美国《通胀削减法案》）的影响，亟需一种能够整合生命周期细节与宏观经济动态的分析框架，以制定全面且可持续的电池供应链 decarbonization 策略。

鉴于此，北京工业大学吴玉锋教授、中科院广州能源所袁浩然教授、井冈山大学罗旭彪教授、北京师范大学黄国和教授合作提出了一种创新性的“锂循环可计算一般均衡模型”，将生命周期思维融入全球经济动态分析中，系统评估了锂离子电池供应链的 decarbonization 路径。研究发现，供应链存在显著的“价值-排放悖论”：下游阴极材料生产贡献了42.56%的经济价值，仅产生34.82%的排放，而上游采矿环节虽仅创造18.78%的价值，却贡献了38.52%的排放。情景分析表明，尽管以消费者为导向的回收策略可在2060年降低全球排放强度16.30%，但其效果远不及综合策略。最高减排效果（35.87%）来自于技术贸易跨境合作与区域定制化循环经济政策的结合。这种协同路径在美国、欧盟和中国分别可实现39.14%、37.28%和42.35%的减排，为全球复杂供应链的低碳转型提供了系统性蓝图。相关研究成果以题为“A circular economy approach for the global lithium-ion battery supply chain”发表在最新一期《nature》上。合作单位包括北京工业大学、中国科学院过程工程研究所、中国科学院广州能源研究所、井冈山大学、北京师范大学、加拿大里贾纳大学、马里兰大学、长沙先进材料与设备有限公司以及常州厚丰新能源有限公司。

【历史与未来经济及碳排放趋势分析】

2018–2022年是全球锂离子电池供应链快速扩张的关键阶段。数据显示，上游矿产开采（LIK）贡献了38.52%的排放（217.08 MtCO₂e），却仅占经济价值的18.78%（316.31亿美元）。而中下游的精炼（NFP）与阴极材料生产（LZJ）创造了超过75%的经济价值，排放占比相对较低。这一“价值-排放悖论”在资源富集地区尤为突出，例如锂三角国家采矿活动贡献了9.01%的排放，却仅占经济产出的4.74%（图1b）。地理上，中国是生产基排放的核心，占全球总量的51.40%，是第二大排放地区锂三角国家的五倍以上。国际贸易导致隐含碳流动显著，欧盟和美国是净进口国，而中国和澳大利亚-新西兰等地区是净出口国。展望至2060年，不同SSP情景下排放与经济轨迹差异显著：在严格的SSP126路径下，排放预计下降超90%，从203年的27.85 MtCO₂e降至2060年的1.57 MtCO₂e，回收部门（RCR）经济产出从450亿美元激增至3903亿美元（图2a,b）。中国在维持制造主导地位的同时实现排放与经济增长脱钩，其LZJ排放从9.84 Mt降至0.56 Mt，而经济产出显著增长。

图 1. 全球锂离子电池供应链累计温室气体排放量和经济产出

图 2. 全球锂离子电池供应链的温室气体排放量和经济产出预测

【电池供应链未来趋势展望】

通过量化不同回收情景对温室气体排放的敏感性，研究发现基于当前政策趋势的“适度回收情景”在长期减排效果上表现最优（图3）。在SSP245路径下，尽管“激进情景”在2045年略优，但至2060年，“适度情景”净减排达5.48 MtCO₂e，而“激进情景”仅2.97 Mt。这一差异源于核心部门替代效应：适度情景推动NFP部门减排7.98 Mt，抵消了回收部门（RSN）1.69 Mt的排放增长。区域层面，中国在适度情景下实现净减排4.08 Mt，远超激进情景（2.08 Mt）；而日本-韩国等发达经济体边际收益递减，资源型经济体如锂三角国家甚至出现轻微排放上升（+0.01 Mt），表明单纯提高政策强度未必奏效。

图 3. 不同回收情景下的区域和部门排放变化

【区域协同减排效果评估】

在SSP245-适度回收基线基础上，评估了四种区域协同方案（图4）。消费者导向方案实现最高全球排放强度减排（2060年达16.30%），优于生产者导向（11.97%）和东亚导向（12.02%）方案。发达经济体受益显著，欧盟排放强度下降约8%，美国从3.00%降至9.99%。然而，所有方案均导致资源出口地区排放强度上升，如澳大利亚-新西兰从11.68%增至11.84%，锂三角国家从3.44%增至3.47%，形成“负担转移”现象。这凸显了单一逻辑协同方案可能引发区域间权衡，需进一步探索综合策略以优化整体效果。

图 4. 4种协调方案下区域温室气体排放强度变化情况

【定制化路径与区域影响分析】

研究系统评估了环境、技术与贸易三维度下的定制化循环经济策略（图5）。无跨境合作时，区域响应差异显著：制造型经济体如日本-韩国（减排20.94%）和中国（17.49%）对环境政策最敏感，而资源型国家如锂三角国家对贸易政策响应最强（减排11.79%）。引入跨境技术合作后，协同效应增强，例如全球技术合作结合区域政策（J020-R222）实现全球平均减排32.98%，美国、欧盟和东盟分别减排39.53%、37.10%和36.24%。在二维联合策略中，技术-贸易合作（J022-R222）效果最佳（全球平均减排35.87%），中国在此路径下减排42.35%。而美国（41.02%）、欧盟（38.50%）和日本-韩国（33.97%）在环境-技术合作（J220-R222）下实现最大减排。三维全整合策略进一步释放潜力，中国（J122-R222）、美国（J222-R222）和欧盟（J222-R222）分别减排43.31%、42.15%和40.13%，资源依赖型经济体如澳大利亚-新西兰和锂三角国家也实现24.46%和25.14%的减排。这表明，尽管双策略凸显区域差异，全面整合是实现深度脱碳的最优路径。

图 5. 2060年温室气体排放强度综合循环经济战略分析

【研究启示与未来展望】

本研究通过LCCGE模型揭示了锂离子电池供应链中经济价值与环境影响的错配，并指出单纯依赖回收或局部政策难以解决根本矛盾。未来脱碳需构建综合多层次框架，融合国际合作、经济可行性与区域差异化策略：先进经济体应率先实施全面政策，新兴枢纽则聚焦技术分阶段路线。关键在于建立统一大数据平台与全供应链生命周期碳足迹标准，以推动技术转移、消费基碳核算等公平治理机制。本文不仅为供应链脱碳提供了科学蓝图，也为协调全球效率与区域公平之间的权衡提供了可行路径。

来源：高分子科学前沿

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