飛機(jī)拆解后的循環(huán)再利用

Thierry Dubois

智能化的再循環(huán)

據(jù)美國機(jī)隊(duì)再循環(huán)協(xié)會(huì)（AFRA）統(tǒng)計(jì)，近年來每年約有700架飛機(jī)在退役之后進(jìn)行拆卸和再循環(huán)。國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）指出，2018年客機(jī)的平均退役年限為25.9年，貨機(jī)的退役年限為32.5年。

空客公司與賽峰公司和蘇伊士廢物處理專業(yè)公司（Suez）聯(lián)合控股的Tarmac Aerosave公司專門從事飛機(jī)維修、儲(chǔ)存、拆卸和再循環(huán)業(yè)務(wù)。該公司表示，飛機(jī)拆解和回收再利用是飛機(jī)全壽命周期使用的一部分，為了保持飛機(jī)的價(jià)值，飛機(jī)所有者應(yīng)該注意保持拆解部件的適航性并遵從環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

就價(jià)值而言，拆解飛機(jī)的目的是出售零部件，其中發(fā)動(dòng)機(jī)是最貴的部件，即使在服役20年后也是如此。其價(jià)值約占報(bào)廢飛機(jī)總銷售價(jià)格的70%～80%，甚至有時(shí)高達(dá)85%。

SGI航空咨詢公司認(rèn)為，除了發(fā)動(dòng)機(jī)還有一些其他有價(jià)值的部件，按重要性排序依次是起落架、輔助動(dòng)力裝置、發(fā)電機(jī)等動(dòng)力裝置、飛行控制和導(dǎo)航系統(tǒng)，它們通常也被稱為高價(jià)值部件，加在一起占除發(fā)動(dòng)機(jī)之外機(jī)身價(jià)值的70%。另外，逃生滑梯和襟翼滑軌也有一定的回收價(jià)值。

德國Moraero飛機(jī)拆卸和回收公司的專家表示，不管怎樣，拆解過程中總有一些零件必須報(bào)廢，但報(bào)廢后需要有完整的文件證明部件已被專業(yè)處理和銷毀。根據(jù)國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）的規(guī)定，在零件報(bào)廢后，客戶應(yīng)該收到一份“廢物處理證明”，以防止未經(jīng)批準(zhǔn)的可疑部件或假冒部件（仿制部件）流入備件市場。

在備件方面，空客A380最近出現(xiàn)了一個(gè)特殊情況。2019年底第一架A380在法國塔布拆解時(shí)，二手備件就引發(fā)了熱切的關(guān)注，當(dāng)時(shí)的需求非常強(qiáng)烈，Tarmac公司從每架A380上拆除近6000個(gè)部件，數(shù)量遠(yuǎn)高于每架A330拆解的700～1000個(gè)。不同尋常的是，拆除了A380后的發(fā)動(dòng)機(jī)掛架，還計(jì)劃再利用。據(jù)德國Scope Analysis咨詢公司透露，一部新的A380主起落架的價(jià)格在2500萬美元左右。因此這一“龐然大物”身上的二手部件都非常有價(jià)值，可謂是“渾身是寶”。由于A380飛機(jī)尺寸龐大，拆解時(shí)甚至一度引發(fā)了新型工裝的開發(fā)熱潮。

Tarmac公司在歐洲占有30%的（以件計(jì)算）空客和波音飛機(jī)拆解市場，在全球占有10%的市場份額。該公司共有40名員工，在西班牙塔爾比斯和特魯埃爾從事拆解和回收業(yè)務(wù)，公司自成立以來回收了220架民用飛機(jī)和135臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)在，該公司認(rèn)為新一代飛機(jī)除了第一批A380之外，還有許多空客A330和波音777機(jī)型也已經(jīng)進(jìn)入回收再利用市場。

IATA在其《飛機(jī)退役最佳行業(yè)典范手冊(cè)》（BIPAD）中指出，航空公司通過飛機(jī)退役再循環(huán)，將這些零部件作為備件出售和再循環(huán)，可以優(yōu)化公司收入。BIPAD手冊(cè)主要針對(duì)飛機(jī)所有者和運(yùn)營商。目前，BIPAD和美國機(jī)隊(duì)再循環(huán)協(xié)會(huì)的《最佳管理典范》手冊(cè)都是飛機(jī)拆解和回收專業(yè)公司遵循的行業(yè)規(guī)范。通常，飛機(jī)的殘值主要是通過拆卸高價(jià)值部件實(shí)現(xiàn)的，然后才是回收飛機(jī)上的金屬材料。

由于廢舊飛機(jī)的主要組成部分是鋁材，而特種鋁合金在市場上又有著巨大的生產(chǎn)需求，因此飛機(jī)拆解后的金屬回收再利用無疑是明智的。當(dāng)前，盡管金屬分選工藝已有很大改進(jìn)，但在整個(gè)回收利用過程中，仍沒有特別經(jīng)濟(jì)的方法將不同型號(hào)的鋁合金分離出來。

航空鋁材的再循環(huán)

假設(shè)一架飛機(jī)的正常壽命為25年，那么2040年退役的大部分飛機(jī)就是今天在役的這些機(jī)隊(duì)，它們基本上仍主要采用鋁材制造，因此，在拆解可重復(fù)使用的零部件后，回收的重點(diǎn)仍是收集鋁材。

《飛機(jī)退役最佳行業(yè)典范手冊(cè)》也稱，“在可回收材料中，鋁材占比最大，約為60%。在拆解作業(yè)之前，要從原始制造商的文件中識(shí)別出不同類型的鋁合金，使各種鋁材能夠單獨(dú)回收，從而獲得更高質(zhì)量的最終產(chǎn)品?！钡壳耙嬲龑?shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)還面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先，拆解分類是一項(xiàng)勞動(dòng)密集型工作，需要大量的手工作業(yè)，比如從飛機(jī)結(jié)構(gòu)上拆卸鉚釘、拆解體積很小的2000系鋁合金等等，因此把每一種有細(xì)微差別的鋁合金都單獨(dú)回收是一件很不容易的事，而且成本上也很不劃算。

至于是先有飛機(jī)拆解公司，還是先有金屬分類公司，這個(gè)就好像是先有雞還是先有蛋的問題。在過去，市場上有一些簡單的金屬分類工廠，如從汽車和電器的混合材料中分揀出黑色金屬等回收再利用，后來有一部分這類工廠在一定經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上就發(fā)展為飛機(jī)拆解公司，并開始對(duì)飛機(jī)拆解金屬進(jìn)行分類。

再有，飛機(jī)上采用的昂貴的鋁合金之間存在著許多種類和產(chǎn)量上的明顯差別。整體來看，與其他行業(yè)相比，飛機(jī)回收產(chǎn)生的材料量很小。例如，Tarmac Aerosave公司每年回收的鋁材量大約為1000噸，關(guān)于這部分材料在航空業(yè)中的再利用很難跟蹤。

而且在回收過程中，還有很多技術(shù)挑戰(zhàn)必須克服。因?yàn)樵倮玫匿X材越多，雜質(zhì)的含量就越高，而飛機(jī)用鋁合金的化學(xué)成分要求非常嚴(yán)格。因此飛機(jī)用鋁材在回收冶煉過程中必須解決防腐化合物的問題。

到目前為止，至少2000系鋁合金可以與7000系鋁合金混合，并在航宇業(yè)中重復(fù)使用。當(dāng)然，飛機(jī)用鋁材也可以回收后用于其他產(chǎn)品。

對(duì)鈦合金而言，最終產(chǎn)品的規(guī)格非常嚴(yán)格，因此從拆解飛機(jī)上回收鈦必須在工業(yè)生產(chǎn)開始時(shí)就將這一問題考慮其中，然后在每個(gè)生產(chǎn)階段，包括檢查階段進(jìn)行跟蹤。因此，回收的鈦通常成為鋼合金的一部分。

這也是為何許多OEM想方設(shè)法升級(jí)飛機(jī)用金屬的原因。例如，龐巴迪等公司正在設(shè)法將金屬部件進(jìn)行升級(jí)，目的是使飛機(jī)部件壽命期末能夠順利轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新型增值產(chǎn)品。在龐巴迪與蒙特利爾大學(xué)和魁北克航宇研究創(chuàng)新聯(lián)盟的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目中，他們利用飛機(jī)部件創(chuàng)造出了各種日用生活品，包括自行車、情境臺(tái)燈、皮革時(shí)尚夾克、折疊桌和掛鐘。龐巴迪在對(duì)其中一些原型進(jìn)行了全壽命周期比較評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，對(duì)部件進(jìn)行升級(jí)改造比回收再利用產(chǎn)生的環(huán)境足跡更小?？湛凸镜腂izLab業(yè)務(wù)孵化器有兩名員工也有類似的理念，他們創(chuàng)建了一家名為“一片天空（A Piece of Sky）”的在線商店，出售利用飛機(jī)部件升級(jí)改造的家具。

總的來說，回收金屬在飛機(jī)再循環(huán)總價(jià)值中的占比很小。但Tarmac公司認(rèn)為回收金屬有助于將飛機(jī)的可回收比例保持在89%～91%的水平，而且在塑料和復(fù)合材料能夠被大量回收之前，金屬回收比例不會(huì)提高。

復(fù)合材料的再循環(huán)

在復(fù)合材料方面，新一代飛機(jī)的碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料（CFRP）的回收再利用可能很快實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谛乱淮w機(jī)中CFRP所占的比例越來越大，它的再利用問題也變得更加重要。CFRP因重量很輕、有利于節(jié)油而著稱，但是CFRP產(chǎn)品在全壽命周期中的環(huán)境足跡卻很差，其回收再利用問題被原始制造商所忽視。但今后隨著飛機(jī)所有者的環(huán)保理念越來越強(qiáng)，他們正在將更加環(huán)保的原則納入內(nèi)部指導(dǎo)方針，所以說復(fù)合材料的回收再利用需求正在變得越來越強(qiáng)烈。

與最初的高性能設(shè)計(jì)相比，碳纖維目前的回收再利用價(jià)值很低。因此，目前的努力方向是回收再利用更多的碳纖維，同時(shí)保持其特性。在空客A380的拆解中，由于其復(fù)合材料重量占比高達(dá)25%，所以當(dāng)時(shí)也引發(fā)了Tarmac Aerosave公司對(duì)復(fù)合材料的回收再利用的興趣。

Tarmac Aerosave公司與一些已經(jīng)設(shè)計(jì)出碳纖維再循環(huán)工藝并能夠設(shè)法保持碳纖維長度的歐洲公司在接觸。因?yàn)殚L度是碳纖維應(yīng)用的關(guān)鍵，通常需要幾十厘米，而且纖維的取向必須一致，才能保證復(fù)合材料獲得很高的機(jī)械性能。

目前已經(jīng)開發(fā)的再循環(huán)工藝涉及到縮短再生纖維。但也有一些公司能夠每年生產(chǎn)數(shù)十噸可回收的長碳纖維，技術(shù)較為成熟。因此碳纖維復(fù)合材料的回收再利用這一新生事物遲早會(huì)蓬勃發(fā)展的，特別是得益于游艇和體育器材等其他制造業(yè)的帶動(dòng)，前景較為樂觀。

Xcrusher公司也是一家復(fù)合材料回收公司，該公司已經(jīng)開發(fā)了一種回收技術(shù)，通過預(yù)浸碳纖維材料的邊角料，充分利用碳纖維的電性能，在纖維中產(chǎn)生千兆瓦量級(jí)的電脈沖使樹脂升華。該公司表示，經(jīng)過處理的纖維與新品一樣，力學(xué)和化學(xué)特性都完好無損。電脈沖的持續(xù)時(shí)間約為1納秒，因此能效很高。這種工藝生產(chǎn)出的纖維具有恒定的截面和比重，該公司能以1米/秒的速度生產(chǎn)數(shù)千米長的連續(xù)纖維，計(jì)劃在未來6個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)每年100噸的產(chǎn)能。生產(chǎn)碳纖維卷軸的試點(diǎn)工廠位于巴黎附近的圣歐恩，是蘇伊士公司的合作伙伴。

ELG碳纖維公司正在研究在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中使用再生碳纖維的技術(shù)。2019年12月，該公司與英國哈德斯菲爾德大學(xué)鐵路研究所合作，推出了世界上第一個(gè)用這種材料制造的列車轉(zhuǎn)向架，新的總裝正在測試中，它比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架輕，優(yōu)化了垂直和橫向剛度。該公司率先采用熱解技術(shù)從邊角料中回收碳纖維，并與波音公司簽訂合同，回收787和777X使用的CFRP。在熱解去除樹脂后將纖維切割碾碎，然后用作熱塑性復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。

汽車業(yè)將其用于非織造材料壓縮成型，最終的產(chǎn)品是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋和車頂?shù)犬a(chǎn)品。據(jù)ELG介紹，已經(jīng)有幾款車模使用了這種再生纖維，再生碳纖維也正在走向更高價(jià)值的應(yīng)用，再生碳纖維的熱塑性塑料正以更好的性價(jià)比取代鋼和鎂。隨著汽車向電動(dòng)方向發(fā)展，它們還可以用于電池容器，但電池容器的強(qiáng)度和輕量化非常關(guān)鍵。

ELG公司表示，現(xiàn)在阻止再生碳纖維在機(jī)身中重復(fù)使用的是其漫長的認(rèn)證過程。未來順利認(rèn)證后預(yù)計(jì)將首先用于如客艙內(nèi)飾等非關(guān)鍵部件。盡管再生碳纖維保留了碳纖維復(fù)合材料的大部分性能，且其再次應(yīng)用對(duì)纖維的長度要求可以較短，但如果要應(yīng)用于機(jī)身，必須證明其滿足機(jī)械要求。

未來，拆解飛機(jī)的材料可能成為ELG熱解工藝流程的原料，這無疑是一種進(jìn)步，因?yàn)榫铜h(huán)境足跡控制而言，一個(gè)行業(yè)最好是能將自己的材料實(shí)現(xiàn)再利用，而不是將材料出口到另外的行業(yè)。

事實(shí)上，再循環(huán)業(yè)務(wù)在近期發(fā)展的決定因素是遵守環(huán)境保護(hù)法并成為回收再利用的最佳管理實(shí)踐，這樣不僅可以延長飛機(jī)資產(chǎn)的壽命，還有助于提升飛機(jī)所有者的環(huán)保公眾形象。

IATA的《飛機(jī)退役最佳行業(yè)典范手冊(cè)》強(qiáng)調(diào)，飛機(jī)資產(chǎn)需要采取更好的做法，而不是將其封存在沙漠中、沒有經(jīng)過維護(hù)/凈化的飛機(jī)，以及在機(jī)場棄置的飛機(jī)，或拆解后只回收鋁，畢竟這些飛機(jī)上還有其他可回收材料，如電子元件或塑料。

另外，拆解階段產(chǎn)生的危險(xiǎn)品必須做到安全控制，同樣，再循環(huán)企業(yè)也必須控制向空氣中的排放，例如鋸切割階段含有重金屬的油漆粉塵，排放到土壤中的物質(zhì)不得含有燃料或廢水。

Tarmac公司一直使用水冷卻的金剛石線切割框架，該系統(tǒng)被認(rèn)為比常用的液壓鉗更清潔，更安全，且消除了火災(zāi)的隱患。該公司還創(chuàng)建了一種移動(dòng)式切割設(shè)施，可以在封閉的環(huán)境中加工窄體機(jī)身，從而避免石棉等有害物質(zhì)的擴(kuò)散。這種移動(dòng)設(shè)備還可以被船運(yùn)到退役飛機(jī)所在地，因?yàn)橛械耐艘埏w機(jī)在惡劣條件下停放太久，所以不能再飛了，只能原地拆解。據(jù)稱，采用該設(shè)施的第一份合同是法國的63架軍用飛機(jī)。

（航天工程大學(xué)昌平士官學(xué)校王朝暉 譯自AW&ST）