再生鋁板在汽車制造中的運用Recycled A lum inum Use in Automotive Industry

□編譯/蘇鴻英/

再生鋁板在汽車制造中的運用Recycled A lum inum Use in Automotive Industry

□編譯/蘇鴻英/

應該說，現(xiàn)在是鋁強化低碳汽車的時代，而可以成批量生產(chǎn)的、又買得起的鋁強化低碳汽車，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，鋁合金板被理所當然地認為是替代優(yōu)質(zhì)鋼板的材料，應用于汽車的制造。

為了保持與特鋼在成本和能源方面的競爭優(yōu)勢，鋁合金板必須通過閉環(huán)回收或者通過消費廢料加工等方式。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，是否能達到汽車用鋁合金板的性能要求是一個重要的挑戰(zhàn)。可最大限度的采用回收加工廢料也是很重要的，因為可以最大限度的節(jié)約成本，以及簡化后續(xù)的能源、環(huán)保等方面的支出問題。

英國的汽車工業(yè)

英國汽車工業(yè)是英國國民經(jīng)濟中占有重要地位，產(chǎn)值為520億英鎊。汽車工業(yè)員工人數(shù)達82萬人，出口終端商品價值為89億英鎊/年，為英國經(jīng)濟價值增長貢獻達到100億英鎊/年。然而，英國汽車工業(yè)也面臨著極大的挑戰(zhàn)，因為2008年英國公路運輸釋放二氧化碳1.32億噸，占英國二氧化碳年排放量的19%，環(huán)境問題不容忽視。另外，英國汽車制造業(yè)在參與國際競爭中，也面臨來自新興國家（如印度、俄羅斯、巴西）的重要威脅。

在過去10年中，英國汽車工業(yè)就業(yè)人數(shù)的下降與國內(nèi)供應鏈短缺也非常明顯。英國政府曾承諾：到2030年，從公路運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)量達到95%。解決目前所面臨的挑戰(zhàn)，一個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“英國汽車前景和規(guī)劃報告”中已經(jīng)明確加以說明。在英國汽車動力工業(yè)是非常活躍的，對于提高就業(yè)，繁榮經(jīng)濟有著持續(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的，更重要的是這一方案制造的低碳汽車價格低廉，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%。

在溫室效應方面，每減輕汽車重量的100KG，可以在整個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)勢外，汽車輕量化降低了制動系統(tǒng)的動力需求，這為采用較小的發(fā)動機和較小的變速器和制動系統(tǒng)的二次重量的減輕提供了機會。進而言之，如果采用合適的技術，不受規(guī)格、功能和汽車級別的影響，可以實現(xiàn)汽車減重。相似的重量減輕優(yōu)勢還在動力復合型（HVS）汽車上展示出來。對于電動車重量減輕和原來比較優(yōu)勢是較低的，重量指標需符合汽車動力系統(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的材料和重量最佳化的汽車設計，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，鑄鐵和鋼向高強度鋼（HSS）先進的高強度鋼（AHSS），向鋁、鎂和聚合物基材的復合材料（PMNS）的方向轉(zhuǎn)移。

在2000年至2005年之間，汽車用鋁增長37%，聚合物基復合材料增長38%，汽車用鎂增長150%，在汽車減重方面全球已經(jīng)有接近30個主要研究開發(fā)計劃。和鋼結(jié)構(gòu)相比，由汽車鋼合作伙伴關系組織提供的高強度鋼強化車體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)重量減輕20%~30%。在JAQUAR XJ車型，奧迪A8和A2車型上采用鋁強化車體結(jié)構(gòu)實現(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%和聚合物基材復合材料車體結(jié)構(gòu)21%。

然而與鋼鐵相比，采用先進輕質(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新材料望而卻步。這類材料局限用于高性能和高價汽車使用，而投入較少，進入到大批量生產(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，詳細的生命周期分析已表明：原鋁強化汽車和鋼結(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，而再生鋁強化汽車從汽車投入使用時就能節(jié)省能源。還有非常重要的是原鋁的碳排放負擔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，碳的進一步下降需要采用或者非消耗陽極(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)是指一個廢料回收進入一個新產(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，報廢車輛的回收是開環(huán)，因為報廢車輛包括一些有限的拆卸，危險材料的去除，通過機械破碎來生產(chǎn)混合廢料，然后采用空氣分級來去除汽車破碎殘渣，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。

汽車的機械破除僅僅用時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)上限制了報廢車輛材料的閉環(huán)回收，對于鋁主要問題是最終回收廢料是同時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)件中價格最貴的部件。

盡管對于材料回收的社會態(tài)度正在發(fā)生改變，從一個國家和全球來看，報廢車輛的潛在積聚正在持續(xù)增大，已有預測，到2030年全球汽車數(shù)量將達到150億輛，在2007年到2030年之間汽車報廢產(chǎn)生的廢料將達36.5億噸。

重要的是采用了控制拆卸而不是破碎從報廢車輛來回收材料。盡量要求為便于拆卸來設計汽車，要求按公共政策來做出重大改變，如何用符合法規(guī)的方法來處置報廢汽車。簡單的說，汽車制造商或者汽車破碎廠應當逐步進入拆解廠行列，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

英國擁有由諾威利斯集團在萊次福德（Latchtord)運行的歐盟居領先地位的廢鋁飲料罐回收廠，英國每年消費約67億個鋁飲料罐，目前英國廢鋁罐回收率為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3萬噸進入諾威利斯集團的廢鋁罐回收廠，剩余的進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家進口，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，仍然有相當比例的廢鋁罐回填土地，有超過一萬億個鋁罐在美國被回填土地，在英國估計每年有30億個罐沒有回收來制罐，這是可回收鋁的一個重大損失。

Jaguar land Rover (JLR)車型是英國一家鋁強化汽車制造商生產(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)車型是引領一個TSB支持項目， Realcar (再生鋁汽車）目標是采用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。從較長的時期來看，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的話，這對于買得起批量生產(chǎn)低碳汽車制造商來講使鋁板成本比鋼板成本更具有競爭力。