馬洋洋 郝卓 汪慶云

（長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院）

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）方法被認(rèn)為是研究CO2排放行之有效的方法，前人的研究已得到了材料的CO2排放數(shù)據(jù)，但未結(jié)合車身材料的輕量化做出分析。文章結(jié)合專用的GaBi建模軟件，分析研究普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種車身材料的原材料獲取階段的CO2排放，得到排序；另外，汽車車身材料輕量化是目前可行的節(jié)能減排的手段之一，文章結(jié)合材料的性質(zhì)，對(duì)車身材料的輕量化發(fā)展做出合理預(yù)測(cè)，為政府、企業(yè)的決策提供了依據(jù)。

1 生命周期評(píng)價(jià)概述

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是一種用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品、工序和與服務(wù)相關(guān)的環(huán)境因素及潛在影響的工具[1]，該工具通過(guò)匯編研究對(duì)象的相關(guān)能源和材料投入以及其環(huán)境釋放的清單、評(píng)價(jià)與研究對(duì)象相關(guān)的潛在環(huán)境影響及解釋結(jié)果以幫助政府、企業(yè)作出明智的決策。生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)關(guān)系圖，如圖1所示。通過(guò)原材料收集、產(chǎn)品制造、運(yùn)輸、使用以及最后的回收?qǐng)?bào)廢這一生命周期分析，可有效獲得對(duì)環(huán)境的潛在影響分析。LCA方法可幫助企業(yè)從其生產(chǎn)和使用流程中獲取最大價(jià)值，并將可持續(xù)性和安全性融入企業(yè)的生產(chǎn)制造中。

圖1 生命周期評(píng)價(jià)系統(tǒng)關(guān)系圖

2 車身材料的生命周期評(píng)價(jià)

2.1 車身材料生命周期評(píng)價(jià)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金及碳纖維4種不同的車身材料進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)，得到這4種不同車身材料的CO2排放，分析比較各材料的節(jié)能效果并作出排序，找出4種材料中對(duì)環(huán)境影響最小的車身材料。

2.2 車身材料的碳排放

汽車車身主要由車身殼體和車門等組成，通過(guò)使用鋁合金、鎂合金或碳纖維等低密度材料來(lái)代替車身中的鋼材，可以大大減輕汽車質(zhì)量，從而改善燃料消耗[2]。為了解上述材料的CO2排放與減輕車身質(zhì)量方面的關(guān)系，文章主要研究了普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種材料組成的車身殼體，并分析了其原材料獲取階段的CO2排放。

假設(shè)CO2排放只受車身材料的質(zhì)量影響，文章運(yùn)用GaBi軟件建模，得到獲取單位質(zhì)量原材料的CO2排放量，如圖2所示。

圖2 單位質(zhì)量原材料獲取階段的CO2排放圖

從圖2可以看出，單位質(zhì)量鋁合金所產(chǎn)生的溫室氣體排放量約為普通低碳鋼所產(chǎn)生的溫室氣體排放量的6倍；對(duì)于鎂合金和碳纖維而言，所產(chǎn)生的溫室氣體排放量差異值則更大。即相比普通低碳鋼、鋁合金、鎂合金甚至碳纖維等低密度的材料會(huì)使CO2排放量大大增加。

3 車身材料的發(fā)展趨勢(shì)

汽車行業(yè)普遍認(rèn)為，汽車質(zhì)量每減少100 kg，油耗會(huì)減少0.5 L/100 km，CO2排放可減少1 kg/100 km[3]。伴隨著節(jié)能降耗呼聲的日益增高，汽車開始追求輕量化，又因車身材料的輕量化對(duì)汽車輕量化有著很大的影響（白車身質(zhì)量一般占整車質(zhì)量的40%左右），因此，汽車車身材料的輕量化發(fā)展對(duì)推動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

汽車車身輕量化是指在不改變車身的強(qiáng)度、安全性能和使用性能的條件下，盡可能地降低車身質(zhì)量[4]，因此，車身材料可選用高強(qiáng)度材料和低密度材料。

1）高強(qiáng)度材料代替低強(qiáng)度材料。目前，車身大多使用的是高強(qiáng)度鋼板，這種鋼板在保證了普通低碳鋼板優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，大大地增加了鋼材的強(qiáng)度，同時(shí)減輕了汽車的質(zhì)量。

2）低密度材料代替高密度材料。鋁合金材料是汽車車身輕量化的首選材料，它具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、回收再利用率高及能量吸收性能較高等優(yōu)勢(shì)。

此外，金屬鎂在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬中密度最小，是鋁的2/3，不到鋼或鑄鐵的1/4，相比于鋁合金，車身質(zhì)量可減輕20%左右；另外，鎂合金具有更高的比強(qiáng)度及優(yōu)良的減振性能，是汽車輕量化發(fā)展中最具潛力的結(jié)構(gòu)材料。

文章只研究了原材料獲取階段的CO2排放，分析發(fā)現(xiàn)，在獲取原材料階段的CO2排放與車身材料的輕量化是矛盾的，因此，合理選擇材料即是選擇CO2排放與材料輕量化的最佳組合。

4 結(jié)論

1）文章基于科學(xué)的生命周期評(píng)價(jià)方法，結(jié)合專用GaBi建模軟件，得到普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種材料的CO2排放排序，得出普通低碳鋼在原材料獲取階段的CO2排放最少，對(duì)制造業(yè)有一定的實(shí)用意義。

2）分析發(fā)現(xiàn)，鋁合金及鎂合金是汽車輕量化的理想材料，對(duì)節(jié)能減排有著重大意義。將車身材料的生命周期排放與車身輕量化結(jié)合起來(lái)，得出汽車制造商可以以普通低碳鋼為基礎(chǔ)，用鋁合金、鎂合金代替車身中的部件，以滿足CO2排放量低、汽車質(zhì)量輕的要求，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。