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報廢汽車竟然能產生上千億的經濟效益?

作者:盧曦

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近一百年來,人類在創造巨大物質財富的同時,也付出了巨大的資源和環境破壞的代價。工業革命后,人類社會的科學技術迅猛發展,生產力得到空前提高,人口劇增。隨著人類需求的不斷擴大和社會工業系統的不斷發展,自然資源日益緊張,自然環境更加惡化,嚴重威脅到人類的生存條件。可以看到,日益嚴峻的產品廢棄物造成的環境污染和能源方面的壓力,已經成為全球面臨的一個重大問題。因此,循環使用的理念正得到大家的普遍關注,人們也在不斷倡導與環境相和諧的經濟發展模式,把經濟活動看成一個“資源-產品-再生資源”的反饋式流程,其中回收再制造作為發展循環經濟的手段迫切需要大面積實施。

我國作為一個生產制造及消費大國,以占世界9%的耕地、6%的水資源、4%的森林、1.8%的石油、0.7%的天然氣、不足9%的鐵礦石、不足5%的銅礦和不足2%的鋁土礦,養活著占世界22%的人口。由于長期沿用以追求增長速度、大量消耗資源為特征的粗放型發展模式,從貧窮落后逐漸走向繁榮富強的同時,自然資源的消耗在大幅度上升,致使非再生資源呈絕對減少趨勢,可再生資源也展現出一種衰弱態勢,為此,現有產品和資源的回收再利用顯得更加急迫。

此“回收”非彼“回收”

傳統意義上的回收主要是對有限的材料進行回收,雖然這種材料回收對社會發展、廢物利用起到積極的作用,但是難以滿足日益發展的社會需求和可持續發展的要求。廣義的回收不僅考慮最基本的材料回收,還要考慮在產品級、部件級、零件級、材料級四個層次上的回收再利用,以及能量的回收和廢棄物的填埋。對于零件級的回收主要考慮零件的重用性,材料級的回收主要考慮材料的可回收性,能量級和填埋級的回收則考慮減少對環境的污染。

回收過程中,回收級別按“產品-部件-零件-材料-能量-填埋”的順序排列,經濟性、環境的相容性越來越差。因此,衡量產品的回收性能以各層回收的比例(或重量、數量和價值)為主要指標,具體包括產品可重用部件的比例、產品中可重用零件的比例、產品中采用材料的種類、產品中可被回收材料的比例、產品中廢棄物焚燒及填埋的比例。

回收的目的是對廢舊產品進行再利用、發展循環經濟,機械零件的回收再生模式主要包括直接重用、再制造、再循環三種。其中,直接重用是將仍具備完好使用性能的零件直接在新的產品中加以利用,例如,發動機、變速箱的箱體等就可以直接重用;再制造是以廢舊零件為毛坯,采用先進表面技術和其他加工技術對其損傷部位進行修復和強化,使其保持、恢復可用狀態并加以重新利用;再循環是將廢舊材料通過回收、重熔作為機械原材料,或稍加改變而作為材料參與其他產品的生命周期循環。

回收再制造是以產品全生命周期設計和管理為指導、以優質高效節能節材環保為目標、以先進技術和產業化生產為手段,通過完全拆解廢舊產品,進行清洗、檢驗、修復和必要的更新后重新裝配和檢測等一系列技術措施和工程活動的總稱。
回收再制造過程中主要考慮零件級的回收,以回收的零件作為毛坯,以零件重新利用為目的。決定零件重新利用的因素主要有零件的可靠性、剩余強度、剩余壽命、是否便于翻新和檢測、是否便于功能擴展、拆卸過程是否會造成零件破壞等。

圖1 回收再制造流程圖

圖1 回收再制造流程圖

圖1為回收再制造的流程工藝圖,其中拆卸、清洗和檢查評價為回收環節。再制造是零件水平上的制造,使零件的附加值(以物質、能量和人力等形式包含在零件中)得以保留,并具有相當大的經濟效益,因此,有利于環保和可持續發展;同時它又屬于勞動密集型產業,有利于增加就業。當然,并非所有的零件都適合再制造,再制造有一定的適用范圍,判斷零件的再制造性,既要根據零件可再制造性的準則,又要全面評價零件在再制造過程中各個方面的綜合效率和可行性。

再制造的出現完善了產品全生命周期的內涵,使得產品在全生命周期的末端,即報廢階段,不再成為固體垃圾。傳統的產品壽命周期是“研制-使用-報廢”,其物流是一個開環系統。再制造工程的加入不僅使廢舊產品起死回生,還可以很好地解決資源節約和環境污染問題。因此,再制造是對產品全生命周期的延伸和拓展,賦予廢舊產品新的壽命,形成產品的多生命周期循環,這是面向循環經濟的再制造的重要理論成果。全生命周期是“研制-使用-再生”過程,其物流是一個閉環系統,如圖2所示。

圖2 機械產品全生命周期

圖2 機械產品全生命周期

在產品達到報廢年限時,其零件一部分可以直接利用;一部分通過再制造加工或技術改造可以繼續使用;另一部分零件由于受當前技術條件的限制而無法再制造,或者進行再制造的經濟性很差,則通過熔煉等再循環的方法變成原材料重新使用。在產品報廢階段,要盡可能使再利用、再制造的部分增多,廢料部分減少。

回收再制造涉及的內容非常廣泛,貫穿產品的全生命周期,體現著深刻的基礎性和科學性。在產品設計階段,要考慮產品的再制造性設計;在產品的服役至報廢階段,要考慮產品的全生命周期信息跟蹤;在產品的報廢階段,要考慮產品的非破壞性拆解、低排放式物理清洗,要進行零件的失效分析及剩余壽命演變規律的探索,完成零件失效部位具有高結合強度和良好摩擦學性能的表面涂層的設計、制備與加工,以及對表面涂層和零件尺寸公差部位的機械平整加工及質量控制等。

回收再制造的作用超乎想象

能源潛力巨大

據美國阿貢國家實驗室統計,新制造1輛汽車的能耗是再制造的6倍;新制造1臺汽車發動機的能耗是再制造的11倍;新制造1臺汽車發電機的能耗是再制造的7倍;新制造1個汽車發電機關鍵零件的能耗是再制造的2倍;再制造1個柯達照相機的能源需求不到新制造照相機的2/3。這充分說明對廢舊機械產品進行再制造可減少能源消耗,節約原生資源的開采,滿足經濟可持續發展的需要。

經濟效益顯著

以汽車工業為例,2016年全球汽車保有量超過5億輛,按發達國家汽車報廢標準——保有量的6%~7%計算,每年汽車報廢量將超過3000萬輛,如果每輛汽車回收再制造產生各種經濟、資源、能源和環境等按照1萬元當量經濟效益計算,則全球每年報廢汽車再制造可以產生多達3000億元的當量經濟效益,具有十分巨大的市場潛力。我國預計2017年報廢汽車年處理總量近800萬輛,相關企業總數為765~800家(其中零部件再制造企業達150家),年產值達到400億元。

環保作用突出

廢舊機械產品再制造可以減少原始礦藏的開采、提煉及新產品制造過程中造成的環境污染,能夠極大地節約能源,減少溫室氣體排放。美國環境保護局估計,如果美國汽車回收業的成果能被充分利用,那么對大氣的污染水平可比目前降低85%,水污染處理量可比目前減少76%。

緩解就業壓力

實施廢舊產品的再制造,可興起一批新興產業,解決大量就業問題。美國的再制造業規劃到2005年安排就業100萬人,我國2020年如果達到美國2005年的水平,則創造就業崗位將超過100萬個。研究表明,再制造、再循環產業每增加100個就業崗位,采礦業和固體廢棄物安全處理業僅減少13個就業崗位。兩者相比可以看出,再制造、再循環產業創造的就業機會遠大于其減少的就業機會。

再制造產品的地位

回收再制造啟動了新的產品生命周期,是物質循環利用的有效途徑。據國外再制造公司統計,再制造花在零件磨損表面補償的金屬僅為本體材料的1%~2%,但回收的附加值可達到新件制造的70%、節能60%、節材70%以上,再制造成本不超過新品的50%。因此,再制造的高性價比成為其重要特征之一,實現經濟效益(資源節約)和社會效益(環境保護)的完美統一。

通過開展以再制造為主要形式的廢舊產品資源化,可以為人們提供物美價廉的產品,提高人們的物質生活水平。由于再制造充分提取了蘊含在產品中的附加值,在產品銷售時具有明顯的價格優勢。例如,再制造發動機具有完善的質量保證和售后服務,能夠滿足下一個生命周期,價格僅為新發動機的50%左右,可供不同收入階層和關心環保的人士選用。

巨大的經濟和社會效益

2005年,全球再制造業產值已超過1000億美元,美國的再制造產業規模最大,達到750億美元,其中汽車和工程機械再制造占2/3以上,約500億美元。美國軍隊同樣高度重視再制造,也是再制造的最大受益者。美國軍費世界第一,但仍然認為再制造具有重大作用,尤其是在財政預算有限、新裝備配備不到位、制造新裝備費用高昂的情況下,再制造可維持武器裝備的戰備完好率。隸屬于美國國家科學研究委員會的“2010年后國防制造工業委員會”制定了2010年國防工業制造技術的框架,將武器系統的再制造列為國防工業的重要研究領域。近年,日本加強了對工程機械的再制造,再制造的工程機械中,58%由日本國內用戶使用,34%出口到國外,8%拆解后作為配件出售。

2012年,北美市場再制造產品渠道以獨立市場為主,再制造發動機、發電機和變速箱是該地區市場售額最大的三類產品,這也是全球其他幾個區域在再制造過程中主要進行的產品。其中,對于發動機,絕大部分的銷售是以獨立市場為主的,原裝配件供應商(original equipment supplier, OES)渠道只占17%。但事實上,獨立市場在發動機再制造方面的占有量是很小的,反而是變速箱在獨立市場和OES渠道中各占據一半。對于發電機,OES渠道占比較少,而整個獨立市場占有量非常大。

據相關數據顯示,2015年歐洲的再制造市場金額已經達到300億歐元,2030年產品銷售額預計能夠達到700億歐元。2013年歐洲的年再制造的產量達到68萬臺,2015年則達到220萬臺,如圖3所示。這個過程中再制造年產量飆升幅度大概為70%,這與歐洲2013~2015年一些政策的變化有關,例如,歐盟逐漸將再制造列入循環經濟范圍,促使很多再制造產業萌生,汽車再制造銷售額占總再制造產品總額的20%。

圖3 歐洲再制造情況

圖3 歐洲再制造情況

中國再制造市場起步較晚,據統計數據顯示,2015年中國的再制造產品已經超過9.3萬件。根據2014年的統計,在中國再制造市場的企業分類中,最多的是汽車零件,其比例達到27%,第三方服務占比為25%,建筑機械占比為18%,機電產品是目前中國再制造企業比較集中的一個分類,它的總額約占到整個行業的84%。其他如舊件回收、礦業機械等的比例相對較小,目前機床行業再制造在逐漸興起,但是該行業中,機床主要是以大修和翻新為主。對于汽車行業,再制造確實是迅速增長的一個版塊。

2010年,我國再制造產能僅為發動機11萬臺,變速箱6萬臺,發電機、起動機100萬臺,總產值不到25億元,再制造試點企業也只有十幾家。而到2017年,我國報廢汽車年處理總量將達到800萬輛,企業總數為765~800家(其中零部件再制造企業將達150家),年產值將達到400億元,具有十分巨大的市場潛力。我國的汽車再制造業已經擁有市場和政策等有利條件,急需在技術方面有所突破。

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《機械零件可回收性技術評價理論與應用》

作者:盧曦

責編:朱英彪,趙曉廷

北京:科學出版社,2017.6

ISBN:978-7-03-053489-7
機械零件可回收性技術評價主要是對回收零件的剩余強度和剩余壽命是否能夠進入再制造環節進行評估,是再制造工程的核心技術。《機械零件可回收性技術評價理論與應用》的主要內容包括:回收再制造,機械零件的回收與評價,基于表面質量的可回收性評價,零件的疲勞強度特性預測,內在質量評價的理論基礎,內在質量退化的最佳表征參數,內在質量的評價方法和流程,缸體和活塞桿可回收性評價,等速萬向傳動軸回收評價。

文章來源:科學出版社,摘自《機械零件可回收性技術評價理論與應用》

原文鏈接:http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-1074497.html

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