2025年10月23日，国际顶级学术期刊《Nature》发表了题为“A circular economy approach for the global lithium-ion battery supply chain”（全球锂离子电池供应链的循环经济分析）的研究论文。我院区域环境安全全国重点实验室黄国和院士作为通讯作者之一，与北京工业大学及中国科学院广州能源研究所等单位合作，系统揭示了全球锂离子电池供应链的碳排放机理，为实现碳中和目标下的新能源产业可持续发展提供了全新的理论框架和政策路径。

研究背景：全球能源转型的重要挑战

在全球碳中和目标驱动下，锂离子电池作为能源转型和交通电气化的核心技术，其市场规模正以前所未有的速度扩张。然而，这一“绿色产业”的背后，却隐藏着复杂的碳排放难题。从上游资源开采、中游材料精炼到下游电池制造以及循环利用，锂电池供应链地理上的高度分散性，不仅导致碳排放分布极度不均，也使得碳足迹核算与管控变得异常复杂，对全球协同减碳构成了严峻挑战。更为关键的是，现有研究多聚焦于特定回收阶段或局部经济系统，缺乏对政策调整、贸易动态和技术创新之间复杂交互关系的系统性分析。这种研究空白亟需一个能够捕获锂离子电池回收过程级细节与宏观经济模型动态联系的综合性战略框架，以制定全面且可持续的电池供应链深度脱碳策略。

 

图1：全球锂离子电池供应链2018-2022年累计经济产出与温室气体排放分析

核心创新：开创性的LCCGE模型

本研究的核心创新在于构建“锂循环可计算总体均衡模型（Lithium Cycle Computable General Equilibrium, LCCGE）”。LCCGE首次将生命周期评价的微观技术细节与可计算总体均衡模型的宏观经济动态相结合，实现了自下而上的生命周期分析与自上而下的宏观经济研究的完美集合。

LCCGE包含两大核心创新模块：

锂循环动态模块：该模块创造性地将供应链细分为五个关键部门—LIK（锂离子电池相关金属采矿）、NFP（精炼）、LZJ（正极材料）、SNT（二次有色金属处理）、RSN（再生有色金属制造），实现了从原材料开采到回收利用的全生命周期物料流动模拟，构建了真正意义上的"从摇篮到回收"闭环系统。

温室气体排放核算模块：该模块整合了能源相关活动的碳足迹追踪，基于McKinsey数据库和锂电池回收企业的实际工艺数据进行系统校准，确保了模型的产业代表性和准确性。

 

图2：全球锂电池供应链未来经济产出与温室气体排放趋势预测（2030-2060年）

重大发现：揭示“价值-排放悖论”

基于2018-2022年的数据分析，研究团队首次定量揭示了全球锂电池供应链中存在的显著“价值-排放悖论”：

• 上游采矿环节：贡献了38.52%的总排放量（217.08百万吨CO₂当量），却仅创造了18.78%的经济价值（316.31亿美元）

• 下游正极材料生产环节：以34.82%的排放，创造了42.56%的经济价值（716.69亿美元）

这一结构性失衡在资源丰富地区表现得尤为突出。例如，锂三角国家（阿根廷、玻利维亚、智利）产生了供应端12.09%的排放，却仅获得3.27%的经济收益，排放强度（单位经济产出的碳排放）高达0.124千克CO₂当量/美元，是全球平均水平的3.7倍。

 

图3：不同循环利用情景下的区域和部门排放变化分析

重要意义：为全球气候治理提供科学依据

本研究不仅揭示了锂离子电池供应链中存在的结构性问题，更通过创新性的建模方法和系统性的情景分析，为全球政策制定者提供了可操作的、分区域的脱碳策略蓝图。研究成果具以下意义：

理论创新：首创性地将生命周期思维与全球经济动态相融合，建立了LCCGE系统，为全球供应链的系统性分析提供了新的研究框架。

政策贡献：提出的“全球协同+区域定制”概念，为破解全球碳减排中的“效率与公平”难题提供了系统性解决方案，对推动消费端碳核算、促进技术转移、建立国际碳数据平台等具有重要参考价值。

实践指导：为各国根据自身在供应链中的角色而制定差异化减排策略提供了科学依据，并有助推动《巴黎协定》目标实现，促进全球能源转型。

 

图4：四种区域合作方案下的排放强度变化（2030-2060年）

 

我院区域环境安全全国重点实验室是我国环境科学领域的重要科研平台，长期致力于区域环境质量、生态安全和可持续发展等方向的基础理论与应用技术研究，在环境系统分析、气候变化应对、循环经济等领域形成了显著优势。

黄国和院士作为实验室学术带头人之一，领衔的能源与环境系统工程研究团队，在全球气候治理、能源系统转型、循环经济分析等方面取得了一系列突破性成果。团队依托国家自然科学基金创新研究群体与国家重点研发计划的支持，建立了资源与环境系统的随机模拟优化、总体均衡分析与多维风险管理方法体系，为国家和区域的低碳发展与环境管理战略的制定提供了科技支撑，并展现了北京师范大学环境学科在服务国家重大战略需求、解决全球性环境问题方面的核心竞争力。

 

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09617-4