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應用生命周期評價方法指導汽車産品的研發 [2015/6/26]

生命周期評價(Life Cycle Assessment, LCA) 經過50 多年的發展,已被廣泛應用于液位計企業汽車企業和政府管理部門,汽車産品的研發和設計、汽車環境保護政策的制定和汽車産品的可持續消費。國際标準化組織将LCA 定義為對一個産品


生命周期評價(Life Cycle Assessment, LCA) 經過50 多年的發展,已被廣泛應用于液位變送器汽車企業和政府管理部門,汽車産品的研發和設計、汽車環境保護政策的制定和汽車産品的可持續消費。國際标準化組織将LCA 定義為對一個産品系統的生命周期中輸入、輸出及其潛在環境影響的彙編和評價(ISO 14040:2006),如圖1 所示ISO 14040 規定LCA 的技術框架為4 個階段:目的和範圍的确定、清單分析、影響評價, 以及每個階段都要開展的結果解釋。

圖1、ISO 14040 标準LCA 的技術框架

如圖2 所示,汽車産品的全生命周期包括原材料的生産階段、零部件的生産階段,汽車産品組裝階段,汽車産品使用階段和汽車産品廢棄處理階段等全生命周期階段。汽車産品生命周期的各階段都要從自然界中輸入各種能源、資源和原材料,同時向空氣、土壤和水體中排放各種污染物。圖2 中列出了主要的氣體污染物,包括二氧化碳、甲烷、二氧化硫和氮氧化物等。将這些不同的氣體污染物通過分類、特征化成其所對應的環境影響類型,并通過當量因子表示成可以量化的指标值。比如,将二氧化碳和甲烷等溫室氣體的全球增溫潛勢折算成CO2 當量的形式,用來表示全球變暖這一類型的環境影響,計算結果以kgCO2e為單位。

圖2、汽車産品的生命周期評價示意圖

主要特點

生命周期評價方法的主要特點包括:1)标準化:生命周期評價方法是建立在國家國際标準的基礎上的,包括ISO 14040:2006 和ISO14044:2006,該标準使生命周期評價的概念和技術框架得以标準化。2)系統全面:生命周期評價是系統全面的方法,其所評價的範圍涵蓋産品的多個生命周期階段,可用來評價産品所産生的各種資源環境問題。3)客觀量化:生命周期評價方法通過對清單物質的分類、特征化成對應的影響類型,也可通過歸一化和加權表示成綜合指标,如産品環境足迹等。4)普适性:生命周期評價方法适用于各種産品和服務,可應用于各種技術/ 管理/ 政策決策過程。


汽車産品的研發和設計

在汽車行業,包括大衆汽車、通用汽車、奔馳汽車、福特汽車、豐田汽車和本田汽車在内的許多知名汽車企業都開展了LCA 的廣泛研究,并應用生命周期評價方法的指導汽車産品的研發和設計,主要集中在以下幾個方面。

1,大衆。2011 年,大衆汽車應用LCA 指導汽車的輕量化設計, 使奧迪A6 後代車型在車身、動力系統和底盤等部位最大限度的使用鋁代替鋼。與前代車型相比,後代車型輕量化材料使用量增加3%,鋼鐵材料使用降低5%,整車減重80kg。汽車行駛20 萬km,生命周期溫室氣體排放與行駛距離的關系。
不僅如此,輕量化設計也降低了生命周期中其他類型的環境影響, 各類型環境影響的減少值。大衆汽車應用LCA 進行前後代車型的生命周期對比分析,一方面,證明新車型在所有環境表現方面優于其前代; 另一方面,也合理的表明,盡管輕量化設計需要消耗更多的能源,迅速由其使用階段的環境節約量所抵消,從而展示了環境可接受的輕量化設計方案。


2,通用。2007 年,通用汽車開展了凱迪拉克鎂鋁合金與鋼前端部件設計方案的對比分析,分别使用鋼鐵、鎂合金和鋁合金生産滿足相同性能要求的汽車前端部件。三種設計方案主要參數對比如圖3 所示。由圖可知,由于輕量化材料鎂、鋁的使用,前端部件的質量降低,汽車的整備質量也随之降低,在汽車油耗方面也有了更好的表現。與鋁相比,鎂的輕量化效果更好。


3,福特。2002 年,福特歐洲汽車建立了産品可持續性指數(Product Sustainability Index ,PSI),旨在同時提高産品在環境與健康、經濟和社會方面的表現。福特歐洲PSI 指标框架包括,主要包括生命周期全球變暖、生命周期空氣質量、生命周期成本、可持續材料、安全和移動性能等方面。

圖3、鋼鐵、鎂合金、鋁合金三種設計方案主要參數對比

福特歐洲從産品設計研發的全過程的開始自上而下的實施PSI。為福特歐洲汽車開發的主要過程,福特歐洲在産品研發的全過程持續地追蹤PSI 指标的變化,并不斷地進行調整和改進,最終确定最優設計方案。


Ford Galaxy 前後帶汽車産品的PSI 結果,後代産品的PSI 都明顯優于前代産品,後代産品表現的更加可持續性。此後,所有的福特歐洲汽車, 包括福克斯、蒙迪歐、嘉年華等都在PSI 基礎上開發。
開展生命周期評價的建議

綜合來看,已有的汽車行業LCA 的應用主要集中在國外的汽車企業, 目前國内的汽車企業也在努力學習國外的先進經驗,逐步開展LCA的實踐, 這包括德中電容式液位變送器、長安、江西五十鈴、上汽、三角輪胎等整車和零部件企業,并取得了一些成果。

今後,在應用LCA 指導電容式液位計汽車産品的設計與開發方面,汽車企業可以從以下幾個方面開展:1)辨識汽車全生命周期中環境影響重大的關鍵過程,應用LCA 方法進行改進 ;2)開展汽車關鍵零部件(如發動機、白車身、車輪和變速器等)的LCA,在保證品質的前提下,提高生命周期的環境表現,降低生命周期成本;3)綜合産品在環境影響、成本和性能等方面, 進行汽車産品不同設計方案的對比分析,在産品開發過程中持續改進,最終确定最優方案;4)研究與開發汽車産品生命周期評價系統,結合汽車行業的主要特點及汽車産品設計流程,封裝生命周期評價的理論和方法,高效、智能化的進行汽車産品生命周期評價。


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