摘要：為了得到汽車車身材料CO₂排放和車身輕量化的關(guān)系，并對車身材料輕量化發(fā)展作出合理預(yù)測，該文基于生命周期評價方法，利用生命周期評價專用GaBi建模軟件，分析了普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種車身材料的原材料獲取階段的CO₂排放，得出普通低碳鋼CO₂排放最小、鋁鎂是車身輕量化發(fā)展的理想材料，對節(jié)能減排具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：生命周期評價；車身材料；車身輕量化

生命周期評價（LCA）方法被認(rèn)為是研究CO₂排放行之有效的方法，前人的研究已得到了材料的CO₂排放數(shù)據(jù)，但未結(jié)合車身材料的輕量化做出分析。文章結(jié)合專用的GaBi建模軟件，分析研究普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種車身材料的原材料獲取階段的CO₂排放，得到排序；另外，汽車車身材料輕量化是目前可行的節(jié)能減排的手段之一，文章結(jié)合材料的性質(zhì)，對車身材料的輕量化發(fā)展做出合理預(yù)測，為政府、企業(yè)的決策提供了依據(jù)。

1 生命周期評價概述

生命周期評價（LCA）是一種用于評價產(chǎn)品、工序和與服務(wù)相關(guān)的環(huán)境因素及潛在影響的工具，該工具通過匯編研究對象的相關(guān)能源和材料投入以及其環(huán)境釋放的清單、評價與研究對象相關(guān)的潛在環(huán)境影響及解釋結(jié)果以幫助政府、企業(yè)作出明智的決策。生命周期評價系統(tǒng)關(guān)系圖，如圖1所示。通過原材料收集、產(chǎn)品制造、運輸、使用以及最后的回收報廢這一生命周期分析，可有效獲得對環(huán)境的潛在影響分析。LCA方法可幫助企業(yè)從其生產(chǎn)和使用流程中獲取最大價值，并將可持續(xù)性和安全性融入企業(yè)的生產(chǎn)制造中。

2 車身材料的生命周期評價

2.1 車身材料生命周期評價目標(biāo)

通過對普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金及碳纖維4種不同的車身材料進(jìn)行生命周期評價，得到這4種不同車身材料的CO₂排放，分析比較各材料的節(jié)能效果并作出排序，找出4種材料中對環(huán)境影響最小的車身材料。

2.2 車身材料的碳排放

汽車車身主要由車身殼體和車門等組成，通過使用鋁合金、鎂合金或碳纖維等低密度材料來代替車身中的鋼材，可以大大減輕汽車質(zhì)量，從而改善燃料消耗。為了解上述材料的CO₂排放與減輕車身質(zhì)量方面的關(guān)系，文章主要研究了普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種材料組成的車身殼體，并分析了其原材料獲取階段的CO₂排放。假設(shè)CO₂排放只受車身材料的質(zhì)量影響，文章運用GaBi軟件建模，得到獲取單位質(zhì)量原材料的CO₂排放量，如圖2所示。

從圖2可以看出，單位質(zhì)量鋁合金所產(chǎn)生的溫室氣體排放量約為普通低碳鋼所產(chǎn)生的溫室氣體排放量的6倍；對于鎂合金和碳纖維而言，所產(chǎn)生的溫室氣體排放量差異值則更大。即相比普通低碳鋼、鋁合金、鎂合金甚至碳纖維等低密度的材料會使CO₂排放量大大增加。

3 車身材料的發(fā)展趨勢

汽車行業(yè)普遍認(rèn)為，汽車質(zhì)量每減少100kg，油耗會減少0.5L/100km，CO₂排放可減少1kg/100km。伴隨著節(jié)能降耗呼聲的日益增高，汽車開始追求輕量化，又因車身材料的輕量化對汽車輕量化有著很大的影響（白車身質(zhì)量一般占整車質(zhì)量的40％左右），因此，汽車車身材料的輕量化發(fā)展對推動汽車技術(shù)發(fā)展具有重要意義。汽車車身輕量化是指在不改變車身的強度、安全性能和使用性能的條件下，盡可能地降低車身質(zhì)量，因此，車身材料可選用高強度材料和低密度材料。

1）高強度材料代替低強度材料。目前，車身大多使用的是高強度鋼板，這種鋼板在保證了普通低碳鋼板優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，大大地增加了鋼材的強度，同時減輕了汽車的質(zhì)量。

2）低密度材料代替高密度材料。鋁合金材料是汽車車身輕量化的首選材料，它具有質(zhì)量輕、強度高、回收再利用率高及能量吸收性能較高等優(yōu)勢。此外，金屬鎂在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)金屬中密度最小，是鋁的2/3，不到鋼或鑄鐵的1/4，相比于鋁合金，車身質(zhì)量可減輕20％左右；另外，鎂合金具有更高的比強度及優(yōu)良的減振性能，是汽車輕量化發(fā)展中最具潛力的結(jié)構(gòu)材料。文章只研究了原材料獲取階段的CO₂排放，分析發(fā)現(xiàn)，在獲取原材料階段的CO₂排放與車身材料的輕量化是矛盾的，因此，合理選擇材料即是選擇CO₂排放與材料輕量化的最佳組合。

4 結(jié)論

1）文章基于科學(xué)的生命周期評價方法，結(jié)合專用GaBi建模軟件，得到普通低碳鋼、鎂合金、鋁合金、碳纖維4種材料的CO₂排放排序，得出普通低碳鋼在原材料獲取階段的CO₂排放最少，對制造業(yè)有一定的實用意義。

2）分析發(fā)現(xiàn)，鋁合金及鎂合金是汽車輕量化的理想材料，對節(jié)能減排有著重大意義。將車身材料的生命周期排放與車身輕量化結(jié)合起來，得出汽車制造商可以以普通低碳鋼為基礎(chǔ)，用鋁合金、鎂合金代替車身中的部件，以滿足CO₂排放量低、汽車質(zhì)量輕的要求，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。