王 強(qiáng)，齊曉杰，王云龍，姜 莉，王國(guó)田

(1. 黑龍江工程學(xué)院 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050； 2. 清華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，北京100084)

0 引 言

近年來(lái)，隨著建筑施工行業(yè)的迅速發(fā)展，在土石方礦山區(qū)等場(chǎng)所大量使用工程車(chē)輛，導(dǎo)致輪胎的消耗量十分巨大，頻換更換輪胎所產(chǎn)生的費(fèi)用占據(jù)礦采費(fèi)用的20%～30%[1]。工程車(chē)輛經(jīng)常工作在較惡劣的環(huán)境，因此要求輪胎具有較強(qiáng)的耐磨損及耐切割性能。劉峰[2]、宋國(guó)星[3]研究表明：崩花掉塊、胎面脫層等失效損壞占據(jù)總失效損壞的93%，而輪胎胎體還有較大的繼續(xù)使用的價(jià)值。輪胎翻新被國(guó)際上普遍認(rèn)為是有效節(jié)約橡膠原材料、減少?gòu)U舊輪胎“黑色污染”的最有效途徑[4,5]。通常，如果對(duì)輪胎及時(shí)進(jìn)行有效的保養(yǎng)，其可進(jìn)行多次翻新再利用(鋼絲子午線輪胎翻新次數(shù)可達(dá)3～6次、簾線斜交輪胎可達(dá)2～3次)。然而，目前國(guó)內(nèi)輪胎翻新的次數(shù)極少，往往翻新1次就被報(bào)廢。從使用壽命角度來(lái)看，如果翻新質(zhì)量較好，翻新輪胎的使用壽命能夠接近新輪胎，甚至其使用壽命及安全性高于新輪胎；從制造成本角度來(lái)看，翻新一條工程輪胎所使用的橡膠消耗量?jī)H為生產(chǎn)一條新輪胎的20%左右，其銷(xiāo)售價(jià)格通常為新輪胎的50%左右，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著[6,7]。但是，工程輪胎翻新對(duì)社會(huì)、企業(yè)等經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生的影響，目前還缺乏系統(tǒng)性、針對(duì)性以及定量分析與評(píng)價(jià)。為此，筆者基于生命周期理論，構(gòu)建工程翻新輪胎成本分析模型、利潤(rùn)分析模型，提出經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行工程輪胎一次普通翻新、石墨烯增強(qiáng)體增強(qiáng)翻新、機(jī)械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、燃燒發(fā)電等再利用階段成本-利潤(rùn)的分析與評(píng)價(jià)，為輪胎翻新行業(yè)政策的制定提供一定的理論依據(jù)。

1 工程翻新輪胎生命周期系統(tǒng)

工程翻新輪胎生命周期系統(tǒng)可用圖1來(lái)描述，共劃分為翻新輪胎生產(chǎn)、翻新輪胎運(yùn)輸、翻新輪胎使用及翻新輪胎再利用等4個(gè)主要階段，同時(shí)在翻新輪胎再利用階段又被劃分為二次翻新、機(jī)械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解及燃燒發(fā)電等5種方式。翻新輪胎的每個(gè)階段均會(huì)消耗一定的成本，而再利用階段還會(huì)產(chǎn)生新的利潤(rùn)。

圖1 工程翻新輪胎生命周期系統(tǒng)

2 基于生命周期的工程翻新輪胎經(jīng)濟(jì) 性模型

工程翻新輪胎生命周期經(jīng)濟(jì)性模型主要包括成本分析模型、利潤(rùn)分析模型及環(huán)境成本-環(huán)境利潤(rùn)模型，它們是對(duì)一條工程翻新輪胎在其整個(gè)生命周期過(guò)程中與其系統(tǒng)外部發(fā)生的所有經(jīng)濟(jì)行為進(jìn)行的描述和評(píng)價(jià)[8-10]。

2.1 成本分析模型

工程翻新輪胎生命周期成本主要包括加和各單元過(guò)程中使用/消耗的各種原材料成本和各種資源成本。其中各種原材料成本等于各種原材料的單耗rmij及其對(duì)應(yīng)單價(jià)Pmij的乘積，各種資源成本等于水、電、煤、天然氣等單耗reij及其對(duì)應(yīng)單價(jià)Puij的乘積。成本按照式(1)計(jì)算：

(1)

式中：LSAi為勞動(dòng)力、供應(yīng)商及管理成本；DEi為固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用；SCi為銷(xiāo)售成本。

2.2 利潤(rùn)分析模型

與成本分析模型不同，工程翻新輪胎生命周期利潤(rùn) = 生命周期利益 - 生命周期成本。由于工程翻新輪胎只有生產(chǎn)階段和再利用階段有產(chǎn)品銷(xiāo)售，因此利潤(rùn)只發(fā)生在這兩個(gè)階段，按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：ECi為階段i的成本；Tij為各階段產(chǎn)生各種產(chǎn)品的產(chǎn)量；upij為各種產(chǎn)品的單價(jià)。

2.3 環(huán)境成本-環(huán)境利潤(rùn)模型

工程翻新輪胎生命周期成本還包括環(huán)境成本，生命周期利潤(rùn)還包括環(huán)境利潤(rùn)。

2.3.1 環(huán)境成本

環(huán)境成本即對(duì)環(huán)境造成的損失，主要是CO2排放造成的溫室效應(yīng)，包括：加和各單元過(guò)程中使用的原材料、各種資源等所直接或間接消耗化石能源而排放的CO2。其中各種原材料環(huán)境成本等于各種原材料的單耗rmij與所排放CO2造成環(huán)境損失ELij的乘積，各種資源環(huán)境成本等于水、電、煤、天然氣等單耗reij與所排放造成環(huán)境損失ELij的乘積；根據(jù)美國(guó)國(guó)會(huì)預(yù)算辦公室(CBO)數(shù)據(jù)[11]，CO2排放費(fèi)用大約為46USD/t(折合人民幣308元/t)。環(huán)境成本按式(3)計(jì)算：

(3)

2.3.2 環(huán)境利潤(rùn)

環(huán)境利潤(rùn)即對(duì)環(huán)境帶來(lái)的益處，主要是工程翻新輪胎再利用階段產(chǎn)生的產(chǎn)品作為可再利用的能源在工業(yè)生產(chǎn)中重新得到循環(huán)使用而實(shí)現(xiàn)的CO2減排量，包括：加和生產(chǎn)相同的再利用階段各產(chǎn)品所產(chǎn)生的CO2排放費(fèi)用。環(huán)境利潤(rùn)按式(4)計(jì)算：

(4)

式中：Tij為再利用階段各種產(chǎn)品的產(chǎn)量；CECi為對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的碳排放系數(shù)；PCi為CO2排放費(fèi)用。

2.4 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

在評(píng)估工程翻新輪胎二次翻新、機(jī)械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解及燃燒發(fā)電等5種再利用階段的經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，為了表示不同再利用階段成本回收率的影響，可用利潤(rùn)成本比PCR作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，按式(5)計(jì)算：

(5)

3 工程輪胎成本-利潤(rùn)分析

以26.5R25工程輪胎為研究對(duì)象，1t為計(jì)量單位，使用壽命按1.5年、平均運(yùn)輸距離按5萬(wàn)km計(jì)算，所涉及的計(jì)算數(shù)據(jù)大部分來(lái)源于哈爾濱惠良汽車(chē)輪胎翻新有限公司和中國(guó)橡膠輪胎行業(yè)報(bào)告，部分?jǐn)?shù)據(jù)參考了伍英武[12]、楊蕾[13]、P.FERRO等[14]的研究結(jié)果，地理邊界為中國(guó)東北地區(qū)，時(shí)間邊界為 2016年8月—2018年8月，計(jì)算中所涉及的價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)源于哈爾濱惠良汽車(chē)輪胎翻新有限公司2018年1— 6月份實(shí)際市場(chǎng)價(jià)格的平均值。

工程輪胎生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段及使用階段的成本分析如表1、表2。機(jī)械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、能源化發(fā)電、一次普通翻新、石墨烯增強(qiáng)翻新等再利用階段的成本如表3，利潤(rùn)分析如表4。成本及利潤(rùn)分析清單反映了工程輪胎生命周期系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 工程輪胎生產(chǎn)階段成本

表2 工程輪胎運(yùn)輸階段及使用階段成本

表3 工程輪胎5種再利用方式成本

表4 工程輪胎5種再利用方式利潤(rùn)

4 工程輪胎成本-利潤(rùn)評(píng)價(jià)

工程輪胎成本-利潤(rùn)分析中不考慮廠房、設(shè)備及人工等成本。工程輪胎生命周期系統(tǒng)的成本及利潤(rùn)如表5。

表5 工程輪胎生命周期系統(tǒng)的成本及利潤(rùn)

由表5可以看出，工程輪胎生命周期的利潤(rùn)成本比關(guān)系為：石墨烯增強(qiáng)體增強(qiáng)翻新(64.7%)>一次普通翻新(50.1%)>燃燒分解(27.2%)>機(jī)械粉碎(22.4%)>低溫粉碎(8.2%)>燃燒發(fā)電(4.6%)，墨烯增強(qiáng)體增強(qiáng)翻新的利潤(rùn)成本比最大，為燃燒分解和機(jī)械粉碎的2～3倍、低溫粉碎的8倍、燃燒發(fā)電的15倍；一次普通翻新的利潤(rùn)成本比次之。研究表明：石墨烯增強(qiáng)體增強(qiáng)翻新是筆者所探討的幾種實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎再利用方式中經(jīng)濟(jì)效益最佳的方式，低溫粉碎和燃燒發(fā)電的利潤(rùn)成本比均較低，分別在10%及5%以下，從經(jīng)濟(jì)性角度，不建議采用這兩種方式來(lái)處理廢舊輪胎。

5 結(jié) 語(yǔ)

以生命周期評(píng)價(jià)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)構(gòu)建工程輪胎的成本分析模型、利潤(rùn)分析模型、環(huán)境成本-環(huán)境利潤(rùn)分析模型，提出了經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析和評(píng)價(jià)了工程輪胎生產(chǎn)階段、運(yùn)輸階段、使用階段及再利用階段成本-利潤(rùn)清單，獲得了工程輪胎生命周期的利潤(rùn)成本比關(guān)系為：石墨烯增強(qiáng)體增強(qiáng)翻新>一次普通翻新>燃燒分解>機(jī)械粉碎>低溫粉碎>燃燒發(fā)電，表明采用石墨烯增強(qiáng)體增強(qiáng)翻新再利用方式具有更大的經(jīng)濟(jì)效益，可作為未來(lái)輪胎翻新技術(shù)的一個(gè)發(fā)展途徑。