近期，由香港科技大学（广州）功能枢纽可持续能源与环境学域助理教授、香港科技大学深港协同创新研究院特聘教授周跃宽带领的研究团队在电动汽车领域取得重大进展，研究成果已在科学期刊《自然-通讯》上发表。

周跃宽教授团队不仅创新性地开发了动力电池碳密度体系，还构想了一种前瞻性的未来社区模型，旨在实现“零碳电池”与“碳中和社区”的双重目标。在此基础上，团队未来将进一步致力于电动汽车的运行和调度策略探索，集中式可再生能源系统与电动汽车的交互，以及全国范围内的电动汽车运营策略的深入研究。

以下内容转载自：香港科技大学广州丨功能枢纽

想象一下，你置身于一个未来社区，这里没有电线交错的混乱，只有无形的能源互联网将车辆、建筑与电网紧密相连，实现能量的循环流动。这是一个自给自足、高效协作的绿色生活圈，电动汽车在这里不仅是一种交通工具，更是智能能源网的一部分。

在追求碳中和的征途上，电动汽车被寄予厚望。但电池背后暗藏的碳足迹问题却引发环保质疑。从电池原材料开采到生产，每一个环节都伴随着能源的消耗与温室气体的排放，形成了电动汽车行业难以回避的的“碳影子”。

该工作“An electricity-driven mobility circular economy with lifecycle carbon footprints for climate-adaptive carbon neutrality transformation”近期发表于《Nature Communications》。论文共同第一作者为博士生宋奥野和但昭辉；共同通讯作者为郑思倩博士和周跃宽教授。

周跃宽教授团队建立的动力电池碳密度体系，对动力电池产业链布局、容量管理与运维及限排指标（根据发达、发展中与落后国家/区域）制定具有深远影响。他们设计的未来社区，深度融入分布式、可再生与可持续能源理念，打造了一个多维度的“车到万物”（Vehicle-to-Everything, V2X）及社区建筑“自给自足”的能源互联网络。在这里，实现了车辆与建筑、电网及社区生态之间的能量交换与共享，极大地提升了能源利用效率与灵活性。

同时，社区内全面推行全生命周期电池循环经济体系，通过量化电池碳强度（Battery Carbon Intensity），为每一块电池贴上“绿色标签”，确保从生产到回收的每一个环节都遵循低碳、环保的原则。这一创新举措既为电动汽车产业的绿色发展提供了有力支撑，也为全球碳中和目标的实现开辟了一条可行路径。

01

电池碳中和：

实现电动汽车降碳的关键

长期以来，人们忽略了电动汽车一个事实：由于动力电池本身的碳密集性，由基于燃煤的电网充电的电动汽车（EV）的碳排放量将高于传统燃油汽车（ICEV）。

因此，如何降低动力电池隐含碳，甚至实现电池全寿命周期碳中和，是实现电动汽车降碳的关键。然而，传统研究往往侧重于在制造、运输和回收阶段实现动力电池的降碳，缺乏运营阶段调度策略的运用。

针对这一科学空白，团队在分布式能源社区，探索了以电动车为核心的“车-建筑-电网”能源交互和电池梯级利用对动力电池和电动汽车隐含碳的影响。研究结果表明，与依赖化石燃料发电厂的传统情景相比，在电池循环经济下构建的交互式能源共享和电动汽车电池梯次利用的区域社区可以在广州地区将电池碳强度从1625.01 kg CO2,e/kWh降低到-904.41 kg CO2,e/kWh，并实现2.12×105 US$的净现值。

进一步地，通过：1）建筑产消者中的分布式建筑一体化光伏（BIPV）和风力发电机；2）V2X 交互管理能源网络；3）梯次利用电动汽车电池；4）电网从传统煤炭升级为更清洁的电网，可以在大多数气候类型中将隐含碳和运营碳完全抵消，从而实现电池全生命周期零碳排放。

图示：（左上）智能可持续能源社区示意图；（右上）电池循环经济和电池碳强度示意图；（左下）中国五大气候区与系统所需参数；（右下）电池参与综合能源系统交互与建筑“产能-需求”曲线。

研究团队将在此研究基础上，进一步致力于电动汽车的运行和调度策略探索，集中式可再生能源系统与电动汽车的交互，以及全国范围内的电动汽车运营策略的深入研究。

周跃宽教授

| 在周跃宽教授看来：

人类的几次工业革命都与能源利用密切相关，能源是驱动整个社会正常运行的新鲜血液，而电池技术的进步将是决定可再生能源高效利用和碳排放的关键。

建立电池碳密度体系，为我国乃至全球对动力电池产业链布局、容量管理与运维及限排指标意义和影响深远。

02

交叉学科：

智慧低碳能源的基础

但昭辉（左）周跃宽教授（中）宋奥野（右）

研究团队表示，港科大（广州）提供的超级能源科技主题实验室（BEST Lab）、韧性零碳未来建筑实验室以及跨学科交流平台支持，对其在智慧能源和低碳技术领域的研究发挥着至关重要的作用。

“学校鼓励多元化的视角和创新性的解决方案，通过跨学科研究领域之间的合作，我们能实现从‘系统-部件-材料’的跨尺度研究。”

周跃宽

可持续能源与环境学域 助理教授

周跃宽博士，助理教授，香港科技大学（广州），功能枢纽, 可持续能源与环境学域，香港科技大学机械及航空航天工程学系附属助理教授，国家发改委2023年度“碳达峰碳中和”课题委托课题专家。2023年入围World’s Top 2% Scientists “终身科学影响力榜单”，连续两年入围World’s Top 2% Scientists “年度榜单”。国际能源会议CUE 2020最佳论文奖获得者，第二届华人能源与人工环境国际学术会议优秀博士奖获得者，优秀青年编委，国际科学组织Vebleo 协会会士（Vebleo fellow），北京能源与环境学会理事会理事，国际期刊Energy Reviews高影响力论文奖获得者。目前在Nature Communications, Cell Reports Physical Science，Energy & Environmental Science, Renewable & Sustainable Energy Reviews等国际顶尖期刊发表论文超过90篇，总引用量近4000次，H-index 40，6篇入选国际高被引论文(ESI 1%)，主编国际专著4部，参与国际专著重要章节7部。国际期刊Energy Reviews, Carbon Footprints, Cell子刊Nexus等编委。周博士的研究旨在通过清洁能源生产、节能系统设计和运行、智慧能源集成创新、人工智能预测和优化等技术，实现低碳建筑与可持续区域能源系统，缓解气候变化，实现建筑领域碳中和，研究涉及跨学科领域交叉融合，包括热力学、传热学、流体力学、可再生能源工程、能源经济学和人工智能等。主持多项省市级项目，参与财政部、国家发改委节能减排平台、财政部、发改委节能减排平台、国家科技部国际合作专项项目。