歐洲軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品環(huán)保管控研究

鐘源，李人哲，關(guān)玲玲

（1.中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)系統(tǒng)集成國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南株洲412001；2.華測(cè)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，廣東深圳518133）

0 引言

中國(guó)和歐盟處在“一帶一路”的兩端，“一帶一路”倡議為中、歐軌道交通行業(yè)貿(mào)易與合作提供了新的發(fā)展和機(jī)遇，例如中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，先后與北馬其頓、捷克等國(guó)進(jìn)行了項(xiàng)目合作［1-2］。但受環(huán)保水平制約，我國(guó)與歐盟之間的貿(mào)易摩擦越來(lái)越多，歐盟越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境政策與法規(guī)，對(duì)我國(guó)外貿(mào)出口形成了明顯的環(huán)保綠色壁壘，直接或間接影響我國(guó)軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在國(guó)內(nèi)軌道交通產(chǎn)業(yè)“走出去”的大環(huán)境下［3］，軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品正面臨出口車(chē)輛環(huán)保性能是否滿足目的地國(guó)法律法規(guī)要求的風(fēng)險(xiǎn)。歐盟和中國(guó)之間缺乏有約束力的協(xié)議，以保證相互間的軌道交通產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)開(kāi)放。鑒于這種情況，歐洲鐵路行業(yè)協(xié)會(huì)（UNIFE）敦促歐洲各機(jī)構(gòu)進(jìn)行必要的立法和法律改革，使歐洲和中國(guó)鐵路供應(yīng)行業(yè)能夠公平競(jìng)爭(zhēng)［4］?；跉W盟環(huán)保法規(guī)和要求的分析理解，闡明UNIFE提出的管控措施作為軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的行業(yè)要求，對(duì)UNIFE管控的有害物質(zhì)檢測(cè)策略進(jìn)行指引性的探討。

1 環(huán)保管控要求

1.1 UNIFE與歐盟其他環(huán)保法規(guī)

在眾多環(huán)保法規(guī)中，歐盟的法規(guī)最多且最嚴(yán)格，特別的是，環(huán)保政策在歐洲是作為法律、法規(guī)來(lái)頒布的，歐盟的環(huán)保政策不單獨(dú)針對(duì)某個(gè)行業(yè)而是所有行業(yè)領(lǐng)域都應(yīng)該嚴(yán)格遵守，REACH法規(guī)（EC）No 1907/2006，即化學(xué)品的注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制，于2007年6月1日正式生效，是對(duì)進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的所有化學(xué)品進(jìn)行預(yù)防性管理的法規(guī)；RoHS指令是限制電子電氣產(chǎn)品中使用特定有害物質(zhì)的指令，目前有效版本為2011/65/EU及其修訂指令（EU）2015/863；POPs法規(guī)即持久性有機(jī)污染物管控法規(guī)，其有效版本為（EU）2019/1021，管控物質(zhì)若不符合相關(guān)豁免要求，將不得用于生產(chǎn)、投放市場(chǎng)和用于物質(zhì)、混合物或物品；物質(zhì)是指自然狀態(tài)下或通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程獲得的化學(xué)元素及其化合物；混合物是指由2種或2種以上物質(zhì)組成的混合物或溶液，如油漆、潤(rùn)滑劑；物品是指一種在制造過(guò)程中獲得特定的形狀、外觀或設(shè)計(jì)的物體，這些形狀、外觀或設(shè)計(jì)比其化學(xué)成分更能決定其功能，如座椅、桌板等。消耗臭氧層物質(zhì)法規(guī)（EC）No 1005/2009，對(duì)CFC、HCFC、哈龍、四氯化碳、1,1,1-三氯乙烷、甲基溴、含溴氟烴和含氫氯氟烴的生產(chǎn)、進(jìn)出口、銷(xiāo)售、使用、回收、循環(huán)使用、再生和銷(xiāo)毀提出了逐步淘汰和控制使用要求。作為代表鐵路供應(yīng)產(chǎn)業(yè)利益的國(guó)際性行業(yè)協(xié)會(huì)UNIFE，根據(jù)已頒布的REACH法規(guī)，和RoHS指令、WEEE指令、F-Gases法規(guī)等，在軌道交通行業(yè)制定了可執(zhí)行的管控要求。該管控要求可作為軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的行業(yè)要求，UNIFE管控要求在各法規(guī)中的分布情況見(jiàn)表1。

表1 UNIFE RISL清單管控內(nèi)容在各法規(guī)中的分布情況

1.2 UNIFE管控

UNIFE和德國(guó)鐵路工業(yè)協(xié)會(huì)頒布了鐵路行業(yè)物質(zhì)清單（Railway Industry Substance List，RISL）（簡(jiǎn)稱清單）。該清單根據(jù)各法規(guī)的修訂不斷更新，截至2019年12月，共有401條管控內(nèi)容，其中涉及有機(jī)物280條；有機(jī)金屬17條；無(wú)機(jī)物10條；無(wú)機(jī)金屬79條；礦物質(zhì)13條，此外還有2條特殊條款。清單提供了關(guān)于歐洲鐵路行業(yè)禁用化合物和需要進(jìn)行申報(bào)評(píng)估的化合物信息及在各控制領(lǐng)域的適用性要求等。其中P（AR）是在整個(gè)供應(yīng)鏈領(lǐng)域被禁止的化合物。申報(bào)又分為申報(bào)評(píng)估D（FA）和申報(bào)參考D（FI），被定義為申報(bào)評(píng)估的化合物除非得到最終用戶的評(píng)估授權(quán)，否則不允許在供應(yīng)的材料中存在；被定義為申報(bào)參考的化合物不在UNIFE RISL清單中；但在CLP法規(guī)中，被定義為危險(xiǎn)的化合物應(yīng)被視為申報(bào)參考化合物，應(yīng)該申報(bào)給客戶進(jìn)行信息參考。UNIFE管控化合物含量要求和對(duì)應(yīng)的管控措施見(jiàn)表2.

表2 UNIFE管控化合物含量要求和對(duì)應(yīng)的管控措施

1.3 我國(guó)與歐盟環(huán)保管控差異

目前我國(guó)軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品化學(xué)環(huán)保性能主要執(zhí)行TB/T 3139—2006、鐵總科技﹝2014﹞50號(hào)文件及中車(chē)企標(biāo)等。與歐盟法規(guī)相比，主要存在以下3方面差異：

（1）管控對(duì)象范圍不同。歐盟法規(guī)管控全部材料，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)管控特定材料的有害物質(zhì)，比如TB/T 3139僅管控內(nèi)裝材料。

（2）管控的有害物質(zhì)種類不同。歐盟法規(guī)管控化合物遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)400多個(gè)條款。

（3）管控方式不同。歐盟主要采取從原材料生產(chǎn)開(kāi)始，信息逐級(jí)傳遞申報(bào)的方式，而我國(guó)主要采取主機(jī)廠驗(yàn)收的方式。這是形成中、歐環(huán)保綠色壁壘的主要原因。

2 環(huán)保符合性檢測(cè)方法

2.1 拆分與送檢

2.1.1 拆分要求和必要性

與REACH和POPs等法規(guī)相比，UNIFE對(duì)有害物質(zhì)的管控并不是按物品區(qū)分，而是按材料、物質(zhì)或混合物2個(gè)維度進(jìn)行區(qū)分。同時(shí)有害物質(zhì)含量限值也是基于材料、物質(zhì)或混合物計(jì)算，因此最終進(jìn)行測(cè)試的產(chǎn)品只能以這2種形式呈現(xiàn)。成品和非均質(zhì)材料（能通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)一步分離）并不適合直接檢測(cè)分析。正確地拆分成品將直接提升產(chǎn)品中有害物質(zhì)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性，降低檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.2 拆分與送檢

軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品材料種類繁多、數(shù)量龐大。根據(jù)構(gòu)成該材料的物質(zhì)及元素種類，可劃分為有機(jī)材料、無(wú)機(jī)材料和金屬材料三大類［5］。原則上所有模塊或部件都需要被拆分成均質(zhì)材料（不能通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)一步分離），每種材料作為1個(gè)測(cè)試對(duì)象，避免相互干擾。參照電子電器行業(yè)成品拆分規(guī)則［6-8］，軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品拆分流程見(jiàn)圖1。拆分總體原則是獲取可被直接測(cè)試的均質(zhì)材料，但仍然存在一些難以拆分的非均質(zhì)材料。以下結(jié)合實(shí)際情況討論軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品不同送檢方式的建議：

圖1 軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品拆分流程圖

（1）原材料。原材料按狀態(tài)分為干材和濕材兩大類，聚合物材料和金屬材料等屬于干材，其中未經(jīng)表面處理的材料可直接送檢測(cè)試；表面涂膜或噴漆處理的材料需要評(píng)估是否可以進(jìn)一步分離，如可分離，則分成均質(zhì)材料分別測(cè)試，如不可分離，則參照復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試。油漆涂料、膠黏劑、潤(rùn)滑劑等屬于濕材，這類材料按照車(chē)輛實(shí)際使用狀態(tài)送檢測(cè)試更為合適。如油漆涂料，可按照施工工藝制備成漆膜后進(jìn)行測(cè)試。

（2）復(fù)合材料。復(fù)合材料在軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品中應(yīng)用較多，如鋁塑復(fù)合板、蜂窩板、貼面膠合板等。以鋁塑復(fù)合板為例，其結(jié)構(gòu)組成依次是鋁板、聚乙烯芯材、鋁板、表面噴漆板。這類材料可采用機(jī)械手段分離，分離后進(jìn)行測(cè)試。貼面膠合板是通過(guò)粘接工藝將貼面材料附著在膠合板基材上，很難實(shí)現(xiàn)機(jī)械分離，針對(duì)這種情況可采取粉碎工藝制備成均質(zhì)材料或獲取原材料的方式進(jìn)行檢測(cè)。無(wú)論哪種方式都存在一定風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于粉碎檢測(cè)，遇到檢測(cè)結(jié)果超標(biāo)的情況無(wú)法判斷其真實(shí)來(lái)源。對(duì)于原材料檢測(cè)，檢測(cè)對(duì)象與實(shí)際產(chǎn)品不同，需要結(jié)合工藝過(guò)程評(píng)估檢測(cè)結(jié)果的有效性。

（3）部件和模塊整機(jī)。對(duì)于零件和材料成分較少的小部件可按照拆分流程拆解后測(cè)試，但對(duì)于大部件和整機(jī)模塊由于其零部件眾多，材料成分多樣，造價(jià)成本高，可依據(jù)其BOM清單進(jìn)行分解，采用提供BOM清單中原材料（最小級(jí)別）的方式進(jìn)行送檢，此外考慮到拆分后材料數(shù)量眾多，檢測(cè)成本偏高，在充分風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)上，也可參照合并同類項(xiàng)的原則，選擇有代表性的材料進(jìn)行送檢，具體執(zhí)行要求為相同材料（包括基材和添加劑）被用于生產(chǎn)不同部件時(shí)，也可將其視為同一個(gè)檢測(cè)單元。拆解過(guò)程中遇到不可進(jìn)一步拆分的非均質(zhì)材料，可參照復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試。以某軌道車(chē)輛司機(jī)室電氣柜產(chǎn)品為例做進(jìn)一步說(shuō)明，電氣柜產(chǎn)品BOM清單及送檢測(cè)試分析匯總見(jiàn)表3，清單共包含24種材料，其中復(fù)合材料3種，化工產(chǎn)品2種，均質(zhì)材料19種。按照前述的送檢規(guī)則，復(fù)合材料為鋁蜂窩板，由于其生產(chǎn)過(guò)程中涉及膠接及噴涂工藝，不易分離，因此將鋁蜂窩板原材料（鋁板、膠黏劑、蜂窩芯和油漆等）送檢測(cè)試；膠和漆類的化工產(chǎn)品固化后送檢測(cè)試，其他均質(zhì)材料需要逐一確認(rèn)是否有相同材質(zhì)，對(duì)于相同材質(zhì)的零部件進(jìn)行檢測(cè)單元合并，最終確認(rèn)需要送檢的材料共19種。

2.2 材料檢測(cè)

2.2.1 檢測(cè)規(guī)則

一般而言，物質(zhì)的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)決定了它的理化性質(zhì)和毒理性質(zhì)，進(jìn)而決定了能形成的材料和材料的應(yīng)用范圍［9］?；诖朔治觯怯袡C(jī)材料中出現(xiàn)有機(jī)化合物的可能性極低。因此在檢測(cè)過(guò)程中，首要任務(wù)是將收到的材料按類別進(jìn)行分類，依據(jù)分類選擇需要管控的目標(biāo)物，以降低檢測(cè)成本。材料分類及管控?cái)?shù)量見(jiàn)表4，針對(duì)金屬材料和無(wú)機(jī)材料只需要管控105條，包括無(wú)機(jī)金屬、部分無(wú)機(jī)物、部分礦物質(zhì)及2條特殊條款，針對(duì)有機(jī)材料、物質(zhì)或混合物等需要管控401條。除材料分類外，對(duì)于管控限值遠(yuǎn)高于方法檢出限的化合物，合理采用材料合測(cè)（幾種材料在同一次檢測(cè)中完成）的方法也是各檢測(cè)執(zhí)行方可以提供的一種降低成本的途徑，這一應(yīng)用在REACH高關(guān)注度物質(zhì)（SVHC）和RoHS檢測(cè)中很常見(jiàn)［10］。但是對(duì)于UNIFE管控，這個(gè)方式不能完全效仿。主要原因在于UNIFE對(duì)個(gè)別化合物的管控限值非常低，例如四溴二苯醚的限值要求是10 mg/kg，已經(jīng)接近方法檢出限，由于檢測(cè)技術(shù)水平的限制，合測(cè)難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。需要研發(fā)更適合的檢測(cè)方法才能實(shí)現(xiàn)合測(cè)的目的。

表3 電氣柜產(chǎn)品BOM清單及送檢測(cè)試分析匯總

表4 材料分類及管控?cái)?shù)量

2.2.2 無(wú)機(jī)化合物檢測(cè)

由于無(wú)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的特殊性和檢測(cè)技術(shù)瓶頸，目前采用元素檢測(cè)后再換算的方式進(jìn)行檢測(cè)。通常參照US EPA 3052、US EPA 3050B等標(biāo)準(zhǔn)，選用不同的酸溶解樣品后，使用ICP-OES、ICP-MS等儀器測(cè)試樣品中元素的含量。對(duì)于一些特殊的無(wú)機(jī)化合物不能采用單一元素?fù)Q算方式，以砷酸鉛為例，當(dāng)砷或鉛元素有1種未檢出的時(shí)候，可判斷材料中無(wú)砷酸鉛這一化合物，當(dāng)兩個(gè)元素都有檢出的時(shí)候，需要分別以砷或鉛來(lái)進(jìn)行換算，取換算結(jié)果最小的數(shù)據(jù)作為材料中砷酸鉛化合物的含量值。類似情況還有纖維類物質(zhì)，在實(shí)施元素檢測(cè)前，還需要對(duì)其纖維特征進(jìn)行定性鑒別。只有當(dāng)纖維特征與元素檢測(cè)都匹配的時(shí)候，才能判斷此類物質(zhì)的存在。

2.2.3 有機(jī)化合物檢測(cè)

有機(jī)化合物是管控重點(diǎn)，也是檢測(cè)難點(diǎn)。UNIFE清單中的有機(jī)物根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能的相似性可分為鄰苯類、鹵系阻燃劑類、芳香胺類、紫外吸收劑類、ODS類、全氟化合物類、溶劑類等等，由于其性質(zhì)相差很大，難以用1組條件完成全部測(cè)試。因此可以將物質(zhì)分成幾類，針對(duì)每一類采用適合的提取和分析方法。有機(jī)測(cè)試的前處理方法較多，如超聲提取、索式提取、加速溶劑萃取等，通常選擇簡(jiǎn)單易行的超聲提取方式。在提取溶劑選擇方面，正己烷、丙酮、甲苯、甲醇、二氯甲烷是經(jīng)常使用的溶劑，為了適用于更多類型的材料也可以選擇混合溶劑。儀器分析優(yōu)選采用氣相質(zhì)譜法或液相串聯(lián)質(zhì)譜法，提高分離分析的效率；為適應(yīng)不同類型的化合物可選擇頂空氣相色譜質(zhì)譜法或高效液相色譜法。如氣相質(zhì)譜法檢測(cè)芳香胺、鄰苯和多溴聯(lián)苯等，液相串聯(lián)質(zhì)譜法分析全氟化合物、染料類等，頂空氣相色譜質(zhì)譜法分析ODS類和溶劑類化合物。

3 結(jié)論

UNIFE管控在于限制、消減、逐步取消有害物質(zhì)的使用，提高軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品的環(huán)保安全系數(shù)。相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)履行責(zé)任，認(rèn)識(shí)到有害物質(zhì)的檢測(cè)只是環(huán)保監(jiān)管的方式之一，但并不是唯一的方式。由于管控內(nèi)容繁多，檢測(cè)費(fèi)用高昂，檢測(cè)技術(shù)限制等多方面因素，需要結(jié)合產(chǎn)品特征制定合理可行的管控措施。面對(duì)不斷更新的管控要求，建議從以下幾個(gè)方面準(zhǔn)備，持續(xù)做好產(chǎn)品綠色質(zhì)量提升。一是確立綠色環(huán)保產(chǎn)品定位，制定長(zhǎng)期計(jì)劃；二是形成程序文件，從研發(fā)設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程、采購(gòu)等整個(gè)體系進(jìn)行管控；三是注重源頭管控。通過(guò)設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈管理，從原材料選擇、供應(yīng)鏈流轉(zhuǎn)、工藝過(guò)程等環(huán)節(jié)管控有害物質(zhì)的傳遞。這樣才能更好地規(guī)避復(fù)雜的UNIFE管控要求帶來(lái)的歐洲軌道交通車(chē)輛產(chǎn)品綠色貿(mào)易壁壘，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。