蔣波，周自強(qiáng)，龔云峰

(1.常熟理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇常熟215500；2.江蘇省高校機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常熟215500；3.江蘇華宏科技股份有限公司，江蘇無錫214423)

隨著我國汽車保有量的不斷增加，報(bào)廢汽車的拆解和回收已成為一個(gè)重要的社會問題，國家也陸續(xù)出臺了若干法律法規(guī)和相關(guān)規(guī)定。根據(jù)國家提出的建設(shè)“資源節(jié)約型”與“環(huán)境友好型”社會的戰(zhàn)略，對報(bào)廢汽車進(jìn)行回收用于再制造與再利用，對汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、保障交通安全、防治環(huán)境污染、提高資源再利用率與節(jié)能降耗都具有重要意義。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

2017年全球汽車銷量為9 360萬輛，我國汽車銷量占世界銷量的30%，汽車保有量已過2億輛。隨著保有量的增加廢舊汽車的數(shù)量也會增加，如何妥善地處理好這些廢舊車輛一直是世界各國關(guān)注的問題。國外的汽車行業(yè)相比中國而言起步早，因此也更早地遇到了汽車回收處理的問題。汽車回收業(yè)務(wù)幾乎是隨著汽車產(chǎn)業(yè)興起而來，其中汽車破碎類設(shè)備60年前開始應(yīng)用，汽車破碎物分選技術(shù)則在20年前開始普及[1]1。

1.1 國外現(xiàn)狀

1)歐盟

歐盟區(qū)的汽車回收情況(從立法、監(jiān)管到實(shí)際回收情況)是全球最完善的?！禘nd-of-Life Vehicle-2000/53/EC》即《歐盟報(bào)廢車輛指令》于2003年開始正式實(shí)施，到現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了7次修訂并多次進(jìn)行了補(bǔ)充，指令規(guī)定了必須處理的材料類型和處理方式。從指令頒布以來，其相關(guān)任務(wù)的完成是按目標(biāo)階段性的完成，據(jù)歐盟委員會數(shù)據(jù)中心2016年數(shù)據(jù)顯示，有81.8%的國家已經(jīng)完成指令目標(biāo)(未統(tǒng)計(jì)的國家不計(jì)入總數(shù))[2]。該指令規(guī)定了新生產(chǎn)車輛材料回收率和材料再利用率，采用政府授權(quán)認(rèn)證的方式進(jìn)行拆解廠的規(guī)劃建設(shè)，對認(rèn)證企業(yè)要求較高。因此歐盟各國汽車退役較早，部分廢舊汽車出口到東歐、西非等非歐盟國家。以德國為例，2015年德國退役汽車約300萬輛，大約200萬輛汽車作為二手車進(jìn)行出口[1，3]。

2)日本

日本于2002年頒布《報(bào)廢汽車回收利用法》并在2005年正式實(shí)施。立法之前日本汽車回收的一個(gè)難點(diǎn)和中國類似，一些人為了逃避汽車回收時(shí)的費(fèi)用將汽車遺棄或以其他方式處理。立法后對該類行為進(jìn)行處罰并要求立法前的車輛回收時(shí)繳納回收費(fèi)用，立法后的新車購買時(shí)即承擔(dān)再回收費(fèi)用，汽車銷售店負(fù)責(zé)回收[4]。

日本每年有400萬輛左右的車輛注銷，100萬輛左右作為二手車出口到緬甸等中亞國家，300萬輛左右的車輛被拆解，被遺棄車輛每年約幾千輛[5-6]。與歐盟區(qū)不同的是，日本的汽車拆解回收目標(biāo)是氯氟碳化合物、安全氣囊和車輛破碎物，只有少量的零件進(jìn)行回收翻新，整車暴力拆解后直接進(jìn)行破碎，再對車輛破碎物進(jìn)行分選，剩余少量廢棄物被填埋。

3)美國

美國沒有針對汽車回收專門進(jìn)行立法，但有較完備的環(huán)保法案對拆車行業(yè)進(jìn)行制約，2007年美國汽車行業(yè)制定了《未來報(bào)廢汽車回收利用指南》，針對汽車的回收利用率和材料再利用率設(shè)定了目標(biāo)。據(jù)美國車輛回收協(xié)會統(tǒng)計(jì)，美國和加拿大每年拆解回收報(bào)廢車輛約400萬輛，而美國每年的平均汽車退役數(shù)為1 260萬輛，美國汽車拆解行業(yè)2017年銷售額為320億美元，在全國各地有9 000多個(gè)拆解和回收站點(diǎn)，而且在沒有強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的情況下，美國的回收利用率和材料再利用率已達(dá)歐盟指令的目標(biāo)[7]。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

1)整體情況

根據(jù)全國汽車流通管理信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，2017年，全國689家報(bào)廢汽車回收拆解企業(yè)共回收報(bào)廢機(jī)動車174.2萬輛，同比下降3.2%。其中汽車147.2萬輛，同比下降7.6%；摩托車27萬輛，同比增長31%；截至2017年底全國獲得拆解資質(zhì)的企業(yè)數(shù)量689家，同比增長8.5%。隸屬回收網(wǎng)點(diǎn)則維持在2 300個(gè)左右，報(bào)廢汽車回收網(wǎng)點(diǎn)已覆蓋全國80%以上的縣級行政區(qū)域[8-9]。

2)回收方式

一般家用汽車重量為0.9到1.8 t之間，車輛報(bào)廢回收的價(jià)格為500元/t。在我國報(bào)廢汽車的主要責(zé)任人是個(gè)人，報(bào)廢流程一般為報(bào)廢汽車擁有者向公安機(jī)關(guān)辦理機(jī)動車報(bào)廢手續(xù)，然后自行交付給拆解公司或者由拆解公司上門托運(yùn)。報(bào)廢汽車回收企業(yè)是限制準(zhǔn)入企業(yè)，需要到商務(wù)部備案，一般每個(gè)縣級行政區(qū)最多只有一家汽車拆解公司。國內(nèi)的回收網(wǎng)點(diǎn)一般為報(bào)廢汽車登記點(diǎn)，并不承擔(dān)實(shí)際的回收任務(wù)，汽車回收的實(shí)際行為仍由拆解公司承擔(dān)。

3)回收情況

我國近10年來民用汽車擁有量、汽車注銷量以及拆解量見表1[10-12]。由表1中數(shù)據(jù)可知，我國汽車產(chǎn)業(yè)是逐年上升的，汽車注銷量和回收量基本上是逐年上升的[汽車注銷量=(當(dāng)年汽車擁有量-去年汽車擁有量)-國內(nèi)汽車銷售量]。每年汽車注銷比約3%左右，但注銷的汽車到正規(guī)拆車廠的拆除數(shù)量僅占30%左右(個(gè)別年份的注銷量和拆解量突增則是受國內(nèi)補(bǔ)貼政策的影響)，70%的汽車流向了個(gè)人作坊進(jìn)行拆解或者二手車“黑市”。私人拆解廠與受審批和監(jiān)管的正規(guī)拆解廠相比，無需考慮環(huán)保因素和有害物處理，還可以將法律強(qiáng)制報(bào)廢的五大總成直接進(jìn)行銷售。這種私人拆解廠無論是從回收價(jià)格還是處理成本上都對正規(guī)拆解廠形成了實(shí)際上的不正當(dāng)競爭，導(dǎo)致了不少正規(guī)汽車拆解企業(yè)“吃不飽”，急需法規(guī)對此進(jìn)行約束[13]。

表1 中國近10年汽車增長和處理情況

4)政策因素

政策對汽車拆解行業(yè)影響很大，我國針對汽車拆解在2001年和2006年出臺過兩部指導(dǎo)性的法律法規(guī)，但對報(bào)廢車輛處理責(zé)任主體敘述不明確，更多的是對汽車拆解廠的技術(shù)方面的要求。雖然國務(wù)院出臺了一些通知、技術(shù)規(guī)劃，但對市場影響不大。和國外的報(bào)廢汽車回收和拆解政策相比，歐盟、日本從立法的角度明確了責(zé)任人，避免了報(bào)廢汽車的流失和遺棄，保證了大部分報(bào)廢汽車都進(jìn)入正規(guī)的拆解廠；美國通過環(huán)保法的限制和高額處罰也較好地控制了報(bào)廢汽車的流向[14-17]。

5)其他現(xiàn)狀

在國內(nèi)由于政策原因報(bào)廢汽車的“五大總成”(發(fā)動機(jī)、方向機(jī)、變速器、前后橋、車架)是被禁止回收利用的，拆解后只能作為廢鐵處理，而在日本、美國等國則可以自由交易。國內(nèi)目前缺乏報(bào)廢汽車回收網(wǎng)絡(luò)和全國性的企業(yè)拆解零件管理平臺。

2 汽車拆解方式

報(bào)廢汽車拆解的一般流程為入庫統(tǒng)計(jì)檢查、預(yù)處理、汽車拆解、車殼壓縮破碎、破碎物分選、零件登記入庫等，定點(diǎn)式和流水線式拆解一般都按此種方式進(jìn)行拆解[18]。

2.1 定點(diǎn)式拆解

定點(diǎn)式拆解目前是國內(nèi)外拆解的主要方式。該類拆解一種是暴力式拆解，預(yù)處理后將車輛通過專用設(shè)備將發(fā)動機(jī)、變速器等從車體里拉扯出來，殘余車體直接放入破碎機(jī)進(jìn)行破碎、分選，這種方式主要針對殘余價(jià)值不高的報(bào)廢車輛。另一種是定點(diǎn)式精拆，按照拆解流程在一個(gè)或者幾個(gè)工位上完成一系列的拆解操作，車體在不同工位間的移動主要是通過叉車進(jìn)行搬運(yùn)。

如湖南萬容科技公司設(shè)計(jì)的定點(diǎn)式汽車拆解線，核心設(shè)備為報(bào)廢汽車升降翻轉(zhuǎn)一體機(jī)，有一站式和兩站式兩種方式，區(qū)別在于一站式需要承擔(dān)預(yù)處理和拆解兩種工作。預(yù)處理工作包括氟利昂提取、廢油液收集和安全氣囊引爆等工作。從安全和環(huán)保要求的角度考慮，兩站式更合理一些，但一站式成本更低，兩站式工位間的移動通過叉車進(jìn)行搬運(yùn)。日本的一些汽車拆解廠即采用此類拆解方式，但工位數(shù)有時(shí)會達(dá)到3個(gè)或4個(gè)，工位數(shù)一般由產(chǎn)線規(guī)模決定。圖1為澳大利亞墨爾本某拆車廠的定點(diǎn)式拆解現(xiàn)場圖[19]。

圖1 暴力式定點(diǎn)式拆解

2.2 流水線式拆解

流水線式拆解是比較新穎的拆解方式，國內(nèi)外都有該類型的拆解線，但相比定點(diǎn)式拆解目前國外應(yīng)用較少，其面對的是大批量的具有高利用價(jià)值的車輛。流水線式拆解的優(yōu)點(diǎn)在于大批量，按一定的工作節(jié)拍對報(bào)廢汽車進(jìn)行拆解，拆解工作主要依靠工人操作專用工具完成。其按工作方式分地面式、懸掛式、地空混合式；按布線形狀分有直線型、U型、O型。

2.2.1 地面式拆解線

地面式拆解線的運(yùn)輸方式有地拖鏈、鏈板機(jī)和地軌式3種。地拖鏈和鏈板機(jī)式拆解線一般為直線型布線，需要提前開挖地坑以便機(jī)器整體放入坑內(nèi)，拆解線運(yùn)輸帶和地面平齊。地軌式拆解線是在地面開挖兩條細(xì)鋼槽供平板車移動，可以通過設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)站點(diǎn)進(jìn)行角度切換從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的非直線型布局，轉(zhuǎn)送原理和火車換道類似。

大中型拆解廠都可采用此類地面式拆解線(年拆解3～5萬臺為中型，工位數(shù)10～15個(gè)；年拆解5～10萬臺為大型，工位數(shù)20位左右)。大型的拆解線工位一般有20個(gè)左右，考慮到車輛長度和安全拆解距離，工位間隔一般為6 m左右，廠地占用較大。但地面式拆解線相對懸掛式具有成本低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外汽車拆解線一般以此類居多。圖2為某廠設(shè)計(jì)的地面式拆解線示意圖。采用此方式時(shí)，在入庫前會對報(bào)廢汽車進(jìn)行車輛情況檢查及預(yù)處理，對報(bào)廢汽車進(jìn)行調(diào)度排序后進(jìn)入拆解線進(jìn)行拆解。

圖2 地面式拆解線示意圖

2.2.2 懸掛式拆解線

懸掛式拆解線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和移動模式與懸掛鏈流水線類似，通過升降機(jī)將車輛放置在移載吊具上并上升至半空中進(jìn)行搬運(yùn)和拆解。其優(yōu)點(diǎn)是對汽車底部拆解方便，整體布線方式較為靈活，可以布置成U型或者O型以提高空間利用率，無需在地面開挖溝槽。但整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，目前國內(nèi)采用該方案的拆解企業(yè)較少，圖3為銅陵天奇藍(lán)天公司研發(fā)的報(bào)廢汽車拆解懸掛線。

2.2.3 地空混合式拆解線

地空混合式拆解線是前兩者結(jié)合的產(chǎn)物，出于節(jié)約空間和降低成本的角度考慮，采用該方式可將拆解線設(shè)計(jì)成U型，在一般工位采用地軌式拆解線，在中間采用懸掛鏈進(jìn)行車輛的中轉(zhuǎn)運(yùn)輸，對汽車的發(fā)動機(jī)、底盤等拆解仍通過舉升機(jī)和翻轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行。但也有的混合拆解線是在拆解線后端設(shè)置懸掛鏈對車輛底部進(jìn)行拆解，以替代舉升機(jī)和翻轉(zhuǎn)機(jī)的功能[20]，圖4為上海華東拆車公司地空混合拆解線布局示意圖[18]3。

圖3 汽車懸掛式拆解線

圖4 地空混合拆解線布局圖

3 車輛破碎物處理

報(bào)廢汽車拆解的最后一步就是車輛破碎，有的國家會去除部分零件(發(fā)動機(jī)、變速箱)后直接到這一步，而破碎后的破碎物處理是一個(gè)世界性問題，盡管車輛可以通過拆解和破碎分選進(jìn)行部分回收，但剩下的汽車破碎殘余物若處理不當(dāng)極易對環(huán)境造成污染。

3.1 車輛破碎流程

車輛破碎一般是將拆解后的汽車進(jìn)行破碎，也有部分國家會對整車進(jìn)行清洗后整車破碎。車輛破碎的一般步驟是將汽車經(jīng)過打包機(jī)壓縮后送至錘式粉碎機(jī)內(nèi)粉碎成長條狀碎片，經(jīng)過旋風(fēng)分離器將輕質(zhì)非金屬部分分離，再通過密度分選對其進(jìn)一步分離，黑色金屬通過磁力分離器進(jìn)行分離，有色金屬通過渦流分選進(jìn)行分離，剩余的材料被送到其他分離系統(tǒng)。汽車破碎及金屬分選工藝路線圖如圖5所示。

3.2 汽車材料組成及汽車殘余破碎物組成

汽車的金屬材料比重一般為75%，此外是一些高強(qiáng)度塑料、橡膠等，當(dāng)前報(bào)廢汽車回收主要是對金屬的回收(雖然一些塑料的價(jià)格遠(yuǎn)高于鐵的價(jià)格，但其分離成本和技術(shù)難度較高)。

圖5 汽車破碎及金屬分選工藝路線

汽車破碎后的產(chǎn)物即ASR(automobile shredder residue)，各國對其定義不一樣，比如日本對其定義為整車破碎物。國際上一般將汽車拆解、破碎分選后的剩余產(chǎn)物定義為ASR，歐洲委員會發(fā)布的91-689-CEE將其定義為危險(xiǎn)廢物，具有高熱值和灰分含量的特點(diǎn)，并且還含有難以分離的重金屬和細(xì)顆粒[20],ASR內(nèi)雖然仍含有大量金屬，但分布不均且各類物質(zhì)緊密混合難以分離，而且一般被泡沫、粘合劑等污染，所以分離成本極高，一般無法分離[21]。

由于各個(gè)公司的拆解、分選能力不同，破碎殘余物的組成成分也不同，表2為對張家港華仁報(bào)廢汽車拆解破碎線破碎物分選后的ASR的組成成分[22]，可見其成分比較復(fù)雜。

表2 ASR組成 %

3.3 ASR的處理

ASR的組成成分和形態(tài)一般比較復(fù)雜，如何妥善地處理ASR是一個(gè)世界性的問題。經(jīng)過分選后的ASR處理方法主要有ASR填埋、ASR焚燒。

ASR填埋的方法成本相對較低，處理方法也比較簡單，但土地面積占用大且長期污染性大，估計(jì)在ASR填埋的100年內(nèi)，ASR中約3%的碳會降解，其中70%以甲烷形式排放，30%以二氧化碳形式排放，雨水滲透會將重金屬(砷、鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅)浸出到地下和地表水中[23]。

ASR焚燒一般是在流化床燃燒室里進(jìn)行，在其燃燒過程中會產(chǎn)生類二英多氯聯(lián)苯等強(qiáng)致癌物質(zhì)，其燃燒后的灰燼產(chǎn)物中含有持久性有機(jī)污染物和重金屬[24]。歐盟標(biāo)準(zhǔn)中的回收利用率和再利用率的10%的差別就是能量回收。

日本最初出于成本角度考慮采用填埋的方法對ASR進(jìn)行處理，后來由于對土地面積和利用率目標(biāo)的設(shè)定采用了焚燒的方式；澳大利亞由于土地面積較大仍主要采用填埋的方式對ASR進(jìn)行處理；歐洲大部分國家采用焚燒的方式對ASR進(jìn)行處理；中國出于成本角度則主要采用填埋的方法對ASR進(jìn)行處理。

通過對人類健康、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、資源消耗等因素的比較，ASR焚燒相比填埋是目前較優(yōu)的一種處理方法，其燃燒氣體中的有害物質(zhì)可以通過技術(shù)手段消除，土地占用面積小，和填埋相比對土地的長期影響較小。但該方法仍有很多缺點(diǎn)，急需一種更好的解決辦法[25]。目前對ASR的其他研究還有ASR材料利用。主要通過將ASR研磨成細(xì)小顆粒和瀝青、水泥混合作為粘合劑或者骨料進(jìn)行利用，研究表明在瀝青中加入ASR可以減少瀝青的氧化，增加彈性，從而防止瀝青疲勞開裂[26-27]，但該方法由于成本較高目前主要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行試驗(yàn)并未推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

可以預(yù)見報(bào)廢汽車拆解行業(yè)未來將會是一個(gè)重要的行業(yè)。由于報(bào)廢汽車具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和潛在的環(huán)境危害性，因此只有國家規(guī)范立法至上而下地引導(dǎo)和管理拆解行業(yè)的市場行為，才能合理的處理好這問題。全球企業(yè)都在成本和收益間進(jìn)行抉擇，汽車拆解相關(guān)技術(shù)的發(fā)展只有在健康規(guī)范的市場條件下才有意義。我們有理由相信，在我國逐漸規(guī)范的立法下，相關(guān)拆解技術(shù)的開發(fā)和推廣，將極大提高拆解效率并逐步消除污染，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和綠色中國的建設(shè)。