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随着我国经济与科技发展并行,目前我国汽车保有量已达2.6亿居世界之首。随之而来的是不得不关注的资源与环境之间的矛盾问题。据了解,每辆完整的废旧汽车可拆解出约1,160千克的可再生资源。为了使资源利用最大化,我国政策正逐步分割废旧汽车相关行业的“回收拆解”和“再制造”企业。然而我国废旧汽车拆解的规范尚未统一,不同企业根据自身需求和利润目标,过度追求经济效益而忽视环境影响和可持续性,导致拆解规模参差不齐、拆解工艺五花八门、拆解程度深浅不一。如何结合我国政策发展使废旧汽车拆解企业的环境利益、经济效益和可持续稳定性协同最大化是发展废旧汽车拆解行业极其重要的一步。
本文针对上述问题,收集了国内各地区30多家废旧汽车拆解企业的现场运行数据,考虑拆解过程的资源能耗、污染排放和厂区消耗。总结出我国目前最完整的拆解流程作为统一的系统边界,从拆解规模、工艺和深度三个方向研究,将已有数据按方向分类,统计总结出3种规模、2种工艺和4种深度。控制变量法处理数据后,利用生命周期评价(LCA)的方法定位至每一个生产单元评估其潜在环境影响。建立经济效益模型,对比经济结构和收益组成评估其经济性;使用能值法评估其可持续性。最终协同环境、经济和可持续性三方面结果,进行综合分析得出废旧汽车拆解企业的优化建议和发展方向。核心结论如下:
(1)三种规模:金属损耗(MD)、气候变化(GW)、化石损耗(FD)指标在LCA计算结果上均有显著变化:大型的废旧汽车拆解企业的环境效益、经济效益和可持续性均是最优的。小型环境负担最大,主要源于食堂和员工的电耗。三种模式里小型企业的竞争能力和盈利能力依然较弱;中型与大型的环境负担结构基本一致,ESIr指数接近,在区域限制下,也可以优先考虑建造中等规模拆解企业。整体来讲,废旧汽车拆解系统的环境负担适中,系统提供的可再生投入物足以满足目前的工艺需求。竞争能力和经济效益较好,虽相比其他行业一般,但ESI比中国钢铁生产系统(0.057)高出了161倍,发展潜力巨大。
若通过对企业规模的改造,扩建小中型企业,那么核心指标MD、GW和FD可降低1.10E+06kg-eq(Fe)、3.14E+04kg-eg(CO2)和4.60E+03kg-eq(oil),其余环境指标可减少23%-30.35%,经济效益可增加49.59%。
(2)两种工艺:机械80%模式的能值强度EI、利用率和环境效益要显著高于人工80%,产值的主要来源是再生材料占59.75%;人工80%虽竞争能力和经济效益可观,但成本和环境负担最大。负担来源于破碎采用的气割法需要消耗大量的乙炔(首要)和氧气(次要),大量排放的灰尘,以及环保成本仅占固定资产的2%,致使污染防控不完善。它的EL值为机械80%的近两倍,是研究内所有模式中环境负担最大的。经济效益主要来源于人工拆解的二手部件(占总产值的71.89%)。
若摒弃气割方式,大部分环境影响指标可提升96%,同时经济效益提升14%。
(3)四种深度:在相同的环境条件下,全厂机械操作的环境效益高于人工操作,但经济效益较低。二手部件(占总产值的73%)和有色金属(15%)是经济效益的主要来源。内外部拆解的耗电量对环境影响最大(占所有类别的24%-33%),经济效益也最大(占二手部件的54%)。拆解该部分耗电量大的组件有轮胎、门、座椅、防抱死系统,工具有起重机、玻璃切割机、剪切机和气动扳手。
(4)基于研究结果,结合政策和技术的发展,提出国家层面的建议:优化小企业逐步改造过渡为中大型企业;消除所有年拆解量为300以下的工厂;源头设计向——完善汽车产业链并强调发展生产者延伸责任政策;优先考虑逆向设计;运输向——优化汽车区块链网络信息技术和车辆终端维修技术;拆解向——发展无损拆解技术及相应工具;创新型拆解技术从控制精细拆解、破碎、内外部件拆解的能耗、设计高效的VOCs、灰尘的净化和分选设备入手。限制气割,破碎过程鼓励使用机械生产线;严控预处理和破碎过程的污染排放限值;末端处理向——关注五大总成拆解、检测及再制造能力。
(5)行业及企业层面的建议:小型企业合理分配人力,限制食堂和员工的用电量;大中型重点控制精细拆解、破碎和食堂的电耗;手工80%的企业提升环保成本至占比7%以上,在预处理和破碎流程中引入废气回收装置。将气割转为自动化工作线;机械80%的企业重点关注精细拆解、破碎、食堂的电耗,控制冲洗用水量。拆解内外部件时选择性加入人力无损拆解;行业优先提升“起重机、玻璃切割机、剪板机”的功率;行业层面优化考虑拆解“轮胎、门、座椅、防抱死系统”的技术并控制拆解内外部件的耗电量。
本文针对上述问题,收集了国内各地区30多家废旧汽车拆解企业的现场运行数据,考虑拆解过程的资源能耗、污染排放和厂区消耗。总结出我国目前最完整的拆解流程作为统一的系统边界,从拆解规模、工艺和深度三个方向研究,将已有数据按方向分类,统计总结出3种规模、2种工艺和4种深度。控制变量法处理数据后,利用生命周期评价(LCA)的方法定位至每一个生产单元评估其潜在环境影响。建立经济效益模型,对比经济结构和收益组成评估其经济性;使用能值法评估其可持续性。最终协同环境、经济和可持续性三方面结果,进行综合分析得出废旧汽车拆解企业的优化建议和发展方向。核心结论如下:
(1)三种规模:金属损耗(MD)、气候变化(GW)、化石损耗(FD)指标在LCA计算结果上均有显著变化:大型的废旧汽车拆解企业的环境效益、经济效益和可持续性均是最优的。小型环境负担最大,主要源于食堂和员工的电耗。三种模式里小型企业的竞争能力和盈利能力依然较弱;中型与大型的环境负担结构基本一致,ESIr指数接近,在区域限制下,也可以优先考虑建造中等规模拆解企业。整体来讲,废旧汽车拆解系统的环境负担适中,系统提供的可再生投入物足以满足目前的工艺需求。竞争能力和经济效益较好,虽相比其他行业一般,但ESI比中国钢铁生产系统(0.057)高出了161倍,发展潜力巨大。
若通过对企业规模的改造,扩建小中型企业,那么核心指标MD、GW和FD可降低1.10E+06kg-eq(Fe)、3.14E+04kg-eg(CO2)和4.60E+03kg-eq(oil),其余环境指标可减少23%-30.35%,经济效益可增加49.59%。
(2)两种工艺:机械80%模式的能值强度EI、利用率和环境效益要显著高于人工80%,产值的主要来源是再生材料占59.75%;人工80%虽竞争能力和经济效益可观,但成本和环境负担最大。负担来源于破碎采用的气割法需要消耗大量的乙炔(首要)和氧气(次要),大量排放的灰尘,以及环保成本仅占固定资产的2%,致使污染防控不完善。它的EL值为机械80%的近两倍,是研究内所有模式中环境负担最大的。经济效益主要来源于人工拆解的二手部件(占总产值的71.89%)。
若摒弃气割方式,大部分环境影响指标可提升96%,同时经济效益提升14%。
(3)四种深度:在相同的环境条件下,全厂机械操作的环境效益高于人工操作,但经济效益较低。二手部件(占总产值的73%)和有色金属(15%)是经济效益的主要来源。内外部拆解的耗电量对环境影响最大(占所有类别的24%-33%),经济效益也最大(占二手部件的54%)。拆解该部分耗电量大的组件有轮胎、门、座椅、防抱死系统,工具有起重机、玻璃切割机、剪切机和气动扳手。
(4)基于研究结果,结合政策和技术的发展,提出国家层面的建议:优化小企业逐步改造过渡为中大型企业;消除所有年拆解量为300以下的工厂;源头设计向——完善汽车产业链并强调发展生产者延伸责任政策;优先考虑逆向设计;运输向——优化汽车区块链网络信息技术和车辆终端维修技术;拆解向——发展无损拆解技术及相应工具;创新型拆解技术从控制精细拆解、破碎、内外部件拆解的能耗、设计高效的VOCs、灰尘的净化和分选设备入手。限制气割,破碎过程鼓励使用机械生产线;严控预处理和破碎过程的污染排放限值;末端处理向——关注五大总成拆解、检测及再制造能力。
(5)行业及企业层面的建议:小型企业合理分配人力,限制食堂和员工的用电量;大中型重点控制精细拆解、破碎和食堂的电耗;手工80%的企业提升环保成本至占比7%以上,在预处理和破碎流程中引入废气回收装置。将气割转为自动化工作线;机械80%的企业重点关注精细拆解、破碎、食堂的电耗,控制冲洗用水量。拆解内外部件时选择性加入人力无损拆解;行业优先提升“起重机、玻璃切割机、剪板机”的功率;行业层面优化考虑拆解“轮胎、门、座椅、防抱死系统”的技术并控制拆解内外部件的耗电量。