綠色制造在汽車領域中的應用和發展

文/馬 騰

綠色制造在汽車領域中的應用和發展

文/馬 騰

傳統的工業制造模式往往只關注產品的生產環境，缺乏環境保護意識，處于“資源—產品—污染排放”的單向線性和非循環的生產模式，而現今的制造業更強調有效的利用資源和保護環境，表現為“資源—產品—再生資源”的持續循環增長方式，在這樣的時代背景下，一種面向循環經濟，著眼產品制造與環境協調發展，促進企業經濟效益和社會效益共同提高的綠色制造模式正迅速發展起來。

綠色制造的概念及內涵

綠色制造GM（Green Manufacturing），又稱環境意識制造（ECM）、面向環境的制造（MFE）等，是1996年由美國制造工程師學會（SME）提出的。借鑒美國制造工程師學會的觀點，綠色制造的基本概念可定義為：它是一個綜合考慮環境影響和資源效率的先進制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的負面影響最小，資源效率最高，并盡可能地使廢棄物資源化和無害化，從而使系統經濟效益和社會效益達到最優，是實現制造業可持續發展的重要生產方式。其內涵是產品生命周期的全過程均具有綠色性。循環經濟的綠色制造模式追求的理念是系統內各生產過程從原料、中間產物、廢物每一個環節的物質循環，達到資源、能源、投資的最優利用。

綠色設計是汽車綠色制造的基礎

作為綠色制造的首要環節，在產品的設計初期，就要將環境因素和防止污染的措施融入到產品的設計當中。綠色設計可以將污染和浪費在制造的源頭加以限制。好的產品綠色設計能夠充分利用資源，有較高的原材料利用率，產品無害于人體健康和環境。另外，在設計過程中，還應該注意到生產的規模，它對原材料的利用率和污染物排放量的多寡以及經濟效益有直接影響。

在汽車行業綠色設計除考慮傳統設計所滿足的產品技術功能目標和經濟目標外，還需要考慮好以下幾方面的問題：

1.汽車產品的原理設計與結構設計，便于廢舊零部件的重用或補修，材料要綜合利用；2.考慮汽車產品使用過程中對環境的影響；3.汽車產品制造工藝的合理性；4.設計合理的產品包裝材料和合理的運輸儲運；5.不可再生廢物的利用。

汽車的綠色設計在其設計、制造、銷售、使用到報廢回收再利用等過程的整個生命周期內，始終將環境性能作為設計目標及出發點，力求汽車成為對生態和環境的影響最小、資源效率最高、能源消耗最低，在特定的技術標準下生產出來的綠色產品。因此，未來的綠色汽車是集新能源技術、高新材料技術、應用電子技術、環保技術、先進制造技術等現代高科技于一身，并成為無污染、健康、安全和節能的交通運輸工具。

汽車產品的綠色材料

汽車制造使用的材料資源，要從可選用的材料中挑選出能滿足綠色可循環原則的材料，少用短缺、稀有和對環境污染嚴重的原材料，多用廢料、余料或回收材料作為原材料，盡量尋找短缺或稀有原材料的代用材料；減少所用材料種類，盡量采用相容性好的材料，利于報廢后產品的分類回收，盡量少用或不用有毒有害的原材料，優先采用可再利用或再循環的材料。在汽車零部件設計時，需采用產品的模塊化設計，減少零部件數目，增加汽車的可拆卸性與回收性。

原材料的制造質量也非常重要，其直接影響生產的產出率和廢物的產生量。如果原材料含有過多的雜質，生產過程中就會產生一些不合格的產品，這樣既加大了處理廢物的工作量和費用，同時增加了原材料和廢物的運輸成本。

綠色材料選擇是一個系統性和綜合性很強的復雜工程：一是綠色材料尚無明確界限，實際選用中很難處理；二是選用材料，不能僅考慮其綠色性，還必須考慮產品的功能、質量和成本等多方面的要求，這些更增添了面向環境的產品材料選擇的復雜性。

天然可再生材料的能量和二氧化碳平衡遠遠優于對應的人工合成材料。如天然纖維從播種到形成天然纖維織物所需的能量總計僅為制造玻璃纖維織物所需能量的五分之一。

汽車產品的回收再利用

汽車產品的回收再利用是綠色產品在其整個生命周期中的重要環節。汽車產品的綠色回收是產品廢棄以后，對產品進行回收處理的過程。傳統設計方法很少考慮產品的回收，而在綠色制造中，產品回收是其最重要的一個階段，因為絕大部分產品對環境的影響主要體現在報廢回收階段。

對汽車產品的綠色使用目前主要還集中在延長產品的使用周期和減少使用中的能源浪費及環境污染方面。延長產品生命周期可以減少產品報廢后的各種處置工作，從而提高資源利用率，減少對環境的負面影響。增加產品的可維護性是延長產品生命周期的一個重要方法。因此，必須在設計階段就考慮產品可回收再用性和拆卸性，尤其是易損件的拆卸和維修。

可回收再用的產品設計，在進行產品設計時，充分考慮產品零部件及材料回收的可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結構工藝性等與回收有關的一系列問題，以達到零部件及材料資源和能源的充分有效利用。如德國奔馳汽車公司從設計開始，就注重汽車的可回收性，生產、使用過程中產生的廢棄物、廢能、廢氣、廢液等做到全部回收，到產品報廢時，汽車本身再被拆解、回收、利用。

拆卸是實現綠色回收的重要手段。拆卸分為破壞性拆卸和非破壞性拆卸兩種。面向拆卸的設計研究主要集中于非破壞性拆卸。目前，全球每年都有上千萬輛汽車報廢。而美國每年的報廢汽車，其中的95%被拆卸，汽車部件的75%被回收。

目前的研究認為面向環境的產品回收處理是個系統工程，從產品設計開始就要充分考慮回收問題，并作系統分類處理。產品壽命終結后，可以有多種不同的處理方案。各種方案的處理成本和回收價值都不一樣，需要對各種方案進行分析與評估，確定出最佳的回收處理方案，從而以最少的成本代價獲得最高的回收價值，即進行綠色產品回收處理方案設計。評價產品回收處理方案設計主要考察三方面：效益最大化、重新利用的零部件盡可能多、廢棄部分盡可能多，實施汽車綠色再制造工程不僅可以盡可能地回收廢舊汽車中可利用的零部件和材料，面且還可以最大限度地利用在汽車全生命周期中各階段的能量和材料，如在汽車維修階段換下的材料，既可采用綠色再制造技術進行修復、再生，也可以進行材料回收、重熔，使之作為汽車的原材料，還可稍加改變作為材料參與其他產品的生命周期循環。

結論

目前，中國被認為是最大的汽車市場，如果不能順應環境和能源挑戰的新趨勢，那么中國的汽車工業終將被淘汰，因此大力發展綠色環保汽車，將是我國的必然選擇。綠色環保汽車的研發將是中國一項長期而艱巨的任務。通過汽車成型初期，綠色零件設計的開發和對綠色材料的選用，及汽車使用中和報廢后對零件或材料維修后的再利用，可大大降低生產成本，減少環境污染，促進環境與資源的可持續發展。

[作者單位：海馬（鄭州）汽車有公司]