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基于生命周期评价的汽车零部件绿色制造(二)

2017/5/22    来源:互联网    作者:陈效儒  李响  董海波  白瑞斌      
关键字:生命周期评价  汽车零部件  绿色制造  轻量化  
为减少汽车零部件制造的环境影响,根据绿色制造理论内涵和国内汽车行业LCA评价方法,采用本土化环境评价指标,提出了以零部件生命周期评价为技术主线的绿色制造模式。以汽车座椅轻量化为例,从原材料获取、制造装配、使用维护直到废弃再生的各个生命周期阶段加以说明,指导产品绿色制造和生态设计。结果显示,材料选取对轻量化设计和最后环境影响有至关重要的作用;相同材料不同制备方法对轻量化效果无影响,但是对环境有影响。

    3.3 生命周期评价的应用——汽车座椅轻量化

    汽车轻量化是指汽车在造价稳定和保持原有性能的基础上,有目标地减轻汽车自身的重量,提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染。铝、镁、钛等轻金属代替钢材是汽车轻量化的首选材料,也是未来汽车发展的重要方向。根据国际铝业协会的报告,乘用车辆质量每减少10%,使用阶段燃油消耗减少5.7%。但是,衡量一种材料的综合环境性能,不能仅考虑材料在使用过程中的环境效益,而忽略了其在加工、制造、废弃等其他阶段造成的环境影响。

    3.3.1 目标和范围的确定

    本文选用某汽车零部件厂商生产的单个汽车座椅作为研究对象,通过不同金属材质汽车座椅的生命周期评价,探究轻金属铝、镁替代重金属钢的环境效益,为实现汽车座椅绿色制造提供决策依据。汽车座椅的整个生命周期如图3所示,研究范围包括原材料获取、制造装配、使用维护和废弃再生过程。生命周期评价的基础数据来源于Ecoinvent 3.1,评价工具选用亿科的eBalance软件。

    3.3.2 清单分析

    1)原材料获取及制造装配阶段。该厂商生产的座椅材质是钢制的。根据文献[17]所述,铝对钢铁的替代率为0.55—0.60,镁对钢铁的替代率为0.21~0.38。本文分别选取0.55和0.21,作为铝和镁的替代率。钢制座椅、铝制座椅以及镁制座椅的材料构成如表2所示。

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    制造装配阶段主要是电能消耗。根据文献所述,单个座椅制造阶段的电能消耗约为100 kW·h。

    2)使用维护阶段。按照文献的假设,汽车总重量1 445 kg,每百公里消耗97号汽油10.6 L,汽车使用寿命为行驶20万km。假设燃料消耗平均分布到整车质量,根据文献计算油耗的方法,那么1个使用周期内1 kg重量的汽车部件消耗燃料数量为(10.6/100)×(200000/1445)=14.67 L。97号汽油的密度为0.737 kg/L。钢制、铝制及镁制座椅在完整使用周期中的汽油消耗量如表3所示。

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    3)废弃再生阶段。座椅的废弃再生处理包括:再循环回到生命周期的相应阶段,重用、加工再制造某些子部件,或者直接回收利用原材料;开环再循环,拆解熔融子部件,将回收得到的物质作为其他产品生产的原材料;对于不能回收利用的子部件,选择环境污染最小的的处理方式,如焚烧、填埋等。

    3.3.3 影响评价

    选取非生物资源消耗潜值(ADP)、酸化潜值(AP)、全球变暖潜值(GWP)、氮氧化物(NO。)和中国化石能源消耗潜值(CADP)作为环境影响评价指标,归一化后作对比分析,如图4所示。可以看出:ADP、CADP指标值比AP、GWP、NO:指标值大一个数量级,非生物资源消耗和化石能源消耗影响更加显著;铝、镁轻金属替代钢材能平均降低非生物资源消耗48.7%,同时能平均降低化石能源消耗47.2%。

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责任编辑:张纯子
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