车辆报废回收分析*

2015-07-04任帅，张雷

机械研究与应用 2015年3期

任帅，张雷

(江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230009)

0 引言

21世纪以来随着全球汽车保有量的大幅增加，汽车的报废回收的常规化和规范化已然成为汽车工业中不可或缺的环节，“汽车垃圾”也成为影响社会环保的重要问题之一［1］。2000年9月18日，欧盟正式公布(2000/53/EC)《报废汽车指令》Directive on End-of Life Vehicle，简称 ELV 指令［2］。其目的为对所有的汽车部件和材料中有害物质的含量及使用进行限制;同时促进增加再生材料及部件的使用比例，车辆设计与生产过程应利于车辆报废时的拆解、再使用、再利用和回收利用［3］。

2006年2月6日，国家发展和改革委员会、科学技术部和国家环保总局联合颁布了《汽车产品回收利用技术政策》(以下简称中国ELV)，明确要求将汽车产品回收利用率指标纳入到汽车产品市场准入许可管理体系［4］，要求自2008年起，我国汽车生产或销售企业要开始进行汽车产品的可回收利用率登记备案工作，为实施阶段目标进行技术准备。2010年起，汽车在设计生产时禁用有毒物质和破坏环境的材料，减少并最终停止使用不能再生利用的材料和不利于汽车环保的材料，减少有害物质。

本文介绍了ELV指令中的具体要求，明确了在新车设计中的选取和用量。通过介绍RRR计算方法，描述了法规中对于有害物质的具体定性与定量检测方法。为新车型的开发与设计提供法规指导。

1 ELV法规分析

1.1 法规简介

根据ⅠHSautomotive数据显示，到2011年底，包括重型卡车等车型在内，估计全球共有9.79亿辆汽车在路上行驶，比2010年增加3000万辆。到2012年底，全球汽车总量已突破10亿辆，这意味着在这个星球上大约平均每七人就拥有一辆车。

随着汽车保有量的大幅增加，达到汽车使用寿命需要报废的汽车数量也在不断增大。相关数据显示，2011年中国全国民用车的保有量已经突破了一亿辆，报废汽车已超过了400万辆，预计到2020年报废车数量将超过1400万辆。汽车的报废回收问题已然摆在了人们面前。

健康、环保是当代社会可持续发展的前提，如何在此前提下对汽车进行报废回收，也将成为人们关注的热点。在汽车各个组成部件当中，某些零部件含有铅、汞、镉、六价铬等重金属元素。而重金属无论是对环境还是人体都会造成严重损坏。下面对这些重金属的危害作简单的说明。

铅是重金属污染中毒性较大的一种，一但进入人体很难排除。直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经板，可造成先天大脑沟回浅，智力低下;对老年人造成痴呆、脑死亡等。汞被食入后直接沉入肝脏，对大脑视力神经破坏极大。天然水每升水中含0.01 mg，就会强烈中毒。含有微量的汞饮用水，长期食用会引起蓄积性中毒。镉被食入后会导致高血压，引起心脑血管疾病;破坏骨钙，引起肾功能失调。铬被食入后会造成四肢麻木，精神异常。

不当的汽车报废已经给环境和健康造成危害，“汽车垃圾”已成为影响社会环保的重要问题。为保护环境，规范汽车报废等问题，欧盟已于2000年实施“ELV Directive”，即 Directive 2000/53/EC，在所有的汽车部件和材料中对有害的物质的含量及使用进行限制，同时促进增加再生材料及部件的使用比例，使得车辆设计与生产应利于车辆报废时的拆解、再使用、再利用和回收利用。

ELV指令在欧盟已经强制实施，在欧盟销售的汽车必须满足指令要求。现欧盟各国已对不满足法规要求的厂商制定了相应的处理措施，如:荷兰规定，对于违反ELV指令的厂商，每违反一天罚款10 000欧元;法国规定，对于违反ELV指令的厂商，罚款约450欧元/台/件;丹麦规定，对于违反ELV指令的厂商，处于罚款，严重的监禁2年以下。

1.2 欧盟ELV法规要求

ELV指令适用对象:M1、N1以及除三轮摩托车以外的三轮机动车辆。如图1所列。

图1 ELV使用对象

ELV指令要求主要包含两个方面，一方面对铅、汞、镉、六价铬的最大容许浓度提出要求，具体要求如表1所列。

表1 有害物质使用限值要求 /%

另一方面对可再利用率和可回收利用率提出最低的限值要求，具体要求如表2所列。

表2 回收利用率要求 /%

1.3 中国ELV法规要求

2006年中国颁布《汽车产品回收利用技术政策》，是推动我国对汽车产品报废回收制度建立的指导性文件，其目的是指导汽车生产和销售及相关企业启动、开展并推动汽车产品的设计、制造和报废、回收、再利用等多项工作。与欧盟ELV区别，非金属零部件增加两项多溴联苯、多溴二苯醚的检测见表3。

表3 中国ELV有害物质使用限制要求 /%

关于材料回收利用率要求，与欧盟ELV主要要求相同，主要差异在要求的时间上，如表4所示。

表4 中国ELV回收利用率要求 /%

2 有害物质检测及RRR计算

2.1 有害物质检测方法

目前一般参考ⅠEC 62321:2008的要求，对汽车上所有的材料进行检测，一般金属材料只要求测重金属铅、汞、镉、六价铬四项，非金属材料要求测铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚六项。

检测过程中首先将样品拆分为一个个的检测单元。检测单元一般可以分为5个种类，同材质检测单元、不同颜色的检测单元、质量小难以拆分的检测单元、表面处理的检测单元，体积小难以拆分的检测单元。而均质材料指的是零件或组件用机械方法(如拧开、切割、碾压、研磨等)无法被进一步拆分且各部分组成为相同的材料。

以下图的方向盘总成为例，说明样品拆分步骤。首先将方向盘拆分为触摸开关、装饰罩、装饰条、骨架等部件;然后以触摸开关为例，将触摸开关拆分为支撑架、旋钮、线路板等部件。最后以线路板为例，拆分出PCB板、电线等最终的检测单元，完成拆分后，就开始可以对拆解得到的检测单元进行检测。如图2。

图2 方向盘拆分

然后使用XRF(X射线荧光光谱仪)进行半定量测试，其主要作用是进行筛选以确认是否进行定量测试。如XRF扫描某零件，结果显示其铅浓度小于0.07%，即小于法规要求的0.1%，则其满足ELV法规要求，无需进一步测试。

最后，通过化学方法进行定量分析，铅、镉、汞使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析，六价铬使用紫外/可见分光光度计分析，多溴联苯和多溴二苯醚使用气相色谱-质谱联用仪分析。如图3～6所示。

图3 X射线荧光光谱仪

图4 电感耦合等离子体原子发射光谱仪

图5 紫外/可见分光光度计

图6 气相色谱-质谱联用仪

另外，整车中有一些材料重金属含量是可以豁免的，比如电池、点火装置、集成电路中焊锡中的铅等，具体豁免清单参考2010/115/EU。

2.2RRR 计算

利用如下公式计算可再利用率和可回收率［5］:

式中:mP为预处理阶段材料质量;mD拆解阶段材料质量;mM金属分离阶段金属质量;mTr非金属残余物可再利用量;mTe为非金属残余物中能量回收量;mV为车辆整备质量。

可再利用率和可回收利用率可通过预处理、拆解、金属分离、非金属残余物的处理4个步骤进行计算。mP、mD和mM可以在前三个阶段的计算中分别得出，mTr和mTe可在最后一个阶段确定。

(1)预处理阶段:确定mP在这个阶段中，要考虑下列车辆零部件和材料:所有的液体;电池;机油滤清器;液化石油气(LPG)罐;压缩天然气(CNG)罐;轮胎;催化转换器。

液体包括燃油、发动机油、变速器/齿轮箱(包括后差速器和/或分动器)油、助力转向油、冷却液、制动液、减振液、空调制冷剂、风窗玻璃清洗液、发动机安装油和液压悬架液。为便于计算，这些零部件和材料被认为是可再使用或可再利用的。确定这些零部件和材料的总质量mP。

(2)拆解阶段:确定mD在这个阶段，可基于下列原则，考虑车辆上其他一些被认为是可再使用或可再利用的零部件。作为一般要求，零部件的可再使用性可再利用性基于其可拆解性，而零部件的可拆解性要通过以下方面进行评估:①可接近性;②紧固技术;③已获验证的拆解技术。

附加要求:确定零部件的可再使用性时，还应考虑其安全性和环保性。确定根据上述方法被认为是可再使用或可再利用的零部件的总质量mD。

(3)金属分离阶段:确定mM在这个阶段，要考虑在前几个阶段中没有被考虑到的所有的金属(黑色金属和有色金属)。黑色金属和有色金属都被认为是可再利用的。确定经过前面的处理阶段之后，仍然存留在车辆中的金属的质量mM。

(4)非金属残余物的处理阶段:确定mTr和mTe

剩余的其他材料(即在预处理、拆解和金属分离阶段中未考虑到的材料)构成了非金属残余物。在这个阶段，可以考虑残余的非金属可再利用材料或这些材料与残余的非金属可回收利用材料。确定根据已获验证的再利用技术被认为是可再利用的非金属残余物的总质量 mTr。在确定了 mP、mD、mM和 mTr后，确定可以用于能量回收的剩余物的总质量mTe。

聚合物和橡胶的能量回收利用技术在世界范围内已是大规模的、产业化的。因此，聚合物、橡胶和其他经过改良的有机天然材料可以通过这些技术进行回收利用。