報廢汽車拆解與回收技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀

周自強，戴國洪，譚翰墨

（1.常熟理工學院 機械工程學院，江蘇 常熟 215500）（2.蘇州市汽車綠色拆解回收利用智能裝備技術(shù)重點實驗室，江蘇 常熟 215500）

至2011年中國汽車保有量已經(jīng)超過一億輛，按照我國《汽車報廢標準》，我國報廢汽車的數(shù)量也在快速增長，據(jù)相關機構(gòu)預測，至2020年，我國的年報廢汽車數(shù)量將達到600萬輛.汽車報廢已經(jīng)成為一個嚴重的社會和環(huán)境問題.如果不進行科學有效地回收和處理，其所造成的危害將不可小覷.按照國家建設資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的總目標，報廢汽車拆解回收對于提高資源再利用水平、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，以及節(jié)能降耗等方面都具有重要的意義.從國內(nèi)的情況來看，國家和部分省市也陸續(xù)出臺了一系列關于汽車拆解與回收方面的政策、法規(guī).這也從一個側(cè)面反映了國家對這一問題的重視.因此，在報廢汽車的高峰到來之前，對這一領域進行相關理論、技術(shù)和應用的研究具有非常重要的意義.雖然國外在汽車拆解方面已經(jīng)有了很多年的實踐經(jīng)驗，但是其做法與設備不完全適合中國國情.如美國的粉碎式暴力拆解模式，是將報廢汽車簡單處理后（抽取廢液，拆卸輪胎）就直接進行粉碎，然后對粉碎后的碎片進行分選.這種做法的材料利用率有限，因此我們必須研究開發(fā)適合我國國情的汽車拆解回收模式和相關裝備.

1 報廢汽車拆解與回收的相關技術(shù)領域

1.1 物流技術(shù)

報廢汽車的拆解與回收首先要解決的是物流問題，其中包括了報廢汽車的收集、運輸，以及報廢汽車的倉儲管理，也包括拆解過程中拆解企業(yè)的內(nèi)部物流，最后還有拆解后的各類總成和零部件的倉儲管理和運輸問題，直到完成原材料的重新利用或者零部件的再制造并重新進入工業(yè)生產(chǎn)的循環(huán)流程.

從物流裝備的角度來看，需要設計和制造一系列的專用物流裝備.首先，報廢汽車相對于一般產(chǎn)品來說體積較大，使用通用裝載工具存在諸多不安全因素，為此必須設計和制造行業(yè)專用的一些設備，如行業(yè)專用的叉車屬具、專用的起重機抓斗、專用運輸車輛等.對于運輸和中轉(zhuǎn)來說，需要設計大批量存放報廢汽車的倉儲設備.對于拆解企業(yè)來說也要設計企業(yè)內(nèi)部專用的中轉(zhuǎn)倉庫，以及各類總成和零部件的倉儲設備，這些設備既要便于使用，又要便于中轉(zhuǎn)和運輸.另外拆解過程中產(chǎn)生的各類液體和固體廢物的安全運輸也是一個需要考慮的問題.

1.2 拆解裝備與拆解線

報廢汽車的拆解裝備包括預處理設備、車身翻轉(zhuǎn)設備與拆解平臺、拆解設備以及車身壓縮與打包設備，如果從報廢汽車拆解回收的全過程來看，車身破碎設備、分選設備等都屬于拆解裝備的范疇.其中預處理設備包括各類廢液的抽取和回收設備，設計高效專用的回收設備可以避免拆解過程中的二次污染.如汽車空調(diào)中的制冷劑如果不加以處理就直接進入破碎環(huán)節(jié)，勢必會導致氟利昂類的溫室氣體大量排入大氣，從而造成新的污染和危害.車身翻轉(zhuǎn)設備與拆解平臺的作用是對報廢汽車車身進行大角度翻轉(zhuǎn)，從而便于操作人員進行零部件的拆解.另外，汽車拆解過程中的各類工具也是十分重要的環(huán)節(jié)，由于報廢汽車種類繁多，不可能用汽車生產(chǎn)過程中的工具來進行拆解工作，因此如果設計適應性強、操作方便的拆解工具也是該領域中的重要研究內(nèi)容.

1.3 信息管理技術(shù)

由于報廢汽車類型眾多，不同類型與品牌的汽車在零部件的材料和拆解方法上都不盡相同.而且在整個拆解過程中的去向也不同，有些零部件如發(fā)動機、變速箱等需要嚴格控制其去向；而有些零部件則可以經(jīng)過檢測重新回到維修市場.如果沒有一個完整的信息系統(tǒng)來支持，這些環(huán)節(jié)將很難進行下去.因此，必須建立一個有眾多汽車企業(yè)支持，基于互聯(lián)網(wǎng)的信息管理平臺，使報廢汽車拆解企業(yè)不僅能夠?qū)Σ煌愋推嚨牟鸾夤に囘M行信息共享，也能夠?qū)苫厥绽玫牧悴考畔⑦M行發(fā)布和共享.該信息平臺甚至可以在有效監(jiān)控的前提下與電子商務網(wǎng)站進行聯(lián)接.

1.4 材料分選技術(shù)

在對車身進行破碎處理以后所形成的各類碎片中包含了金屬材料、塑料、橡膠等各類材料，其中金屬材料又分為黑色金屬鋼和銅、鋁等有色金屬材料.如何將這些不同類型的碎片材料進行合理分選并加以利用.目前常用的是磁力分選和重力分選等方法.另外汽車工業(yè)自身也在對材料進行改進，例如傳統(tǒng)的內(nèi)飾件材料是不可回收的，而現(xiàn)在可回收的GMT板材在汽車內(nèi)飾件材料中的應用率越來越高，用這種材料制作的內(nèi)飾件在回收以后可以重新制作成新的內(nèi)飾件.

1.5 零部件的回收利用和再制造技術(shù)

再制造是指將報廢汽車零部件、工程機械、機床等進行專業(yè)化修復的批量化生產(chǎn)過程，是循環(huán)經(jīng)濟“再利用”的高級形式，其產(chǎn)品能夠達到與原有新品相同的質(zhì)量和性能[1].從制造成本來看，再制造技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)動機成本不到新機的80%，更為重要的是其環(huán)境效益，通過再制造可以大大減少能源與原材料的消耗，相對于傳統(tǒng)制造而言，再制造的碳排放量可以減少80%以上.再制造的工藝和設備、再制造零部件的檢測、再制造企業(yè)的市場準入等等，涉及到大量的法律、法規(guī)和需要解決的技術(shù)問題.另一方面是材料的回收利用，有些零部件雖然不能進行再制造，但是可以用來生產(chǎn)其他的替代產(chǎn)品.例如汽車玻璃可以用來生產(chǎn)地磚或其他建材，汽車上的塑料件也可以用來生產(chǎn)包裝制品.

1.6 汽車及其零部件全生命周期管理理論與技術(shù)

雖然產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)的概念涵蓋了從設計到回收利用的全過程，但是目前通用的產(chǎn)品全生命周期技術(shù)（Product Lifecycle Management,PLM）因為是起源于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Product Data Management），它實際上只是覆蓋了從產(chǎn)品設計、制造以及營銷的階段性過程，后續(xù)的維修，特別是拆解和回收處理這一過程實際上沒有得到有效的覆蓋.在國外的汽車制造領域中，其傳統(tǒng)的做法也是通過按照一定比例存儲車輛零部件備品，以備維修使用，例如美國福特公司就專門為其所生產(chǎn)的所有車型在其有效壽命期內(nèi)保存了零件備品，以備維修使用.這種傳統(tǒng)模式實際上是一種成本高、效率低的做法.在網(wǎng)絡化時代，通過研究并實現(xiàn)覆蓋車輛使用、維護、維修以及拆解回收全過程的PLM技術(shù)將有助于通過社會化的方式達到資源的最優(yōu)配置.

1.7 汽車零部件回收利用的經(jīng)濟性評估理論與技術(shù)

報廢汽車拆解過程中零部件回收利用的基本流程如圖1所示，報廢汽車拆解過程中零部件可以有多種途徑進入再利用階段.如鋁合金輪圈拆卸后可直接進入工業(yè)材料環(huán)節(jié)進行處理，汽車上的一些電機在檢測合格的情況下可以進入維修市場再次利用，對于擋風玻璃這類的零件再制造的意義不大，而維修市場的需求量有限，如果作為原材料進行回收，其運輸成本可能大于本身所能產(chǎn)生的價值增值，所以切實可行的辦法是將其加工為其他產(chǎn)品進行再利用，如加工成彩色地磚、裝飾材料等.因此從經(jīng)濟學的角度來看，報廢汽車拆解回收的工作流程實際上是一個新的價值增值的循環(huán)過程，這一過程同樣符合生產(chǎn)活動的一般規(guī)律.一方面有價值增值，另一方面也存在著設備成本、人力成本、管理成本等經(jīng)濟因素.因此，從經(jīng)濟性的角度對拆解和回收過程進行研究，并給出一種在實際生產(chǎn)中便于操作的評估理論對于報廢汽車的拆解和回收行業(yè)的健康有序發(fā)展是至關重要的.

圖1 報廢汽車零部件回收利用的基本流程

1.8 面向汽車拆解與回收利用的綠色設計與制造技術(shù)

面向裝配的設計（Design for Assembly,DFA）和面向制造的設計DAM（Design for Manufacturing,DFM）已經(jīng)為業(yè)界所熟知，但是面向拆解與回收利用的綠色設計，特別是在汽車領域中的應用目前還處于起步階段.由于汽車工業(yè)是一個龐大的系統(tǒng)工程，在整個產(chǎn)業(yè)鏈條中涉及到很多規(guī)范化、標準化的工作.綠色設計與制造技術(shù)的理念雖然已經(jīng)得到了社會的認可，但是具體的技術(shù)性工作還有待于落實.應該說在汽車行業(yè)中實踐綠色設計與制造技術(shù)，其社會效益和經(jīng)濟效益都是非常可觀的.具體來說，應該在零部件材料的制造、裝配方法方面進行深入研究，并最終形成技術(shù)標準，最終在行業(yè)內(nèi)得到應用.例如傳統(tǒng)的汽車內(nèi)飾件材料是不可回收的，目前新型GMT（熱塑性玻璃纖維增強聚丙烯）板材在汽車內(nèi)飾件方面就得到了廣泛應用，這種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車拆解后對環(huán)境的影響.

2 國內(nèi)外的發(fā)展與研究現(xiàn)狀

西方國家在報廢汽車的回收與拆解方面已經(jīng)發(fā)展了較長的時間，形成了較為完備的法律法規(guī)體系.同時也根據(jù)其國情特點發(fā)展出了自己的技術(shù)體系.這些國家一般都采用自動化程度較高的拆解模式，材料利用水平和能耗水平的考慮都在其次.以美國為例，其采用的回收模式是一種粗放式拆解模式，整車在抽取廢液和拆除輪胎后，直接進行壓縮打包和粉碎處理，然后通過分選設備對碎片進行分選處理[2].需要說明的是，這種大功率破碎機功率可達數(shù)萬千瓦，能耗極高.

西歐國家在報廢汽車的拆解與回收利用方面制定了一系列嚴格的法律法規(guī)，其基本原則是誰生產(chǎn)誰負責回收處理.因此，各汽車品牌或者獨自建立回收處理體系，或者是幾家汽車品牌聯(lián)合成立報廢汽車的回收處理體系.在報廢汽車的處理流程上，與美國不同的是歐洲國家在報廢汽車的拆解回收方面與再制造技術(shù)進行了充分的結(jié)合[3,4].圖2是其拆解和分選流程的示意圖.在拆解工作的前期，把能夠進行再制造的零部件先拆卸下來，進入再制造企業(yè)進行加工，經(jīng)過再制造并達到技術(shù)要求后重新進入新車制造領域.對于一些能直接回收作為原材料的零件也要進行拆卸處理.另外如排氣系統(tǒng)中的催化器因為含有稀土元素，也需要在進行破碎作業(yè)前進行拆卸.接著就是用沖擊破碎方式對整車進行破碎處理，然后通過磁力分選、旋流分選、重力分選等不同的分選方式對碎片進行分類，并最終回到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中去.另外，大眾、寶馬等四十多家汽車企業(yè)還聯(lián)合開發(fā)了一套面向報廢汽車拆解的信息支持系統(tǒng)IDIS（International Dismantling Information System），旨在提高拆解企業(yè)的工作效率和技術(shù)水平[5].

日本作為亞洲的汽車大國，大量報廢汽車曾一度成為日本環(huán)境污染的重要源頭之一.2002年經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省和環(huán)境省與企業(yè)、協(xié)會等各方面共同提交了《汽車回收再利用法》并獲得通過.隨后日本的一些制造企業(yè)結(jié)合自身企業(yè)的特點，紛紛投入資源進行報廢汽車綠色回收再利用技術(shù)和裝備的研發(fā)，目前汽車拆解機、汽車拆解翻轉(zhuǎn)機等報廢汽車拆解專用設備已相繼投入使用.

3 中國的報廢汽車拆解與回收

3.1 報廢汽車拆解與回收利用的現(xiàn)狀

我國報廢汽車回收拆解行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，現(xiàn)有報廢汽車回收拆解企業(yè)1000多家，普遍存在著拆解水平低、設備和技術(shù)落后的問題，其次是拆解過程中缺乏規(guī)范化操作的管理，往往會造成拆解過程的二次污染.在拆解工藝方面基本上是粗放式的手工拆解，目前還沒有形成標準的規(guī)范化工業(yè)拆解線.在拆解工具方面也是以簡單的手工工具為主，缺少適應性強的自動化工具.近年來國家有關部門將報廢汽車的回收利用問題也提上了議事日程.一系列相關的法律法規(guī)和技術(shù)標準相繼出臺，包括《報廢汽車回收拆解企業(yè)技術(shù)規(guī)范》（GB22128-2008），《汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策》，《汽車零部件再造試點管理辦法》等等.

圖2 歐洲國家的拆解回收流程

3.2 報廢汽車拆解與回收領域的技術(shù)研究

上海交通大學、同濟大學、南京航空航天大學以及常熟理工學院等高校是少數(shù)在該領域內(nèi)開展科研和技術(shù)開發(fā)的單位.其中上海交通大學承擔了國家“十一五”科技支撐計劃“報廢汽車綠色拆解處理與利用關鍵技術(shù)及示范應用”課題，開發(fā)了報廢汽車塑料的識別技術(shù)等多項關鍵技術(shù).同濟大學在零部件再制造和拆解零部件信息管理方面進行了研究.南京航空航天大學在拆解線的物流傳輸技術(shù)方面開展了相關研究.常熟理工學院也通過產(chǎn)學研聯(lián)合的模式與國內(nèi)從事報廢汽車拆解設備的江蘇華宏科技股份有限公司進行了合作研究，并建立了蘇州市汽車綠色拆解與回收利用智能裝備技術(shù)重點實驗室.該實驗室除了與同濟大學、南京航空航天大學等著名高校開展交流與合作外，還與中國再生資源產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、中國物資再生協(xié)會、中國有色金屬工業(yè)協(xié)會再生金屬分會等社會機構(gòu)密切合作，積極開展理論研究和應用技術(shù)層面的研究與產(chǎn)品研發(fā).

4 結(jié)束語

報廢汽車的拆解與回收利用技術(shù)在國外已經(jīng)發(fā)展了較長的時間，在不同的國家和地區(qū)分別形成了較為完整的法規(guī)體系和技術(shù)體系.對于中國來說，報廢汽車的拆解和回收利用正在引起各級政府的重視，無論從可持續(xù)發(fā)展的角度還是從建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的角度來說，報廢汽車的拆解和回收利用技術(shù)是一項利國利民的綠色產(chǎn)業(yè)技術(shù).由于西方國家的報廢汽車拆解模式存在著能耗高、設備投資大、柔性不足等問題，如果中國直接沿用其技術(shù)體系勢必會影響到汽車拆解與回收產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展.因此，必須結(jié)合我國的具體國情，通過高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合的研發(fā)模式，開發(fā)出柔性大、適應性強、能耗低、產(chǎn)業(yè)價值高的拆解設備和拆解生產(chǎn)線，形成具有中國特色的汽車拆解與回收體系.

[1]潘希，徐濱士.中國再制造尚待規(guī)范化[N].科學時報，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.