第三只眼看材料產(chǎn)業(yè)與環(huán)保

辛妍

2013年，來自英國劍橋大學(xué)、荷蘭烏得勒支大學(xué)和美國麻省理工學(xué)院的研究人員為英國皇家學(xué)會寫了一份題為“材料效率：用更少的材料生產(chǎn)提供材料服務(wù)”的報告。報告中指出，在未來40年，隨著人口的增長和財富的增加，對材料的開采和加工的需求有可能會增加一倍，而這其中所需的處理對環(huán)境的影響將變得非常關(guān)鍵，特別是工業(yè)界驅(qū)動了近三分之一的全球能源需求。如果世界想要達(dá)到其氣候變化的目標(biāo)并同時保持經(jīng)濟增長，那么僅靠發(fā)展低碳能源供應(yīng)和增加回收利用是不夠的，因此必須更有效地使用材料。

本文將探討鋼鐵、有色金屬、化工、建材等行業(yè)如何更有效地使用材料以達(dá)到環(huán)保的目的，同時也對新材料在半導(dǎo)體、稀土催化及新型汽車鋼方面的一些發(fā)展進(jìn)行闡述。

鋼鐵行業(yè)

鋼是經(jīng)濟增長與環(huán)境責(zé)任相輔相成的綠色經(jīng)濟的核心，也是世界上最可再循環(huán)利用的材料。即使是150年前制造的鋼今天也可以回收并應(yīng)用于新產(chǎn)品中。按行業(yè)劃分，全球鋼鐵回收利用率在機械行業(yè)約為90%，建筑行業(yè)約為85%，汽車行業(yè)約為85%，電子和家用電器行業(yè)約為50%。這導(dǎo)致全球加權(quán)平均超過83%。如今，97%的鋼副產(chǎn)品可以被重復(fù)使用。

回收再利用廢金屬可減少溫室氣體排放量，并且比從原生礦石中制取金屬消耗的能量少。與使用原生礦石相比，回收舊鋼可節(jié)省56%的能源消耗。同時，鋼的回收再利用可以節(jié)省天然資源。回收一噸鋼可以節(jié)約1.13噸鐵礦石、635公斤煤和55公斤石灰石。

鋼也是創(chuàng)新和發(fā)展的行業(yè)，每年全球鋼鐵行業(yè)花費超過120億歐元用于改進(jìn)制造工藝、新產(chǎn)品開發(fā)和未來的突破性技術(shù)。新型輕鋼極大地改變了市場。1937年，打造舊金山的金門大橋需要8.3萬噸鋼，而今天，只需要一半的量。而采用先進(jìn)高強度鋼（Advanced High Strength Steel，AHSS）作為結(jié)構(gòu)的車輛重量比使用常規(guī)鋼的車輛重量要減少35%，從而極大地減少了溫室氣體排放。

鋼鐵主要生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物和廢棄物主要分三類：空氣污染物、廢水污染物和和固體廢物，同時需要消耗大量的水。在過去的二十年里，煉鋼技術(shù)和排放控制技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，加之更嚴(yán)格的政府法規(guī)，大大減少北美、西歐和日本的此類排放。通過引入堿性氧氣煉鋼，可以讓廢氣的收集和再循環(huán)以受控的方式進(jìn)行，從而減少排放量；而連續(xù)鑄造工藝的使用減少了能源消耗，從而減少排放量。在鋼鐵的總污染控制成本中，有超過一半以上涉及廢氣排放，估計達(dá)到總生產(chǎn)成本的1%～3%。空氣污染控制設(shè)備大約占工廠總投資的10%～20%。

鋼鐵行業(yè)環(huán)境保護(hù)的一個關(guān)鍵任務(wù)是保持空氣清潔，減少硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、煙塵和粉塵等的排放。鋼鐵粉塵帶來健康風(fēng)險，并且可能對環(huán)境造成滋擾。為防止灰塵逸出，鋼鐵生產(chǎn)商提取富灰塵煙氣，封閉儲存和鐵礦石輸送管道；為降低硫氧化物排放，鋼鐵企業(yè)盡量使用低硫燃料并進(jìn)行煙氣脫硫；為減少氮氧化物排放，鋼鐵企業(yè)使用先進(jìn)的燃燒器或廢氣處理設(shè)施。例如蒂森克虜伯（ThyssenKrupp）在德國的熱軋廠使用先進(jìn)的燃燒器，限制加熱爐的長度，采用蓄熱式系統(tǒng)，從而達(dá)到低成本地有效減少氮氧化物排放的目的。通過使用先進(jìn)的除塵技術(shù)，輔之以二次除塵系統(tǒng)，灰塵顆粒物排放被降至最低。蒂森克虜伯從1975年開始使用該設(shè)備工藝，到2007年就已經(jīng)將總粉塵排放量減少了超過90%。

鋼鐵制造需要較高的溫度，大量水被用于非接觸式冷卻。為了盡量減少對地下水的開采，海水有時會被用于冷卻。引入水強度減少目標(biāo)并隨時映射和計量，可以通過檢測泄漏和異常消耗來幫助提高認(rèn)識，從而減少用水量。在閉環(huán)系統(tǒng)中，水經(jīng)處理可以重復(fù)使用40次以上。另外，水還被用于漂洗和清洗，這就需要安裝處理設(shè)備改善污水水質(zhì)。在美國，通常表現(xiàn)好的鋼鐵企業(yè)會將其水再循環(huán)利用技術(shù)與其他廠商共享。

有色金屬行業(yè)

有色金屬主要包括鋁、銅、鉛、鋅、鈦、鈹和鎳等，常被用于需要較少的重量、更高的強度、無磁性、較高的熔點或耐腐蝕的結(jié)構(gòu)建筑。它們還被指定用于電氣和電子應(yīng)用。其中，鋁因其低密度、耐腐蝕而備受關(guān)注。鋁及鋁合金制成的結(jié)構(gòu)組件對航空和航天工業(yè)，以及其他運輸領(lǐng)域和結(jié)構(gòu)材料都相當(dāng)重要。

高科技設(shè)備壽命的不斷縮短以及對各種小工具日益增長的需求增加了對有色金屬的需求。TechNavio的分析師預(yù)測，全球有色金屬市場在2013到2018年間的年復(fù)合增長率為6.02%。而全球有色金屬市場也已經(jīng)目睹了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題和能源制約。例如隨著全球鋁仍然供過于求，而原料和電力的價格卻持續(xù)上漲，全世界的鋁企業(yè)都被迫更重視削減生產(chǎn)成本，并減少鋁生產(chǎn)對環(huán)境造成影響的現(xiàn)代化生產(chǎn)流程。

比如俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)集團(tuán)（UC RUSAL）自2005年開始就啟動了改進(jìn)鋁電解自焙工藝的項目。在2014年，KrAZ和BrAZ將開始逐步用綠色的連續(xù)自焙陽極電解槽取代現(xiàn)有的還原槽，這一轉(zhuǎn)型過程大約需要4到4.5年。通過采用這一新的生產(chǎn)工藝，鋁土礦不僅被用來生產(chǎn)氧化鋁，也能生產(chǎn)大量新產(chǎn)品。其結(jié)果是減少生產(chǎn)廢物，即紅泥。第一階段，預(yù)計紅泥的產(chǎn)出會下降30%左右，最終期望下降達(dá)50%～70%。在這種新工藝下，不僅僅是處置廢棄物，而是更高級的生產(chǎn)多樣化。

當(dāng)今世界的能源越來越貴。由于較低的能源消耗，廢金屬回收利用與開采和加工原生礦石相比，能顯著降低溫室氣體排放量。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署（United Nations Environment Programme，UNEP）的數(shù)據(jù)，鋁的回收利用比冶煉原生礦石節(jié)約92%的能源，而銅也可以節(jié)約90%的能源。在美國，由于政府的目標(biāo)是長期減少溫室氣體排放，因此回收行業(yè)的吸引力極大。根據(jù)美國廢料回收工業(yè)協(xié)會（Institute of Scrap Recycling Industries，ISRI）的數(shù)據(jù)，有色金屬回收雖然數(shù)量小，但所占的價值份額卻高達(dá)全部金屬回收的50%。作為世界最大的銅回收生產(chǎn)商和歐洲最大的銅生產(chǎn)商，Aurubis AG公司的首席執(zhí)行官Willbrandt認(rèn)為，有色金屬行業(yè)是“高效和可持續(xù)的生產(chǎn)方法的驅(qū)動器，有效利用資源的問題是有色金屬行業(yè)戰(zhàn)略的核心?！?/p>

化工行業(yè)

幾乎沒有一個行業(yè)不使用化學(xué)品，全世界數(shù)以百萬計的人都直接從化工行業(yè)得到好處。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署2013年的數(shù)據(jù)，全球化工產(chǎn)業(yè)自2002年以來大幅增長，目前產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)41億美元，而1970年僅為1.71億美元。

雖然化學(xué)品是世界經(jīng)濟的主要貢獻(xiàn)者，但為避免其對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的重大和日益復(fù)雜的風(fēng)險，對其整個生命周期的健全管理至關(guān)重要。2012年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在其《全球化學(xué)品展望》報告中指出，全球化工行業(yè)的增長以及對健全管理的缺乏，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的健康和環(huán)境，并增加了財政負(fù)擔(dān)。報告中的統(tǒng)計數(shù)字顯示，某些化學(xué)品（包括鉛和農(nóng)藥）每年在全球估計造成96.4萬人死亡，占全球每年總死亡人數(shù)的1.6%。全球化工行業(yè)早已意識到化學(xué)品的生產(chǎn)和使用可能對人類健康和環(huán)境造成不利影響，因此多年來一直倡議發(fā)展化學(xué)品在使用、生產(chǎn)、運輸和安全處置上的協(xié)調(diào)一致、全行業(yè)支持的最佳實踐標(biāo)準(zhǔn)。

自2002年以來，聯(lián)合國一直在推動全球采用其國際化學(xué)品管理戰(zhàn)略方針（SAICM）。而目前全世界基本已經(jīng)對聯(lián)合國的目標(biāo)達(dá)成共識，即到2020年，世界各地的化學(xué)品的生產(chǎn)和使用方式，要最大限度地減小對人類健康和環(huán)境的重大不利影響。

歐盟有被稱為REACH（化學(xué)品的注冊、評估和授權(quán)）的化學(xué)品政策，并于2007年6月1日起作為法律開始實施。REACH的主旨是鼓勵將危險化學(xué)品更換為更安全的化學(xué)品，并激勵企業(yè)和化工行業(yè)研究和開發(fā)更安全的產(chǎn)品。REACH要求企業(yè)對他們所使用的化學(xué)品負(fù)責(zé)，他們有責(zé)任證明化學(xué)物質(zhì)因為它們的使用方式而安全。

此外，聯(lián)合國有一個全球統(tǒng)一的系統(tǒng)，稱之為GHS，用以識別確定危險化學(xué)品，并通過在包裝和標(biāo)簽上標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)符號和短語，或通過安全數(shù)據(jù)表，向公眾和用戶傳達(dá)這些危害。這促使各國實施GHS作為一個統(tǒng)一基礎(chǔ)，提供一致的關(guān)于化學(xué)物質(zhì)和混合物的物理、環(huán)境和安全信息。

建材行業(yè)

建筑業(yè)消耗巨大數(shù)量的基礎(chǔ)材料，而制造這些材料會消耗大量的能源，產(chǎn)生驚人的溫室氣體排放量，對自然環(huán)境造成深遠(yuǎn)的影響。在北美，建筑物環(huán)境的溫室氣體排放量約占總排放量的三分之一，其能源、水和材料的消耗也基本如此。如果材料科學(xué)家和企業(yè)家可以設(shè)計出能用較少的能源制造出的材料，那么氣候變化可能會放緩，并可以為制造業(yè)創(chuàng)造許多新的就業(yè)機會，實現(xiàn)清潔技術(shù)創(chuàng)新這一萬眾矚目的承諾。與之類似，在歐洲，大多數(shù)人生活在城市中，每年有數(shù)十億歐元花費在歐盟的城鎮(zhèn)和城市的建筑工程中。如果在建筑業(yè)實施可持續(xù)性發(fā)展原則意味著更高效地使用資源，并基于生態(tài)原則作出決策，這將幫助歐洲創(chuàng)建和管理一個更健康的建筑環(huán)境。

鑒于人們對“綠色建筑”的認(rèn)識日益提高，環(huán)境保護(hù)在建材行業(yè)中越來越受關(guān)注。如前文所言，一旦鐵礦石被開采并精煉成鋼，它的生命就永遠(yuǎn)不會結(jié)束，這使得鋼成為建筑行業(yè)部署可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想材料和首選材料。

建材行業(yè)也離不開混凝土（以硅酸鹽水泥為主要成分）?；炷潦鞘澜缟舷牡诙嗟奈镔|(zhì)，平均每人每年使用近三噸，僅次于水。但生產(chǎn)混凝土對生態(tài)有重大影響：它使用大量的自然資源，包括石灰石、沙子，并需要大量的燃油和電力。此外，水泥行業(yè)的二氧化碳產(chǎn)出量僅次于發(fā)電生產(chǎn)。盡管水泥生產(chǎn)已變得更有效率，行業(yè)的溫室氣體排放量也有所下降，但進(jìn)一步削減將變得相當(dāng)困難，因為在未來30年內(nèi)，預(yù)計全球?qū)炷恋男枨髮⒎环?，因而加工石灰石的需求會增加，這必將產(chǎn)生大量的二氧化碳。因此，尋找方法以減少混凝土工業(yè)對環(huán)境的影響，尤其是其對全球變暖的影響至關(guān)重要。最近有很多研究在考察水泥行業(yè)減少溫室氣體排放量的潛力。這些研究大部分側(cè)重于使用替代材料來代替水泥來生產(chǎn)混凝土，這將會創(chuàng)造一個更加可持續(xù)的過程。最常用的替代品是工業(yè)過程中的廢棄物，如粉煤灰等，這也正體現(xiàn)了綠色設(shè)計。使用這些工業(yè)廢料生產(chǎn)水泥，即可以保護(hù)自然資源，又能減少與原生材料相關(guān)的能源使用和溫室氣體排放，同時還能保持水泥的強度和性能，并能因為減少廢物而取得環(huán)境效益。此外，這種加入替代性材料的混凝土往往可以循環(huán)再利用，需要的維護(hù)也較少，加之這些替代材料比原生材料便宜，因此產(chǎn)品往往更經(jīng)濟。隨著對建筑材料的需求繼續(xù)上升，在建材設(shè)計中使用回收工業(yè)廢棄物對業(yè)主和建筑商都具有經(jīng)濟意義。

除了使用替代材料，水泥行業(yè)中另一種減少溫室氣體排放量的方法是使用先進(jìn)技術(shù)，用以捕獲水泥生產(chǎn)過程中的二氧化碳，并將其制成其他產(chǎn)品，如碳酸鹽和碳酸等。比如卡萊拉公司（Calera Corp.）的新水泥的成功就顯示了新技術(shù)能帶來的巨大收益?？ㄈR拉首席執(zhí)行官Brent Constantz說，“全球每年生產(chǎn)的硅酸鹽水泥產(chǎn)生25億噸的二氧化碳排放。與之相比，卡萊拉的新工藝流程每生產(chǎn)一噸水泥，就可以封存半噸溫室氣體，并且淡水是新工藝的副產(chǎn)品。此外，如果水泥工廠建在燃煤發(fā)電廠旁邊的話，可以吸收發(fā)電廠的碳排放量，將其作為原材料”。

新材料

在日常生活中，環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展問題的重要性日益增加，而在材料科學(xué)和工程領(lǐng)域更是如此。幾乎材料使用的每個方面，從開采與生產(chǎn)，到產(chǎn)品設(shè)計和最終處置問題，無一不受環(huán)境因素的制約。此外，還有許多情況下，新型環(huán)保材料的開發(fā)為材料科學(xué)家和工程師提出了新的挑戰(zhàn)。對環(huán)境問題的認(rèn)識不斷提高，增加了對材料行業(yè)的關(guān)注。材料工程的正面形象應(yīng)該是一個處于技術(shù)進(jìn)步最前沿的行業(yè)，不僅是處理過去的錯誤，還要推動可持續(xù)和安全使用的材料的未來。

【半導(dǎo)體】半導(dǎo)體器件的快速創(chuàng)新和改變受到兩種不斷增長的需求的驅(qū)動：一是對更長的電池壽命的需求，另一個是對更快的計算機和移動設(shè)備性能需求。以前，半導(dǎo)體器件主要由硅或二氧化硅制成，再加上一些摻雜劑和象鈦、錫、氮化鈦和銅一類的導(dǎo)電金屬?，F(xiàn)在，通過幾何縮放取得性能增益的時代已經(jīng)過去，未來的利益將來自材料工程和設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計更改，而新材料的使用才剛剛開始。

2014年1月15日，美國總統(tǒng)奧巴馬授予北卡羅萊納州的一個新的制造中心7千萬美元項目援助。此次將應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)匯集起來的目的只有一個：做出更好的半導(dǎo)體。項目中的伊利諾伊大學(xué)工程博士、助理教授Lucy Shi多年來一直致力于研究可能取代硅成為半導(dǎo)體基礎(chǔ)的材料，比如氮化鎵化合物。氮化鎵有獨特的化學(xué)屬性，比如低電阻，導(dǎo)致比硅更小的功率損耗。

源于英國華威大學(xué)的Anvil半導(dǎo)體有限公司于2013年底獲得私人資助，用于開發(fā)和商業(yè)化碳化硅半導(dǎo)體驅(qū)動的功率器。而在北卡羅萊納州的研究中心，將會測試復(fù)合碳化硅，即一種硅和碳的化合物的性能。被《美國科學(xué)》雜志評為“半導(dǎo)體革命的八大英雄”之一的北卡羅萊納州的教授Baliga對碳化硅的能力非常有信心。他說，“我通過我的理論表明，碳化硅應(yīng)該比硅好1000倍?！?/p>

2013年9月，臺灣公司SEMICON發(fā)布了兩種新CMP材料，TECATRON CMP（PPS）和TECAPEEK CMP（PEEK）。TECATRON CMP具有出色的耐磨損性及耐化學(xué)藥品和溶劑性，這意味著使用壽命的增加，從而降低非生產(chǎn)性時間和單位成本。TECAPEEK CMP除了具有韌性和尺寸穩(wěn)定性，也同時具有出色的耐磨損性。加之良好的抗化學(xué)腐蝕性，這些特征都確保了較長的使用壽命。改善的加工特性允許更高的處理速度，需要更少的去毛刺工作，從而使生產(chǎn)率顯著提高。這兩種新材料非常適合用于定位環(huán)的制造，因為為了防止損壞晶片從而增加可用集成電路的產(chǎn)量，這些制造必須在特定的精度和尺寸精度下進(jìn)行。這兩種新材料的優(yōu)點已經(jīng)在制造工廠得到證實。

2013年4月，俄亥俄州立大學(xué)的化學(xué)家開發(fā)出了一項新技術(shù)，可以制成一個原子厚度的鍺片——germanane，這種材料的結(jié)構(gòu)與由單層碳原子組成的二維材料石墨烯非常接近。俄亥俄州立大學(xué)的化學(xué)助理教授Joshua Goldberger說，雖然大多數(shù)人認(rèn)為石墨烯是未來的電子材料，但是畢竟硅和鍺仍是目前的材料。所以，他們一直在尋找具有良好特性的硅和鍺的獨特形式，從而使用現(xiàn)有的技術(shù)和較低的成本來獲得新材料的優(yōu)勢。根據(jù)研究人員的計算，電子在germanane中的移動速度比在硅中快十倍以上，比在常規(guī)鍺中快五倍以上。憑借這一高流動性，germanane可以承受未來高性能計算機芯片所增加的負(fù)載。

半導(dǎo)體行業(yè)的成長正是依賴于這些材料和技術(shù)創(chuàng)新。在材料方面，未來五年的巨大變化將是Ge和III-V族材料的應(yīng)用，從而進(jìn)一步改善電子流動性，比如砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP）等在邏輯器件n-和p-通道的實施。進(jìn)一步，硅晶體管器件可能部分或完全被基于碳的技術(shù)所取代。最受關(guān)注的兩個碳同素異形體是碳納米管和石墨烯。碳納米管和石墨烯有潛力滿足市場的需求，使晶體管更具有柔韌性和適印刷性，并從更低的原材料成本和加工成本兩方面來降低成本。事實上，在2013年夏天，第一臺只包含碳納米管晶體管的計算機已經(jīng)被生產(chǎn)出來。當(dāng)然，最終哪種技術(shù)勝出還有待觀察，但可以肯定，隨著社會對電子設(shè)備的性能和可靠性的需求不斷提高，在全球范圍內(nèi)驅(qū)動半導(dǎo)體材料的快節(jié)奏創(chuàng)新將會持續(xù)。

【稀土催化劑】強大的催化劑的開發(fā)可以有重大的影響，甚至改變社會。僅在過去的十年，就有九名科學(xué)家因為在開發(fā)新的催化劑方面的成就而獲得諾貝爾獎化學(xué)獎，這其中就包括其中包括RIKEN高級科學(xué)研究所主席Ryoji Noyori。

稀土金屬不同于主族金屬和過渡金屬。通過充分利用它們的特征，可能會開發(fā)出新的催化劑，從而有可能進(jìn)行以其他方式不可行的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的物質(zhì)。然而一旦與空氣或潮濕接觸，稀土金屬催化劑會很快分解，所以很難處理。這也是稀土催化劑難以研究的原因之一。

“新催化劑、新反應(yīng)、新材料”是RIKEN高級科學(xué)研究所有機金屬化學(xué)實驗室的研究活動的口號，而實驗室的主要目標(biāo)之一就是使用稀土金屬開發(fā)新的催化劑。作為實驗室首席科學(xué)家，Zhaomin Hou已經(jīng)利用稀土金屬成功開發(fā)出一些新的催化劑，而之前很少有相關(guān)的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)。

2004年，Hou開發(fā)出攜帶一環(huán)戊二烯配體的鈧催化劑。隨后，通過使用鈧催化劑，Hou將乙烯引入間規(guī)結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯，從而產(chǎn)生具有新功能的堅韌、柔軟并有高加工性的高分子材料，這一成就為合成新型功能的高分子材料鋪平了道路?；谙⊥两饘兮?，Hou又開發(fā)了兩種催化劑。使用這些催化劑，通過反應(yīng)，Hou能夠合成一種具有間規(guī)結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯和順式-1，4結(jié)構(gòu)的異戊二烯聚合物。這一重大成就已于2011年10月公布于世。

2005年，Hou使用稀土金屬釔成功開發(fā)出一種新的聚合催化劑，并用它創(chuàng)造了超過天然橡膠功能的合成橡膠。Hou介紹說，“雖然結(jié)構(gòu)相同，但天然橡膠的分子量和聚異戊二烯的長度是可變的。相比之下，我們所生產(chǎn)的合成橡膠中的聚異戊二烯具有幾乎恒定的分子量。此外，天然橡膠含有雜質(zhì)，可能會引起過敏，而我們的合成橡膠不含雜質(zhì)，擁有超越天然橡膠的性能?！?/p>

Hou這樣評價自己的研究：“我的研究中所使用的所有的催化劑都含有稀土金屬，我相信，通過組合使用稀土金屬催化劑和第4族過渡金屬催化劑，可以創(chuàng)建使用常規(guī)催化劑難以合成的新型高分子材料?！?/p>

【新型汽車用鋼】如今，汽車工業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的考驗，這既包括新的更嚴(yán)苛的環(huán)境法規(guī)，也包括經(jīng)濟衰退后縮小的市場需求。隨著汽車市場尋找創(chuàng)新的方法來滿足未來的企業(yè)平均燃料經(jīng)濟性（Corporate Average Fuel Economy，CAFE）的要求，預(yù)計到2025年，平均輕型車輛燃油經(jīng)濟性將增加近一倍，達(dá)到54.5mpg。而歐洲的碳排放立法也驅(qū)動了汽車的輕量化發(fā)展。與之對應(yīng)，北美鋼鐵行業(yè)持續(xù)在先進(jìn)材料和制造技術(shù)方面進(jìn)行投資，推出了各式各樣的新型汽車用鋼。大范圍的高強度鋼意味著制造商可以只通過使用更薄的鋼就可以實現(xiàn)輕量化。

如今，新的先進(jìn)高強度鋼正以其獨特的冶金性能和可制造性使汽車行業(yè)能夠以合理的成本滿足日益嚴(yán)格的要求。使用先進(jìn)高強度鋼的車輛不僅可以節(jié)省材料，還有助于減少車輛整個生命周期的溫室氣體排放量，包括制造、行駛和回收利用。相比于鋼的主要競爭對手鋁和塑料，先進(jìn)高強度鋼的增長速度更快。每一年，都會推出使用重量更輕、強度更高的鋼組件的新車型，為增高的安全性和燃料經(jīng)濟性需求提供具有成本效益的答案。

如果將目前可用的先進(jìn)高強度鋼應(yīng)用到美國汽車車隊，來自于汽車的溫室氣體排放將大約減少12%，這一數(shù)量甚至超過了當(dāng)前整個美國鋼鐵工業(yè)所產(chǎn)生的溫室氣體排放量。目前，世界各地的汽車設(shè)計師都已經(jīng)將減少排放量融入到設(shè)計中，在車輛中使用越來越多的先進(jìn)高強度鋼。現(xiàn)在，車輛平均包含僅175磅的先進(jìn)高強度鋼，但預(yù)計到2020年，這一數(shù)量將翻倍。作為美國能源部（DOE）先進(jìn)制造倡議的一部分，高強度、輕量鋼制成的汽車不久的將來就會開到你的面前。

為滿足2025年嚴(yán)格的平均燃料經(jīng)濟標(biāo)準(zhǔn)，下一代輕型汽車的設(shè)計師們可能希望同時使用高強度鋼和鋁合金這兩種材料，以生產(chǎn)足夠輕但強度高的安全結(jié)構(gòu)。事實上，在2013年的雅格中，本田公司使用攪拌摩擦點焊，首次成功在鋁陽極中加入鋼陰極。

Los Alamos國家實驗室和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院（CSM）的研究人員正憑借他們的專業(yè)知識，計劃用三年的時間，耗資120萬美元，為汽車行業(yè)完成開發(fā)新的高級鋼的項目。新項目的目標(biāo)是要消除制造零部件時要加熱到900攝氏度所需的時間和能量，從而滿足安全要求，在室溫下生產(chǎn)鋼，但仍保持可塑性。該項目將使用更清潔的制造方法，消除工藝流程中的傳統(tǒng)熱處理及其相關(guān)費用與危害。

NanoSteel公司的研究科學(xué)家們?yōu)樾碌南冗M(jìn)高強度鋼板材料設(shè)計了一種新的納米尺度的微結(jié)構(gòu)，或稱之為納米結(jié)構(gòu)，它可以處理高負(fù)荷，并保有在室溫下被塑造并形成汽車零部件的能力。納米結(jié)構(gòu)提供獨特的高強度和高延展性組合，能產(chǎn)生現(xiàn)有先進(jìn)高強度鋼板材邊界之外的下一代性能。

總部設(shè)在俄羅斯的Severstal公司于2011年宣布計劃打造“突破性汽車用鋼”。Severstal稱，這種更先進(jìn)的高強度鋼具有超過40%的伸長率，意味著它可以在現(xiàn)在的尺寸基礎(chǔ)上再擴展40%以上。如果用測量材料剛度的兆帕強度來衡量的話，大多數(shù)鋼在1000兆帕強度以下，而這種新高強度鋼達(dá)2000兆帕強度。

WorldAutoSteel的最新研究認(rèn)為，在不久的將來，鋼結(jié)構(gòu)車身的重量會與目前的鋁結(jié)構(gòu)車身重量一樣輕，同時還能滿足所有的碰撞性能標(biāo)準(zhǔn)，而其成本與目前的鋼結(jié)構(gòu)成本相當(dāng)。

未來如何，我們無法準(zhǔn)確預(yù)測，但有一點可以肯定，未來能領(lǐng)軍的公司一定是那些能成功地開發(fā)出新產(chǎn)品，從而讓我們的生活更美好、我們的地球更健康的公司。