基于生命周期理論的工程翻新輪胎經(jīng)濟性模型及評價

王 強，齊曉杰，王云龍，姜 莉，王國田

(1. 黑龍江工程學院 汽車與交通工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050； 2. 清華大學 機械工程學院，北京100084)

0 引 言

近年來，隨著建筑施工行業(yè)的迅速發(fā)展，在土石方礦山區(qū)等場所大量使用工程車輛，導致輪胎的消耗量十分巨大，頻換更換輪胎所產(chǎn)生的費用占據(jù)礦采費用的20%～30%[1]。工程車輛經(jīng)常工作在較惡劣的環(huán)境，因此要求輪胎具有較強的耐磨損及耐切割性能。劉峰[2]、宋國星[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)使用的價值。輪胎翻新被國際上普遍認為是有效節(jié)約橡膠原材料、減少廢舊輪胎“黑色污染”的最有效途徑[4,5]。通常，如果對輪胎及時進行有效的保養(yǎng)，其可進行多次翻新再利用(鋼絲子午線輪胎翻新次數(shù)可達3～6次、簾線斜交輪胎可達2～3次)。然而，目前國內(nèi)輪胎翻新的次數(shù)極少，往往翻新1次就被報廢。從使用壽命角度來看，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；從制造成本角度來看，翻新一條工程輪胎所使用的橡膠消耗量僅為生產(chǎn)一條新輪胎的20%左右，其銷售價格通常為新輪胎的50%左右，經(jīng)濟效益十分顯著[6,7]。但是，工程輪胎翻新對社會、企業(yè)等經(jīng)濟性產(chǎn)生的影響，目前還缺乏系統(tǒng)性、針對性以及定量分析與評價。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、利潤分析模型，提出經(jīng)濟評價指標，進行工程輪胎一次普通翻新、石墨烯增強體增強翻新、機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、燃燒發(fā)電等再利用階段成本-利潤的分析與評價，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來描述，共劃分為翻新輪胎生產(chǎn)、翻新輪胎運輸、翻新輪胎使用及翻新輪胎再利用等4個主要階段，同時在翻新輪胎再利用階段又被劃分為二次翻新、機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解及燃燒發(fā)電等5種方式。翻新輪胎的每個階段均會消耗一定的成本，而再利用階段還會產(chǎn)生新的利潤。

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 性模型

工程翻新輪胎生命周期經(jīng)濟性模型主要包括成本分析模型、利潤分析模型及環(huán)境成本-環(huán)境利潤模型，它們是對一條工程翻新輪胎在其整個生命周期過程中與其系統(tǒng)外部發(fā)生的所有經(jīng)濟行為進行的描述和評價[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及其對應單價Pmij的乘積，各種資源成本等于水、電、煤、天然氣等單耗reij及其對應單價Puij的乘積。成本按照式(1)計算：

(1)

式中：LSAi為勞動力、供應商及管理成本；DEi為固定資產(chǎn)折舊費用；SCi為銷售成本。

2.2 利潤分析模型

與成本分析模型不同，工程翻新輪胎生命周期利潤 = 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)品銷售，因此利潤只發(fā)生在這兩個階段，按式(2)計算：

(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。

2.3 環(huán)境成本-環(huán)境利潤模型

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

2.3.1 環(huán)境成本

環(huán)境成本即對環(huán)境造成的損失，主要是CO2排放造成的溫室效應，包括：加和各單元過程中使用的原材料、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)美國國會預算辦公室(CBO)數(shù)據(jù)[11]，CO2排放費用大約為46USD/t(折合人民幣308元/t)。環(huán)境成本按式(3)計算：

(3)

2.3.2 環(huán)境利潤

環(huán)境利潤即對環(huán)境帶來的益處，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排放費用。環(huán)境利潤按式(4)計算：

(4)

式中：Tij為再利用階段各種產(chǎn)品的產(chǎn)量；CECi為對應產(chǎn)品的碳排放系數(shù)；PCi為CO2排放費用。

2.4 經(jīng)濟評價指標

在評估工程翻新輪胎二次翻新、機械粉碎、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)濟效益時，為了表示不同再利用階段成本回收率的影響，可用利潤成本比PCR作為評價指標，按式(5)計算：

(5)

3 工程輪胎成本-利潤分析

以26.5R25工程輪胎為研究對象，1t為計量單位，使用壽命按1.5年、平均運輸距離按5萬km計算，所涉及的計算數(shù)據(jù)大部分來源于哈爾濱惠良汽車輪胎翻新有限公司和中國橡膠輪胎行業(yè)報告，部分數(shù)據(jù)參考了伍英武[12]、楊蕾[13]、P.FERRO等[14]的研究結(jié)果，地理邊界為中國東北地區(qū)，時間邊界為 2016年8月—2018年8月，計算中所涉及的價格數(shù)據(jù)來源于哈爾濱惠良汽車輪胎翻新有限公司2018年1— 6月份實際市場價格的平均值。

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

表1 工程輪胎生產(chǎn)階段成本

表2 工程輪胎運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

4 工程輪胎成本-利潤評價

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

表5 工程輪胎生命周期系統(tǒng)的成本及利潤

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

5 結(jié) 語

以生命周期評價理論為基礎，通過構(gòu)建工程輪胎的成本分析模型、利潤分析模型、環(huán)境成本-環(huán)境利潤分析模型，提出了經(jīng)濟評價指標，分析和評價了工程輪胎生產(chǎn)階段、運輸階段、使用階段及再利用階段成本-利潤清單，獲得了工程輪胎生命周期的利潤成本比關系為：石墨烯增強體增強翻新>一次普通翻新>燃燒分解>機械粉碎>低溫粉碎>燃燒發(fā)電，表明采用石墨烯增強體增強翻新再利用方式具有更大的經(jīng)濟效益，可作為未來輪胎翻新技術的一個發(fā)展途徑。