Varje år uppskattningsvis dör 1,2 miljoner kinesiska medborgare i förtid på grund av dålig luftkvalitet. Och folkhälsokonsekvenserna är särskilt allvarliga under extrema luftkvalitetshändelser, som ökända "Airpocalypse" vinterdisepisoder.

Ett team av Northwestern University-forskare undrade om en utbredd användning av elfordon (EV) kunde hjälpa Kina att undvika dessa dödliga händelser. Svaret? Det beror på.

I en ny studie, forskarna drog slutsatsen att luftkvaliteten och folkhälsofördelarna med elbilar – såväl som deras förmåga att minska koldioxidutsläppen – i Kina beror på vilken typ av transport som elektrifieras och elnätets sammansättning.

Studien publicerades idag (16 februari) i tidningen i februari 2021 Jordens framtid .

"En betydande del av Kinas el kommer för närvarande från förbränning av kol, som är en mycket kolintensiv kraftkälla, sade Jordan Schnell, studiens huvudförfattare. "När den koltunga kraften används för att ladda lätta fordon, koldioxidutsläppen minskar på grund av effektiviteten hos lätta elbilar. Tunga elfordon kräver betydligt mer energi, så vi ser en nettoökning av koldioxidutsläppen. Dock, även när kraft till tunga fordon helt och hållet kommer från koleldad el, vi ser fortfarande förbättringar av luftkvaliteten eftersom utsläppsminskningarna på väg uppväger vad kraftverken tillför. Utsläpp av fina partiklar, som är en huvudingrediens i dis, reduceras."

"Vi finner att för att uppnå nettofördelar från att använda tunga elbilar, den verkliga problematiken i Kinas infrastruktur ligger i dess kraftproduktionssektor. Det behövs ett större införande av utsläppsfri förnybar elproduktion, " sa Northwesterns Daniel Horton, studiens seniorförfattare. "För lätta fordon finns medfördelarna redan under den nuvarande infrastrukturen."

Horton är biträdande professor i jord- och planetvetenskap vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences. Vid tidpunkten för forskningen, Schnell var postdoktor i Hortons laboratorium. Han är nu forskare vid Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences vid University of Colorado i Boulder.

Föroreningar kommer från en mängd olika källor, både naturligt och mänskligt orsakat, och inkluderar utsläpp från transport- och kraftproduktionsanläggningar. Införandet av elbilar minskar utsläppen av luftföroreningar och växthusgaser från fordonsavgasrör, men den totala utsläppsbudgeten måste ta hänsyn till överföringen av utsläpp till de kraftverk som används för att ladda elbilsbatterier. Landsomfattande fordonsdistribution och energiförbrukning spelar också roller i övergripande utsläppsprofiler. Tunga jämfört med lätta fordon, till exempel, skiljer sig väsentligt, komplicerar nettoresultatet.

För att förena dessa komplicerande faktorer, forskarna kombinerade kemi-klimatmodellering med utsläpp, väder- och folkhälsodata. Forskarna undersökte luftkvaliteten och klimatfördelarna och avvägningarna av tunga mot lätta fordonsadoptioner med hjälp av meteorologiska förhållanden från en ökänd Airpocalypse-händelse i januari 2013. Till skillnad från tidigare EV-luftkvalitetsstudier som fokuserade på kronisk exponering, forskarna fokuserade på de akuta folkhälsoeffekterna av exponering för denna korta, men extremt farligt, dis händelse.

Forskarna upptäckte att adoption av elbilar kan ha en blygsam roll för att minska folkhälsobördan av enskilda Airpocalypse-händelser, med omfattningen beroende på vilken typ av fordon som elektrifierats. De fann också att förverkligandet av folkhälso- och klimatfördelar berodde på tillsatsen av utsläppsfri förnybar energi till elnätet.

Under den extrema föroreningsepisoden i januari 2013, giftigt dis hängde över stora delar av Kina, inklusive Pekings stora befolkningscentra, Tianjin och Hebei. Akut exponering för rekordhöga halter av fina partiklar och kvävedioxid ökade föroreningsrelaterade luftvägssjukdomar, hjärtsjukdomar och stroke, vilket forskarna uppskattar ledde till cirka 32, 000 förtida dödsfall och 14,7 miljarder dollar i sjukvårdskostnader.

För att bedöma konsekvenserna av EV -adoption, i ett modellsimuleringsscenario ersatte forskarna ungefär 40% av Kinas tunga fordon (t.ex. långdistanslastbilar och bussar) med elektrifierade versioner. Ett alternativt scenario simulerade utbytet av ungefär 40 % av Kinas lätta fordon med elektriska alternativ. Energin som behövs för att ladda elbilsbatterierna är likvärdig i båda scenarierna och kommer från elproduktionsanläggningar på nätet. Utsläpp av växthusgaser och luftföroreningar bestäms enligt batteriladdningsbelastning och kraftverksprofil.

Forskargruppen fann att elektrifiering av 40 % av tunga fordon konsekvent förbättrade luftkvaliteten – vilket undviker upp till 562 förtida dödsfall. Det gjorde det inte, dock, minska utsläppen av växthusgaser. Användning av lätta elbilar, å andra sidan, minskade koldioxidutsläppen med 2 megaton men hade mer blygsamma luftkvalitetsfördelar.

För att köra hem den här punkten, forskarna gav ytterligare en scenariojämförelse. När alla trafikutsläpp tas bort från evenemanget 2013, Förbättringar av luftkvaliteten leder till en minskning av den akuta för tidig dödligheten med 6 %. När alla utsläpp från kraftsektorn är borttagna, dock, den akuta för tidig dödligheten minskar med 24%.

"Övergripande, vi fann att EV-inducerade föroreningsförändringar och undvikande av förtida dödsfall var blygsamma för den extrema händelsen, "Sade Schnell." Men luftkvaliteten kommer att förbättras mer drastiskt när energiproduktionssektorn går bort från fossil eldad eld. "