绿色制造在汽车领域中的应用和发展

文/马 腾

绿色制造在汽车领域中的应用和发展

文/马 腾

传统的工业制造模式往往只关注产品的生产环境，缺乏环境保护意识，处于“资源—产品—污染排放”的单向线性和非循环的生产模式，而现今的制造业更强调有效的利用资源和保护环境，表现为“资源—产品—再生资源”的持续循环增长方式，在这样的时代背景下，一种面向循环经济，着眼产品制造与环境协调发展，促进企业经济效益和社会效益共同提高的绿色制造模式正迅速发展起来。

绿色制造的概念及内涵

绿色制造GM（Green Manufacturing），又称环境意识制造（ECM）、面向环境的制造（MFE）等，是1996年由美国制造工程师学会（SME）提出的。借鉴美国制造工程师学会的观点，绿色制造的基本概念可定义为：它是一个综合考虑环境影响和资源效率的先进制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高，并尽可能地使废弃物资源化和无害化，从而使系统经济效益和社会效益达到最优，是实现制造业可持续发展的重要生产方式。其内涵是产品生命周期的全过程均具有绿色性。循环经济的绿色制造模式追求的理念是系统内各生产过程从原料、中间产物、废物每一个环节的物质循环，达到资源、能源、投资的最优利用。

绿色设计是汽车绿色制造的基础

作为绿色制造的首要环节，在产品的设计初期，就要将环境因素和防止污染的措施融入到产品的设计当中。绿色设计可以将污染和浪费在制造的源头加以限制。好的产品绿色设计能够充分利用资源，有较高的原材料利用率，产品无害于人体健康和环境。另外，在设计过程中，还应该注意到生产的规模，它对原材料的利用率和污染物排放量的多寡以及经济效益有直接影响。

在汽车行业绿色设计除考虑传统设计所满足的产品技术功能目标和经济目标外，还需要考虑好以下几方面的问题：

1.汽车产品的原理设计与结构设计，便于废旧零部件的重用或补修，材料要综合利用；2.考虑汽车产品使用过程中对环境的影响；3.汽车产品制造工艺的合理性；4.设计合理的产品包装材料和合理的运输储运；5.不可再生废物的利用。

汽车的绿色设计在其设计、制造、销售、使用到报废回收再利用等过程的整个生命周期内，始终将环境性能作为设计目标及出发点，力求汽车成为对生态和环境的影响最小、资源效率最高、能源消耗最低，在特定的技术标准下生产出来的绿色产品。因此，未来的绿色汽车是集新能源技术、高新材料技术、应用电子技术、环保技术、先进制造技术等现代高科技于一身，并成为无污染、健康、安全和节能的交通运输工具。

汽车产品的绿色材料

汽车制造使用的材料资源，要从可选用的材料中挑选出能满足绿色可循环原则的材料，少用短缺、稀有和对环境污染严重的原材料，多用废料、余料或回收材料作为原材料，尽量寻找短缺或稀有原材料的代用材料；减少所用材料种类，尽量采用相容性好的材料，利于报废后产品的分类回收，尽量少用或不用有毒有害的原材料，优先采用可再利用或再循环的材料。在汽车零部件设计时，需采用产品的模块化设计，减少零部件数目，增加汽车的可拆卸性与回收性。

原材料的制造质量也非常重要，其直接影响生产的产出率和废物的产生量。如果原材料含有过多的杂质，生产过程中就会产生一些不合格的产品，这样既加大了处理废物的工作量和费用，同时增加了原材料和废物的运输成本。

绿色材料选择是一个系统性和综合性很强的复杂工程：一是绿色材料尚无明确界限，实际选用中很难处理；二是选用材料，不能仅考虑其绿色性，还必须考虑产品的功能、质量和成本等多方面的要求，这些更增添了面向环境的产品材料选择的复杂性。

天然可再生材料的能量和二氧化碳平衡远远优于对应的人工合成材料。如天然纤维从播种到形成天然纤维织物所需的能量总计仅为制造玻璃纤维织物所需能量的五分之一。

汽车产品的回收再利用

汽车产品的回收再利用是绿色产品在其整个生命周期中的重要环节。汽车产品的绿色回收是产品废弃以后，对产品进行回收处理的过程。传统设计方法很少考虑产品的回收，而在绿色制造中，产品回收是其最重要的一个阶段，因为绝大部分产品对环境的影响主要体现在报废回收阶段。

对汽车产品的绿色使用目前主要还集中在延长产品的使用周期和减少使用中的能源浪费及环境污染方面。延长产品生命周期可以减少产品报废后的各种处置工作，从而提高资源利用率，减少对环境的负面影响。增加产品的可维护性是延长产品生命周期的一个重要方法。因此，必须在设计阶段就考虑产品可回收再用性和拆卸性，尤其是易损件的拆卸和维修。

可回收再用的产品设计，在进行产品设计时，充分考虑产品零部件及材料回收的可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用。如德国奔驰汽车公司从设计开始，就注重汽车的可回收性，生产、使用过程中产生的废弃物、废能、废气、废液等做到全部回收，到产品报废时，汽车本身再被拆解、回收、利用。

拆卸是实现绿色回收的重要手段。拆卸分为破坏性拆卸和非破坏性拆卸两种。面向拆卸的设计研究主要集中于非破坏性拆卸。目前，全球每年都有上千万辆汽车报废。而美国每年的报废汽车，其中的95%被拆卸，汽车部件的75%被回收。

目前的研究认为面向环境的产品回收处理是个系统工程，从产品设计开始就要充分考虑回收问题，并作系统分类处理。产品寿命终结后，可以有多种不同的处理方案。各种方案的处理成本和回收价值都不一样，需要对各种方案进行分析与评估，确定出最佳的回收处理方案，从而以最少的成本代价获得最高的回收价值，即进行绿色产品回收处理方案设计。评价产品回收处理方案设计主要考察三方面：效益最大化、重新利用的零部件尽可能多、废弃部分尽可能多，实施汽车绿色再制造工程不仅可以尽可能地回收废旧汽车中可利用的零部件和材料，面且还可以最大限度地利用在汽车全生命周期中各阶段的能量和材料，如在汽车维修阶段换下的材料，既可采用绿色再制造技术进行修复、再生，也可以进行材料回收、重熔，使之作为汽车的原材料，还可稍加改变作为材料参与其他产品的生命周期循环。

结论

目前，中国被认为是最大的汽车市场，如果不能顺应环境和能源挑战的新趋势，那么中国的汽车工业终将被淘汰，因此大力发展绿色环保汽车，将是我国的必然选择。绿色环保汽车的研发将是中国一项长期而艰巨的任务。通过汽车成型初期，绿色零件设计的开发和对绿色材料的选用，及汽车使用中和报废后对零件或材料维修后的再利用，可大大降低生产成本，减少环境污染，促进环境与资源的可持续发展。

[作者单位：海马（郑州）汽车有公司]