《Journal of Cleaner Production》：Emission reduction optimization of recycling pathways for retired photovoltaic modules in China: A coupled model of life cycle assessment and evolutionary game theory
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雙碳目標下中國退役光伏板回收路徑碳減排與策略互動研究，開發LCA-EGT耦合模型分析機械回收、熱回收（有無玻璃回收）、化學回收及全回收四種技術路線的碳排放、成本及減排潛力，發現全回收技術減排潛力最大但過程排放較高，機械回收排放最低但減排有限，政策需強化補貼（0.28-0.38）和懲罰機制（≥0.32）。
徐 Zhu | 李一辰 | 張月 | 孫圓圓 | 徐文 | 白璐
中國環境科學研究院環境標準與風險評估國家重點實驗室，北京，100012，中國
摘要
為了支持中國的雙碳目標并應對退役光伏組件的回收挑戰，本研究開發了一個結合生命周期評估（Life Cycle Assessment）與進化博弈論（Evolutionary Game Theory）的模型。以1噸退役光伏組件作為功能單位，選取了具有代表性的回收途徑和中國企業的活動數據。回收系統包括四個階段：拆卸、運輸、處理和材料再生，涵蓋了五種主要技術：機械回收、不回收玻璃的熱回收、回收90%完整玻璃和10%碎玻璃的熱回收、化學回收以及全回收的生命周期終結處理（Full Recovery End-of-Life Photovoltaic）。生命周期評估全面評估了這些技術的碳排放、成本和減排潛力。在碳政策情景下，進化博弈論模擬了政府、制造商和回收商之間的戰略互動，整合系統動態以分析進化穩定性，并對關鍵參數進行了敏感性分析。結果顯示，不同技術在碳排放和減排潛力方面存在顯著差異。機械回收的工藝排放最低（702.2公斤二氧化碳/噸），但減排潛力有限（-4612公斤二氧化碳/噸）；而全回收的生命周期終結處理技術排放較高（1113公斤二氧化碳/噸），但減排效果最佳（-5694公斤二氧化碳/噸）。處理成本和設備折舊占總回收成本的50%以上。進化博弈論確定了初始均衡狀態E6（1, 0, 1），并指出回收商補貼（0.28–0.38）和懲罰強度（≥0.32）是影響行為演變的關鍵因素。促進高效回收、加強碳市場機制和擴大大規模回收能力對中國光伏回收的低碳轉型至關重要。本研究為可持續的光伏廢棄物管理提供了理論和政策啟示。
引言
為了加速能源結構的低碳轉型并實現“雙碳”目標，中國不斷擴展其可再生能源組合。在各種可再生能源中，光伏發電因其豐富的資源稟賦和高轉換效率而成為能源轉型的核心支柱。自2009年以來，中國的累計光伏裝機容量呈爆炸性增長，到2023年已超過600吉瓦，約占全球總量的45%，為能源系統的脫碳提供了重要支持（Yin等人，2025年）。然而，光伏組件的典型使用壽命約為25-30年（Akinyele等人，2017年；Kim和Jeong，2016年；Tao和Yu，2015年），氣候條件、組件質量以及運行和維護性能等因素可能導致部分組件提前報廢（Wang等人，2014年）。預計中國將在2030年左右進入光伏廢棄物產生快速增長階段，到2041年退役組件的總容量將達到126.37吉瓦——約631萬噸（Z. Wang等人，2025年）。光伏組件生命周期終結時的大規模處理和負面外部性對環境管理和資源回收提出了雙重挑戰。
第一代晶體硅光伏組件在壽命結束時含有鋁（Al）、銅（Cu）、銀（Ag）和硅（Si）等有價值的金屬，以及鉛（Pb）、鎘（Cd）和鉻（Cr）等有毒重金屬。如果這些廢棄組件被不當填埋或焚燒，將有價值的金屬流失，導致資源浪費，同時有害物質可能滲入土壤和地下水，對生態系統和人類健康構成嚴重風險（Salim等人，2019年）。令人擔憂的是，目前全球僅有約10%的光伏組件得到回收或再利用，大部分仍被丟棄或填埋（Li等人，2022年；J. Wang等人，2024年）。回收退役光伏組件可以顯著減少對初級金屬礦開采的依賴，緩解資源枯竭，并促進光伏行業內原材料的高效循環（A?k?n等人，2023年）。同時，回收有助于整個光伏價值鏈的溫室氣體排放大幅減少（Sim等人，2023年），是推動光伏行業可持續發展的關鍵措施。
目前，光伏組件生命周期終結時的主流回收技術包括機械回收（MR）、熱回收（TR）和化學回收（CR）（Granata等人，2022年）。對這些方法的比較分析有助于確定光伏組件的最佳綠色回收路徑。為了評估不同減排路徑的可行性，以往的研究采用了生命周期評估（LCA）方法來量化從組件拆卸到材料再生的各種回收技術的環境影響，特別關注碳排放（Tian等人，2021年）。與此同時，中國的光伏回收政策仍處于起步階段，可持續的回收系統尚未建立。碳交易、財政補貼和其他激勵機制的監管框架仍在發展中。盡管關于光伏回收的研究有限，但廢物電氣和電子設備（WEEE）（Wang等人，2020年）、廢舊動力電池（Li等人，2024年；Wang等人，2024年；Xia等人，2023年）以及逆向供應鏈建設（Tong等人，2019年）的類似實踐可以為建立有效的光伏回收系統提供寶貴參考。建立這樣的系統涉及多個利益相關者，包括政府、制造商和回收商，其戰略互動可以通過進化博弈論（EGT）有效分析。
然而，大多數生命周期評估研究僅關注環境影響，未納入碳政策的影響或多智能體策略的動態演變。同樣，現有的進化博弈論研究往往強調行為互動，而忽視了技術減排潛力在回收商戰略選擇中的作用，以及碳交易機制對低碳技術采用的影響。因此，尚缺乏一個系統性的模型來發展中國的光伏回收系統。
本研究的主要貢獻如下。首先，在現有研究的基礎上，開發了一個適用于多種回收技術的綜合生命周期評估模塊，能夠統一核算拆卸、運輸、處理和材料再生階段的碳排放和成本績效。該模塊提高了不同回收路徑之間的可比性，并有助于識別關鍵排放熱點和潛在的減排機會。其次，構建了一個三方非對稱的進化博弈論模型，以描述在碳政策監管和協同創新動態下政府、光伏制造商和回收商之間的戰略互動。第三，為了通過光伏組件回收實現減排目標，本研究將回收技術的環境績效與多個利益相關者的戰略行為定量耦合。它創新地將來自生命周期評估的環境和經濟指標嵌入進化博弈的收益函數中，從而解決了現有研究中技術效益與行為機制之間的脫節問題。最后，進行了敏感性分析以識別關鍵參數（如補貼強度）的影響，并據此提出了差異化的政策建議。
本研究的結構如下：第2節介紹文獻綜述；第3節介紹研究方法；第4節討論數據分析和結果；第5節呈現論文結論。
研究片段
光伏組件回收技術和生命周期評估的研究進展
以往關于光伏組件生命周期的研究主要集中在生產和制造階段，而生命周期終結（EoL）回收階段受到的關注相對較少——通常僅在“從搖籃到墳墓”的系統邊界內簡要提及（Hou等人，2016年；Wang等人，2024年）。值得注意的是，隨著近年來光伏廢棄物的快速增長，國內外關于回收過程的研究顯著增加。在實踐中，光伏組件的生命周期終結...
生命周期評估（LCA）和進化博弈論（EGT）框架
本研究開發的結合生命周期評估（LCA）與進化博弈論（EGT）的分析模型如圖1所示。按照“技術量化 – 戰略分析 – 實際實施”的邏輯順序，該框架使用五種顏色編碼的模塊來明確每個功能組件的位置和內容。在研究方法方面，使用了SimaPro 9.0軟件進行生命周期評估，以計算碳足跡。
碳排放和成本核算
圖3展示了五種光伏組件回收技術（S1–S5）在四個生命周期階段的碳排放情況。總體而言，各技術之間的碳排放存在顯著差異，主要集中在處理和再生階段。S2（1149公斤二氧化碳）和S5（1113公斤二氧化碳）的總排放量最高，表明熱回收過程由于高溫裂解和副產品產生大量能源消耗和碳排放。
結論
本研究開發了一個結合生命周期評估（LCA）與進化博弈論（EGT）的模型，系統評估了中國五種退役光伏組件回收技術的碳排放、成本效率和減排潛力，并揭示了在碳政策情景下三個利益相關者之間的戰略互動機制和系統演變路徑。主要結論如下：
(1)不同光伏回收技術之間存在顯著的環境-經濟差異。生命周期評估結果表明...
CRediT作者貢獻聲明
徐 Zhu：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿，方法論，資金獲取，正式分析，數據管理，概念化。
李一辰：資源獲取，方法論，調查。
張月：監督，資金獲取。
孫圓圓：可視化，驗證。
徐文：資源獲取，項目管理。
白璐：撰寫 – 審稿與編輯，撰寫 – 原稿，監督，概念化。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的競爭性財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本工作得到了國家重點研發計劃項目（2024YFC3909805）的支持。
