□編譯/蘇鴻英/

再生鋁板在汽車制造中的運(yùn)用Recycled A lum inum Use in Automotive Industry

□編譯/蘇鴻英/

應(yīng)該說，現(xiàn)在是鋁強(qiáng)化低碳汽車的時(shí)代，而可以成批量生產(chǎn)的、又買得起的鋁強(qiáng)化低碳汽車，都是傳統(tǒng)型汽車。它們的沖壓板部件都是由特鋼制成。由于各種優(yōu)良的特性，鋁合金板被理所當(dāng)然地認(rèn)為是替代優(yōu)質(zhì)鋼板的材料，應(yīng)用于汽車的制造。

為了保持與特鋼在成本和能源方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，鋁合金板必須通過閉環(huán)回收或者通過消費(fèi)廢料加工等方式。主要的問題在于：通過回收廢料來加工鋁板，由于其性能匹配原來的金屬制品的性能，是否能達(dá)到汽車用鋁合金板的性能要求是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。可最大限度的采用回收加工廢料也是很重要的，因?yàn)榭梢宰畲笙薅鹊墓?jié)約成本，以及簡(jiǎn)化后續(xù)的能源、環(huán)保等方面的支出問題。

英國(guó)的汽車工業(yè)

英國(guó)汽車工業(yè)是英國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，產(chǎn)值為520億英鎊。汽車工業(yè)員工人數(shù)達(dá)82萬人，出口終端商品價(jià)值為89億英鎊/年，為英國(guó)經(jīng)濟(jì)價(jià)值增長(zhǎng)貢獻(xiàn)達(dá)到100億英鎊/年。然而，英國(guó)汽車工業(yè)也面臨著極大的挑戰(zhàn)，因?yàn)?008年英國(guó)公路運(yùn)輸釋放二氧化碳1.32億噸，占英國(guó)二氧化碳年排放量的19%，環(huán)境問題不容忽視。另外，英國(guó)汽車制造業(yè)在參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，也面臨來自新興國(guó)家（如印度、俄羅斯、巴西）的重要威脅。

在過去10年中，英國(guó)汽車工業(yè)就業(yè)人數(shù)的下降與國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈短缺也非常明顯。英國(guó)政府曾承諾：到2030年，從公路運(yùn)輸方面減少二氧化碳排放的60%，歐盟也要求：到2015年，使用壽命到期的汽車回收和在次利用數(shù)量達(dá)到95%。解決目前所面臨的挑戰(zhàn)，一個(gè)重要途徑就是低碳汽車的開發(fā)和制造。這在新成立的汽車創(chuàng)新和開發(fā)小組（NAITG）所提交的“英國(guó)汽車前景和規(guī)劃報(bào)告”中已經(jīng)明確加以說明。在英國(guó)汽車動(dòng)力工業(yè)是非常活躍的，對(duì)于提高就業(yè)，繁榮經(jīng)濟(jì)有著持續(xù)的影響力。開發(fā)和制造廣受歡迎的低碳汽車的方案是符合全球趨勢(shì)的，更重要的是這一方案制造的低碳汽車價(jià)格低廉，并且能大批量生產(chǎn)。

汽車輕量化

汽車輕量化是改善燃料經(jīng)濟(jì)性和減少二氧化碳排放的最有效途徑。汽車每行駛1千米的二氧化碳排放量和汽車控制重量呈線性關(guān)系，研究表明，汽車重量每減輕10%，可以提高燃料利用率的6%~8%。

在溫室效應(yīng)方面，每減輕汽車重量的100KG，可以在整個(gè)汽車使用壽命里的行駛期間減少二氧化碳排放的12.5g/Km。除了原來的這些優(yōu)勢(shì)外，汽車輕量化降低了制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力需求，這為采用較小的發(fā)動(dòng)機(jī)和較小的變速器和制動(dòng)系統(tǒng)的二次重量的減輕提供了機(jī)會(huì)。進(jìn)而言之，如果采用合適的技術(shù)，不受規(guī)格、功能和汽車級(jí)別的影響，可以實(shí)現(xiàn)汽車減重。相似的重量減輕優(yōu)勢(shì)還在動(dòng)力復(fù)合型（HVS）汽車上展示出來。對(duì)于電動(dòng)車重量減輕和原來比較優(yōu)勢(shì)是較低的，重量指標(biāo)需符合汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本的綜合要求。

汽車減重

汽車減重的途徑包括采用先進(jìn)的材料和重量最佳化的汽車設(shè)計(jì)，汽車的主要系統(tǒng)之一是車體（或白車體），其占到汽車總重量的約四分之一，是汽車的核心結(jié)構(gòu)和框架。

車體對(duì)于汽車是如此重要，它是汽車重量可減輕的唯一部分。

許多年來，汽車車體用材已從木材，鑄鐵和鋼向高強(qiáng)度鋼（HSS）先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼（AHSS），向鋁、鎂和聚合物基材的復(fù)合材料（PMNS）的方向轉(zhuǎn)移。

在2000年至2005年之間，汽車用鋁增長(zhǎng)37%，聚合物基復(fù)合材料增長(zhǎng)38%，汽車用鎂增長(zhǎng)150%，在汽車減重方面全球已經(jīng)有接近30個(gè)主要研究開發(fā)計(jì)劃。和鋼結(jié)構(gòu)相比，由汽車鋼合作伙伴關(guān)系組織提供的高強(qiáng)度鋼強(qiáng)化車體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)重量減輕20%~30%。在JAQUAR XJ車型，奧迪A8和A2車型上采用鋁強(qiáng)化車體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)汽車重量減輕30%~40%，采用多種材料車體結(jié)構(gòu)汽車減輕重量為42%，超過鋁37%，鎂30%和聚合物基材復(fù)合材料車體結(jié)構(gòu)21%。

然而與鋼鐵相比，采用先進(jìn)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料使汽車制造成本不斷增加，這就使汽車制造商對(duì)新材料望而卻步。這類材料局限用于高性能和高價(jià)汽車使用，而投入較少，進(jìn)入到大批量生產(chǎn)的汽車卻很難普及。幾乎全球所有低碳汽車（LCV）計(jì)劃中都沒有考慮到材料的回收，沒有在從原材料制造的汽車使用階段集中關(guān)注二氧化碳排放。

原始結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)所需能源總要比二次再加工（回收）材料生產(chǎn)所需的能源多得多。例如，采用原鋁加工路線的每千克鋁平均釋放9.7Kg二氧化碳，而1Kg再生鋁僅排放0.6Kg二氧化碳，詳細(xì)的生命周期分析已表明：原鋁強(qiáng)化汽車和鋼結(jié)構(gòu)汽車相比僅僅能超過2萬千米之后才能節(jié)省能源，而再生鋁強(qiáng)化汽車從汽車投入使用時(shí)就能節(jié)省能源。還有非常重要的是原鋁的碳排放負(fù)擔(dān)取決于冶煉所用的電力資源，可以通過水電或者核電作為電力資源。

海德魯鋁業(yè)集團(tuán)最近聲稱：挪威原鋁產(chǎn)量（74萬噸/年）低于2Kg二氧化碳/Kg鋁，碳的進(jìn)一步下降需要采用或者非消耗陽(yáng)極(不是碳制成）和或者在電解鋁廠捕捉碳。

開環(huán)或閉環(huán)

廢鋁回收可以是開環(huán)（O p e n Loop）也可以是閉環(huán)（Closed Loop）。開環(huán)是指一個(gè)廢料回收進(jìn)入一個(gè)新產(chǎn)品或材料內(nèi)在性能發(fā)生改變的系統(tǒng)，閉環(huán)回收適合于回收的產(chǎn)品用來生產(chǎn)一樣的產(chǎn)品或者材料性能沒有發(fā)生改變。

目前，報(bào)廢車輛的回收是開環(huán)，因?yàn)閳?bào)廢車輛包括一些有限的拆卸，危險(xiǎn)材料的去除，通過機(jī)械破碎來生產(chǎn)混合廢料，然后采用空氣分級(jí)來去除汽車破碎殘?jiān)?，磁法分離鋼，渦流分離去除有色金屬，也可采用浮選法分離有色金屬。

汽車的機(jī)械破除僅僅用時(shí)15秒，但是材料損耗高，通常降低了回收材料的質(zhì)量。破碎從本質(zhì)上限制了報(bào)廢車輛材料的閉環(huán)回收，對(duì)于鋁主要問題是最終回收廢料是同時(shí)混雜有可鍛鋁合金和鑄造鋁合金的混合物，這只適合加工二次鑄造鋁合金，而不適合用來加工汽車結(jié)構(gòu)件。

目前，汽車所用全部鑄造結(jié)構(gòu)件都采用原鋁為材料，是汽車鋁結(jié)構(gòu)件中價(jià)格最貴的部件。

盡管對(duì)于材料回收的社會(huì)態(tài)度正在發(fā)生改變，從一個(gè)國(guó)家和全球來看，報(bào)廢車輛的潛在積聚正在持續(xù)增大，已有預(yù)測(cè)，到2030年全球汽車數(shù)量將達(dá)到150億輛，在2007年到2030年之間汽車報(bào)廢產(chǎn)生的廢料將達(dá)36.5億噸。

重要的是采用了控制拆卸而不是破碎從報(bào)廢車輛來回收材料。盡量要求為便于拆卸來設(shè)計(jì)汽車，要求按公共政策來做出重大改變，如何用符合法規(guī)的方法來處置報(bào)廢汽車。簡(jiǎn)單的說，汽車制造商或者汽車破碎廠應(yīng)當(dāng)逐步進(jìn)入拆解廠行列，以此來解決這一重要的低碳材料在將來汽車制造中的使用問題。

飲料罐

英國(guó)擁有由諾威利斯集團(tuán)在萊次福德（Latchtord)運(yùn)行的歐盟居領(lǐng)先地位的廢鋁飲料罐回收廠，英國(guó)每年消費(fèi)約67億個(gè)鋁飲料罐，目前英國(guó)廢鋁罐回收率為52%，而歐盟廢鋁回收率平均為70%，這表明可供回收的廢鋁罐最多為4.5萬噸/年，其中有3萬噸進(jìn)入諾威利斯集團(tuán)的廢鋁罐回收廠，剩余的進(jìn)入其它二次冶煉廠或最終出口到歐盟以外的地方來回收再生。

諾威利斯集團(tuán)在萊次福德的工廠加工約14萬噸/年廢鋁罐，剩余的廢料從歐盟國(guó)家進(jìn)口，廢鋁罐回收率通常由工廠可以去涂層能力和鑄造能力所決定的，例如萊次福德的工廠和全球相類似的工廠，從全球講，仍然有相當(dāng)比例的廢鋁罐回填土地，有超過一萬億個(gè)鋁罐在美國(guó)被回填土地，在英國(guó)估計(jì)每年有30億個(gè)罐沒有回收來制罐，這是可回收鋁的一個(gè)重大損失。

Jaguar land Rover (JLR)車型是英國(guó)一家鋁強(qiáng)化汽車制造商生產(chǎn)的車型，汽車結(jié)構(gòu)件有60%采用AA5754鋁合金板，這一合金可以采用回收廢料生產(chǎn)。

Jaguar land Rover (JLR)車型是引領(lǐng)一個(gè)TSB支持項(xiàng)目， Realcar (再生鋁汽車）目標(biāo)是采用75%的再生鋁來生產(chǎn)AA5754鋁合金板（再生鋁的構(gòu)成是50%的工藝廢料和25%后消費(fèi)廢料）。

Jaguar land Rover 車型正考慮用以合金制造商的鋁廢料用以制造汽車的可能性，采用連續(xù)鑄造來提高雜質(zhì)公差。目前損失在回填土地的廢鋁罐4.5萬噸，用于二次鑄造合金所用或成為混合廢料1.5萬噸。出口的廢鋁罐則是AA5754鋁合金板材生產(chǎn)的高質(zhì)量合金化廢料的重要原料。從較長(zhǎng)的時(shí)期來看，汽車制造的鋁板采用拆卸的汽車或可能采用破碎分解汽車的鋁廢料，如果可提供低成本的分離技術(shù)的話，這對(duì)于買得起批量生產(chǎn)低碳汽車制造商來講使鋁板成本比鋼板成本更具有競(jìng)爭(zhēng)力。