报废汽车拆解与回收技术的发展与研究现状

周自强，戴国洪，谭翰墨

（1.常熟理工学院 机械工程学院，江苏 常熟 215500）（2.苏州市汽车绿色拆解回收利用智能装备技术重点实验室，江苏 常熟 215500）

至2011年中国汽车保有量已经超过一亿辆，按照我国《汽车报废标准》，我国报废汽车的数量也在快速增长，据相关机构预测，至2020年，我国的年报废汽车数量将达到600万辆.汽车报废已经成为一个严重的社会和环境问题.如果不进行科学有效地回收和处理，其所造成的危害将不可小觑.按照国家建设资源节约型与环境友好型社会的总目标，报废汽车拆解回收对于提高资源再利用水平、发展循环经济，以及节能降耗等方面都具有重要的意义.从国内的情况来看，国家和部分省市也陆续出台了一系列关于汽车拆解与回收方面的政策、法规.这也从一个侧面反映了国家对这一问题的重视.因此，在报废汽车的高峰到来之前，对这一领域进行相关理论、技术和应用的研究具有非常重要的意义.虽然国外在汽车拆解方面已经有了很多年的实践经验，但是其做法与设备不完全适合中国国情.如美国的粉碎式暴力拆解模式，是将报废汽车简单处理后（抽取废液，拆卸轮胎）就直接进行粉碎，然后对粉碎后的碎片进行分选.这种做法的材料利用率有限，因此我们必须研究开发适合我国国情的汽车拆解回收模式和相关装备.

1 报废汽车拆解与回收的相关技术领域

1.1 物流技术

报废汽车的拆解与回收首先要解决的是物流问题，其中包括了报废汽车的收集、运输，以及报废汽车的仓储管理，也包括拆解过程中拆解企业的内部物流，最后还有拆解后的各类总成和零部件的仓储管理和运输问题，直到完成原材料的重新利用或者零部件的再制造并重新进入工业生产的循环流程.

从物流装备的角度来看，需要设计和制造一系列的专用物流装备.首先，报废汽车相对于一般产品来说体积较大，使用通用装载工具存在诸多不安全因素，为此必须设计和制造行业专用的一些设备，如行业专用的叉车属具、专用的起重机抓斗、专用运输车辆等.对于运输和中转来说，需要设计大批量存放报废汽车的仓储设备.对于拆解企业来说也要设计企业内部专用的中转仓库，以及各类总成和零部件的仓储设备，这些设备既要便于使用，又要便于中转和运输.另外拆解过程中产生的各类液体和固体废物的安全运输也是一个需要考虑的问题.

1.2 拆解装备与拆解线

报废汽车的拆解装备包括预处理设备、车身翻转设备与拆解平台、拆解设备以及车身压缩与打包设备，如果从报废汽车拆解回收的全过程来看，车身破碎设备、分选设备等都属于拆解装备的范畴.其中预处理设备包括各类废液的抽取和回收设备，设计高效专用的回收设备可以避免拆解过程中的二次污染.如汽车空调中的制冷剂如果不加以处理就直接进入破碎环节，势必会导致氟利昂类的温室气体大量排入大气，从而造成新的污染和危害.车身翻转设备与拆解平台的作用是对报废汽车车身进行大角度翻转，从而便于操作人员进行零部件的拆解.另外，汽车拆解过程中的各类工具也是十分重要的环节，由于报废汽车种类繁多，不可能用汽车生产过程中的工具来进行拆解工作，因此如果设计适应性强、操作方便的拆解工具也是该领域中的重要研究内容.

1.3 信息管理技术

由于报废汽车类型众多，不同类型与品牌的汽车在零部件的材料和拆解方法上都不尽相同.而且在整个拆解过程中的去向也不同，有些零部件如发动机、变速箱等需要严格控制其去向；而有些零部件则可以经过检测重新回到维修市场.如果没有一个完整的信息系统来支持，这些环节将很难进行下去.因此，必须建立一个有众多汽车企业支持，基于互联网的信息管理平台，使报废汽车拆解企业不仅能够对不同类型汽车的拆解工艺进行信息共享，也能够对可回收利用的零部件信息进行发布和共享.该信息平台甚至可以在有效监控的前提下与电子商务网站进行联接.

1.4 材料分选技术

在对车身进行破碎处理以后所形成的各类碎片中包含了金属材料、塑料、橡胶等各类材料，其中金属材料又分为黑色金属钢和铜、铝等有色金属材料.如何将这些不同类型的碎片材料进行合理分选并加以利用.目前常用的是磁力分选和重力分选等方法.另外汽车工业自身也在对材料进行改进，例如传统的内饰件材料是不可回收的，而现在可回收的GMT板材在汽车内饰件材料中的应用率越来越高，用这种材料制作的内饰件在回收以后可以重新制作成新的内饰件.

1.5 零部件的回收利用和再制造技术

再制造是指将报废汽车零部件、工程机械、机床等进行专业化修复的批量化生产过程，是循环经济“再利用”的高级形式，其产品能够达到与原有新品相同的质量和性能[1].从制造成本来看，再制造技术生产的发动机成本不到新机的80%，更为重要的是其环境效益，通过再制造可以大大减少能源与原材料的消耗，相对于传统制造而言，再制造的碳排放量可以减少80%以上.再制造的工艺和设备、再制造零部件的检测、再制造企业的市场准入等等，涉及到大量的法律、法规和需要解决的技术问题.另一方面是材料的回收利用，有些零部件虽然不能进行再制造，但是可以用来生产其他的替代产品.例如汽车玻璃可以用来生产地砖或其他建材，汽车上的塑料件也可以用来生产包装制品.

1.6 汽车及其零部件全生命周期管理理论与技术

虽然产品全生命周期管理技术的概念涵盖了从设计到回收利用的全过程，但是目前通用的产品全生命周期技术（Product Lifecycle Management,PLM）因为是起源于产品数据管理技术（Product Data Management），它实际上只是覆盖了从产品设计、制造以及营销的阶段性过程，后续的维修，特别是拆解和回收处理这一过程实际上没有得到有效的覆盖.在国外的汽车制造领域中，其传统的做法也是通过按照一定比例存储车辆零部件备品，以备维修使用，例如美国福特公司就专门为其所生产的所有车型在其有效寿命期内保存了零件备品，以备维修使用.这种传统模式实际上是一种成本高、效率低的做法.在网络化时代，通过研究并实现覆盖车辆使用、维护、维修以及拆解回收全过程的PLM技术将有助于通过社会化的方式达到资源的最优配置.

1.7 汽车零部件回收利用的经济性评估理论与技术

报废汽车拆解过程中零部件回收利用的基本流程如图1所示，报废汽车拆解过程中零部件可以有多种途径进入再利用阶段.如铝合金轮圈拆卸后可直接进入工业材料环节进行处理，汽车上的一些电机在检测合格的情况下可以进入维修市场再次利用，对于挡风玻璃这类的零件再制造的意义不大，而维修市场的需求量有限，如果作为原材料进行回收，其运输成本可能大于本身所能产生的价值增值，所以切实可行的办法是将其加工为其他产品进行再利用，如加工成彩色地砖、装饰材料等.因此从经济学的角度来看，报废汽车拆解回收的工作流程实际上是一个新的价值增值的循环过程，这一过程同样符合生产活动的一般规律.一方面有价值增值，另一方面也存在着设备成本、人力成本、管理成本等经济因素.因此，从经济性的角度对拆解和回收过程进行研究，并给出一种在实际生产中便于操作的评估理论对于报废汽车的拆解和回收行业的健康有序发展是至关重要的.

图1 报废汽车零部件回收利用的基本流程

1.8 面向汽车拆解与回收利用的绿色设计与制造技术

面向装配的设计（Design for Assembly,DFA）和面向制造的设计DAM（Design for Manufacturing,DFM）已经为业界所熟知，但是面向拆解与回收利用的绿色设计，特别是在汽车领域中的应用目前还处于起步阶段.由于汽车工业是一个庞大的系统工程，在整个产业链条中涉及到很多规范化、标准化的工作.绿色设计与制造技术的理念虽然已经得到了社会的认可，但是具体的技术性工作还有待于落实.应该说在汽车行业中实践绿色设计与制造技术，其社会效益和经济效益都是非常可观的.具体来说，应该在零部件材料的制造、装配方法方面进行深入研究，并最终形成技术标准，最终在行业内得到应用.例如传统的汽车内饰件材料是不可回收的，目前新型GMT（热塑性玻璃纤维增强聚丙烯）板材在汽车内饰件方面就得到了广泛应用，这种材料在拆解后可以回收并重新制成GMT板材，因此可以在很大程度上降低汽车拆解后对环境的影响.

2 国内外的发展与研究现状

西方国家在报废汽车的回收与拆解方面已经发展了较长的时间，形成了较为完备的法律法规体系.同时也根据其国情特点发展出了自己的技术体系.这些国家一般都采用自动化程度较高的拆解模式，材料利用水平和能耗水平的考虑都在其次.以美国为例，其采用的回收模式是一种粗放式拆解模式，整车在抽取废液和拆除轮胎后，直接进行压缩打包和粉碎处理，然后通过分选设备对碎片进行分选处理[2].需要说明的是，这种大功率破碎机功率可达数万千瓦，能耗极高.

西欧国家在报废汽车的拆解与回收利用方面制定了一系列严格的法律法规，其基本原则是谁生产谁负责回收处理.因此，各汽车品牌或者独自建立回收处理体系，或者是几家汽车品牌联合成立报废汽车的回收处理体系.在报废汽车的处理流程上，与美国不同的是欧洲国家在报废汽车的拆解回收方面与再制造技术进行了充分的结合[3,4].图2是其拆解和分选流程的示意图.在拆解工作的前期，把能够进行再制造的零部件先拆卸下来，进入再制造企业进行加工，经过再制造并达到技术要求后重新进入新车制造领域.对于一些能直接回收作为原材料的零件也要进行拆卸处理.另外如排气系统中的催化器因为含有稀土元素，也需要在进行破碎作业前进行拆卸.接着就是用冲击破碎方式对整车进行破碎处理，然后通过磁力分选、旋流分选、重力分选等不同的分选方式对碎片进行分类，并最终回到工业生产环节中去.另外，大众、宝马等四十多家汽车企业还联合开发了一套面向报废汽车拆解的信息支持系统IDIS（International Dismantling Information System），旨在提高拆解企业的工作效率和技术水平[5].

日本作为亚洲的汽车大国，大量报废汽车曾一度成为日本环境污染的重要源头之一.2002年经济产业省和环境省与企业、协会等各方面共同提交了《汽车回收再利用法》并获得通过.随后日本的一些制造企业结合自身企业的特点，纷纷投入资源进行报废汽车绿色回收再利用技术和装备的研发，目前汽车拆解机、汽车拆解翻转机等报废汽车拆解专用设备已相继投入使用.

3 中国的报废汽车拆解与回收

3.1 报废汽车拆解与回收利用的现状

我国报废汽车回收拆解行业已经形成了一定的规模，现有报废汽车回收拆解企业1000多家，普遍存在着拆解水平低、设备和技术落后的问题，其次是拆解过程中缺乏规范化操作的管理，往往会造成拆解过程的二次污染.在拆解工艺方面基本上是粗放式的手工拆解，目前还没有形成标准的规范化工业拆解线.在拆解工具方面也是以简单的手工工具为主，缺少适应性强的自动化工具.近年来国家有关部门将报废汽车的回收利用问题也提上了议事日程.一系列相关的法律法规和技术标准相继出台，包括《报废汽车回收拆解企业技术规范》（GB22128-2008），《汽车产品回收利用技术政策》，《汽车零部件再造试点管理办法》等等.

图2 欧洲国家的拆解回收流程

3.2 报废汽车拆解与回收领域的技术研究

上海交通大学、同济大学、南京航空航天大学以及常熟理工学院等高校是少数在该领域内开展科研和技术开发的单位.其中上海交通大学承担了国家“十一五”科技支撑计划“报废汽车绿色拆解处理与利用关键技术及示范应用”课题，开发了报废汽车塑料的识别技术等多项关键技术.同济大学在零部件再制造和拆解零部件信息管理方面进行了研究.南京航空航天大学在拆解线的物流传输技术方面开展了相关研究.常熟理工学院也通过产学研联合的模式与国内从事报废汽车拆解设备的江苏华宏科技股份有限公司进行了合作研究，并建立了苏州市汽车绿色拆解与回收利用智能装备技术重点实验室.该实验室除了与同济大学、南京航空航天大学等著名高校开展交流与合作外，还与中国再生资源产业技术创新战略联盟、中国物资再生协会、中国有色金属工业协会再生金属分会等社会机构密切合作，积极开展理论研究和应用技术层面的研究与产品研发.

4 结束语

报废汽车的拆解与回收利用技术在国外已经发展了较长的时间，在不同的国家和地区分别形成了较为完整的法规体系和技术体系.对于中国来说，报废汽车的拆解和回收利用正在引起各级政府的重视，无论从可持续发展的角度还是从建设资源节约型和环境友好型社会的角度来说，报废汽车的拆解和回收利用技术是一项利国利民的绿色产业技术.由于西方国家的报废汽车拆解模式存在着能耗高、设备投资大、柔性不足等问题，如果中国直接沿用其技术体系势必会影响到汽车拆解与回收产业的健康发展.因此，必须结合我国的具体国情，通过高校与行业企业联合的研发模式，开发出柔性大、适应性强、能耗低、产业价值高的拆解设备和拆解生产线，形成具有中国特色的汽车拆解与回收体系.

[1]潘希，徐滨士.中国再制造尚待规范化[N].科学时报，2011-08-26（A1）.

[2]Pavel Zamudio-Ramirez.The Automobile Recycling Industry in North America[EB/OL].http://www.systemdynamics.org/conferences/1999/PAPERS/PARA196.PDF.

[3]Kanari N,Pineau J L.End-of-Life Vehicle Recycling in the European Union[EB/OL].http://www.tms.org/pubs/journals/jom/0308/kanari-0308.html.

[4]Design For Recycling[EB/OL].http://www.srl.gatech.edu/education/ME4171/DFR-Intro.ppt.

[5]Recycling of End of Life Vehicles（ELV）[EB/OL].http://www.skoda.com.au/downloads/development/pdf-RecyclingOldVehicles.pdf.