《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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双碳目标下中国退役光伏板回收路径碳减排与策略互动研究，开发LCA-EGT耦合模型分析机械回收、热回收（有无玻璃回收）、化学回收及全回收四种技术路线的碳排放、成本及减排潜力，发现全回收技术减排潜力最大但过程排放较高，机械回收排放最低但减排有限，政策需强化补贴（0.28-0.38）和惩罚机制（≥0.32）。
徐 Zhu | 李一辰 | 张月 | 孙圆圆 | 徐文 | 白璐
中国环境科学研究院环境标准与风险评估国家重点实验室，北京，100012，中国
摘要
为了支持中国的双碳目标并应对退役光伏组件的回收挑战，本研究开发了一个结合生命周期评估（Life Cycle Assessment）与进化博弈论（Evolutionary Game Theory）的模型。以1吨退役光伏组件作为功能单位，选取了具有代表性的回收途径和中国企业的活动数据。回收系统包括四个阶段：拆卸、运输、处理和材料再生，涵盖了五种主要技术：机械回收、不回收玻璃的热回收、回收90%完整玻璃和10%碎玻璃的热回收、化学回收以及全回收的生命周期终结处理（Full Recovery End-of-Life Photovoltaic）。生命周期评估全面评估了这些技术的碳排放、成本和减排潜力。在碳政策情景下，进化博弈论模拟了政府、制造商和回收商之间的战略互动，整合系统动态以分析进化稳定性，并对关键参数进行了敏感性分析。结果显示，不同技术在碳排放和减排潜力方面存在显著差异。机械回收的工艺排放最低（702.2公斤二氧化碳/吨），但减排潜力有限（-4612公斤二氧化碳/吨）；而全回收的生命周期终结处理技术排放较高（1113公斤二氧化碳/吨），但减排效果最佳（-5694公斤二氧化碳/吨）。处理成本和设备折旧占总回收成本的50%以上。进化博弈论确定了初始均衡状态E6（1, 0, 1），并指出回收商补贴（0.28–0.38）和惩罚强度（≥0.32）是影响行为演变的关键因素。促进高效回收、加强碳市场机制和扩大大规模回收能力对中国光伏回收的低碳转型至关重要。本研究为可持续的光伏废弃物管理提供了理论和政策启示。
引言
为了加速能源结构的低碳转型并实现“双碳”目标，中国不断扩展其可再生能源组合。在各种可再生能源中，光伏发电因其丰富的资源禀赋和高转换效率而成为能源转型的核心支柱。自2009年以来，中国的累计光伏装机容量呈爆炸性增长，到2023年已超过600吉瓦，约占全球总量的45%，为能源系统的脱碳提供了重要支持（Yin等人，2025年）。然而，光伏组件的典型使用寿命约为25-30年（Akinyele等人，2017年；Kim和Jeong，2016年；Tao和Yu，2015年），气候条件、组件质量以及运行和维护性能等因素可能导致部分组件提前报废（Wang等人，2014年）。预计中国将在2030年左右进入光伏废弃物产生快速增长阶段，到2041年退役组件的总容量将达到126.37吉瓦——约631万吨（Z. Wang等人，2025年）。光伏组件生命周期终结时的大规模处理和负面外部性对环境管理和资源回收提出了双重挑战。
第一代晶体硅光伏组件在寿命结束时含有铝（Al）、铜（Cu）、银（Ag）和硅（Si）等有价值的金属，以及铅（Pb）、镉（Cd）和铬（Cr）等有毒重金属。如果这些废弃组件被不当填埋或焚烧，将有价值的金属流失，导致资源浪费，同时有害物质可能渗入土壤和地下水，对生态系统和人类健康构成严重风险（Salim等人，2019年）。令人担忧的是，目前全球仅有约10%的光伏组件得到回收或再利用，大部分仍被丢弃或填埋（Li等人，2022年；J. Wang等人，2024年）。回收退役光伏组件可以显著减少对初级金属矿开采的依赖，缓解资源枯竭，并促进光伏行业内原材料的高效循环（A?k?n等人，2023年）。同时，回收有助于整个光伏价值链的温室气体排放大幅减少（Sim等人，2023年），是推动光伏行业可持续发展的关键措施。
目前，光伏组件生命周期终结时的主流回收技术包括机械回收（MR）、热回收（TR）和化学回收（CR）（Granata等人，2022年）。对这些方法的比较分析有助于确定光伏组件的最佳绿色回收路径。为了评估不同减排路径的可行性，以往的研究采用了生命周期评估（LCA）方法来量化从组件拆卸到材料再生的各种回收技术的环境影响，特别关注碳排放（Tian等人，2021年）。与此同时，中国的光伏回收政策仍处于起步阶段，可持续的回收系统尚未建立。碳交易、财政补贴和其他激励机制的监管框架仍在发展中。尽管关于光伏回收的研究有限，但废物电气和电子设备（WEEE）（Wang等人，2020年）、废旧动力电池（Li等人，2024年；Wang等人，2024年；Xia等人，2023年）以及逆向供应链建设（Tong等人，2019年）的类似实践可以为建立有效的光伏回收系统提供宝贵参考。建立这样的系统涉及多个利益相关者，包括政府、制造商和回收商，其战略互动可以通过进化博弈论（EGT）有效分析。
然而，大多数生命周期评估研究仅关注环境影响，未纳入碳政策的影响或多智能体策略的动态演变。同样，现有的进化博弈论研究往往强调行为互动，而忽视了技术减排潜力在回收商战略选择中的作用，以及碳交易机制对低碳技术采用的影响。因此，尚缺乏一个系统性的模型来发展中国的光伏回收系统。
本研究的主要贡献如下。首先，在现有研究的基础上，开发了一个适用于多种回收技术的综合生命周期评估模块，能够统一核算拆卸、运输、处理和材料再生阶段的碳排放和成本绩效。该模块提高了不同回收路径之间的可比性，并有助于识别关键排放热点和潜在的减排机会。其次，构建了一个三方非对称的进化博弈论模型，以描述在碳政策监管和协同创新动态下政府、光伏制造商和回收商之间的战略互动。第三，为了通过光伏组件回收实现减排目标，本研究将回收技术的环境绩效与多个利益相关者的战略行为定量耦合。它创新地将来自生命周期评估的环境和经济指标嵌入进化博弈的收益函数中，从而解决了现有研究中技术效益与行为机制之间的脱节问题。最后，进行了敏感性分析以识别关键参数（如补贴强度）的影响，并据此提出了差异化的政策建议。
本研究的结构如下：第2节介绍文献综述；第3节介绍研究方法；第4节讨论数据分析和结果；第5节呈现论文结论。
研究片段
光伏组件回收技术和生命周期评估的研究进展
以往关于光伏组件生命周期的研究主要集中在生产和制造阶段，而生命周期终结（EoL）回收阶段受到的关注相对较少——通常仅在“从摇篮到坟墓”的系统边界内简要提及（Hou等人，2016年；Wang等人，2024年）。值得注意的是，随着近年来光伏废弃物的快速增长，国内外关于回收过程的研究显著增加。在实践中，光伏组件的生命周期终结...
生命周期评估（LCA）和进化博弈论（EGT）框架
本研究开发的结合生命周期评估（LCA）与进化博弈论（EGT）的分析模型如图1所示。按照“技术量化 – 战略分析 – 实际实施”的逻辑顺序，该框架使用五种颜色编码的模块来明确每个功能组件的位置和内容。在研究方法方面，使用了SimaPro 9.0软件进行生命周期评估，以计算碳足迹。
碳排放和成本核算
图3展示了五种光伏组件回收技术（S1–S5）在四个生命周期阶段的碳排放情况。总体而言，各技术之间的碳排放存在显著差异，主要集中在处理和再生阶段。S2（1149公斤二氧化碳）和S5（1113公斤二氧化碳）的总排放量最高，表明热回收过程由于高温裂解和副产品产生大量能源消耗和碳排放。
结论
本研究开发了一个结合生命周期评估（LCA）与进化博弈论（EGT）的模型，系统评估了中国五种退役光伏组件回收技术的碳排放、成本效率和减排潜力，并揭示了在碳政策情景下三个利益相关者之间的战略互动机制和系统演变路径。主要结论如下：
(1)不同光伏回收技术之间存在显著的环境-经济差异。生命周期评估结果表明...
CRediT作者贡献声明
徐 Zhu：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。
李一辰：资源获取，方法论，调查。
张月：监督，资金获取。
孙圆圆：可视化，验证。
徐文：资源获取，项目管理。
白璐：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了国家重点研发计划项目（2024YFC3909805）的支持。
