基于生命周期理論的工程翻新輪胎經濟性模型及評價

王 強，齊曉杰，王云龍，姜 莉，王國田

(1. 黑龍江工程學院 汽車與交通工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050； 2. 清華大學 機械工程學院，北京100084)

0 引 言

近年來，隨著建筑施工行業的迅速發展，在土石方礦山區等場所大量使用工程車輛，導致輪胎的消耗量十分巨大，頻換更換輪胎所產生的費用占據礦采費用的20%～30%[1]。工程車輛經常工作在較惡劣的環境，因此要求輪胎具有較強的耐磨損及耐切割性能。劉峰[2]、宋國星[3]研究表明：崩花掉塊、胎面脫層等失效損壞占據總失效損壞的93%，而輪胎胎體還有較大的繼續使用的價值。輪胎翻新被國際上普遍認為是有效節約橡膠原材料、減少廢舊輪胎“黑色污染”的最有效途徑[4,5]。通常，如果對輪胎及時進行有效的保養，其可進行多次翻新再利用(鋼絲子午線輪胎翻新次數可達3～6次、簾線斜交輪胎可達2～3次)。然而，目前國內輪胎翻新的次數極少，往往翻新1次就被報廢。從使用壽命角度來看，如果翻新質量較好，翻新輪胎的使用壽命能夠接近新輪胎，甚至其使用壽命及安全性高于新輪胎；從制造成本角度來看，翻新一條工程輪胎所使用的橡膠消耗量僅為生產一條新輪胎的20%左右，其銷售價格通常為新輪胎的50%左右，經濟效益十分顯著[6,7]。但是，工程輪胎翻新對社會、企業等經濟性產生的影響，目前還缺乏系統性、針對性以及定量分析與評價。為此，筆者基于生命周期理論，構建工程翻新輪胎成本分析模型、利潤分析模型，提出經濟評價指標，進行工程輪胎一次普通翻新、石墨烯增強體增強翻新、機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、燃燒發電等再利用階段成本-利潤的分析與評價，為輪胎翻新行業政策的制定提供一定的理論依據。

1 工程翻新輪胎生命周期系統

工程翻新輪胎生命周期系統可用圖1來描述，共劃分為翻新輪胎生產、翻新輪胎運輸、翻新輪胎使用及翻新輪胎再利用等4個主要階段，同時在翻新輪胎再利用階段又被劃分為二次翻新、機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解及燃燒發電等5種方式。翻新輪胎的每個階段均會消耗一定的成本，而再利用階段還會產生新的利潤。

圖1 工程翻新輪胎生命周期系統

2 基于生命周期的工程翻新輪胎經濟 性模型

工程翻新輪胎生命周期經濟性模型主要包括成本分析模型、利潤分析模型及環境成本-環境利潤模型，它們是對一條工程翻新輪胎在其整個生命周期過程中與其系統外部發生的所有經濟行為進行的描述和評價[8-10]。

2.1 成本分析模型

工程翻新輪胎生命周期成本主要包括加和各單元過程中使用/消耗的各種原材料成本和各種資源成本。其中各種原材料成本等于各種原材料的單耗rmij及其對應單價Pmij的乘積，各種資源成本等于水、電、煤、天然氣等單耗reij及其對應單價Puij的乘積。成本按照式(1)計算：

(1)

式中：LSAi為勞動力、供應商及管理成本；DEi為固定資產折舊費用；SCi為銷售成本。

2.2 利潤分析模型

與成本分析模型不同，工程翻新輪胎生命周期利潤 = 生命周期利益 - 生命周期成本。由于工程翻新輪胎只有生產階段和再利用階段有產品銷售，因此利潤只發生在這兩個階段，按式(2)計算：

(2)

式中：ECi為階段i的成本；Tij為各階段產生各種產品的產量；upij為各種產品的單價。

2.3 環境成本-環境利潤模型

工程翻新輪胎生命周期成本還包括環境成本，生命周期利潤還包括環境利潤。

2.3.1 環境成本

環境成本即對環境造成的損失，主要是CO2排放造成的溫室效應，包括：加和各單元過程中使用的原材料、各種資源等所直接或間接消耗化石能源而排放的CO2。其中各種原材料環境成本等于各種原材料的單耗rmij與所排放CO2造成環境損失ELij的乘積，各種資源環境成本等于水、電、煤、天然氣等單耗reij與所排放造成環境損失ELij的乘積；根據美國國會預算辦公室(CBO)數據[11]，CO2排放費用大約為46USD/t(折合人民幣308元/t)。環境成本按式(3)計算：

(3)

2.3.2 環境利潤

環境利潤即對環境帶來的益處，主要是工程翻新輪胎再利用階段產生的產品作為可再利用的能源在工業生產中重新得到循環使用而實現的CO2減排量，包括：加和生產相同的再利用階段各產品所產生的CO2排放費用。環境利潤按式(4)計算：

(4)

式中：Tij為再利用階段各種產品的產量；CECi為對應產品的碳排放系數；PCi為CO2排放費用。

2.4 經濟評價指標

在評估工程翻新輪胎二次翻新、機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解及燃燒發電等5種再利用階段的經濟效益時，為了表示不同再利用階段成本回收率的影響，可用利潤成本比PCR作為評價指標，按式(5)計算：

(5)

3 工程輪胎成本-利潤分析

以26.5R25工程輪胎為研究對象，1t為計量單位，使用壽命按1.5年、平均運輸距離按5萬km計算，所涉及的計算數據大部分來源于哈爾濱惠良汽車輪胎翻新有限公司和中國橡膠輪胎行業報告，部分數據參考了伍英武[12]、楊蕾[13]、P.FERRO等[14]的研究結果，地理邊界為中國東北地區，時間邊界為 2016年8月—2018年8月，計算中所涉及的價格數據來源于哈爾濱惠良汽車輪胎翻新有限公司2018年1— 6月份實際市場價格的平均值。

工程輪胎生產階段、運輸階段及使用階段的成本分析如表1、表2。機械粉碎、低溫粉碎、燃燒分解、能源化發電、一次普通翻新、石墨烯增強翻新等再利用階段的成本如表3，利潤分析如表4。成本及利潤分析清單反映了工程輪胎生命周期系統的經濟效益。

表1 工程輪胎生產階段成本

表2 工程輪胎運輸階段及使用階段成本

表3 工程輪胎5種再利用方式成本

表4 工程輪胎5種再利用方式利潤

4 工程輪胎成本-利潤評價

工程輪胎成本-利潤分析中不考慮廠房、設備及人工等成本。工程輪胎生命周期系統的成本及利潤如表5。

表5 工程輪胎生命周期系統的成本及利潤

由表5可以看出，工程輪胎生命周期的利潤成本比關系為：石墨烯增強體增強翻新(64.7%)>一次普通翻新(50.1%)>燃燒分解(27.2%)>機械粉碎(22.4%)>低溫粉碎(8.2%)>燃燒發電(4.6%)，墨烯增強體增強翻新的利潤成本比最大，為燃燒分解和機械粉碎的2～3倍、低溫粉碎的8倍、燃燒發電的15倍；一次普通翻新的利潤成本比次之。研究表明：石墨烯增強體增強翻新是筆者所探討的幾種實現廢舊輪胎再利用方式中經濟效益最佳的方式，低溫粉碎和燃燒發電的利潤成本比均較低，分別在10%及5%以下，從經濟性角度，不建議采用這兩種方式來處理廢舊輪胎。

5 結 語

以生命周期評價理論為基礎，通過構建工程輪胎的成本分析模型、利潤分析模型、環境成本-環境利潤分析模型，提出了經濟評價指標，分析和評價了工程輪胎生產階段、運輸階段、使用階段及再利用階段成本-利潤清單，獲得了工程輪胎生命周期的利潤成本比關系為：石墨烯增強體增強翻新>一次普通翻新>燃燒分解>機械粉碎>低溫粉碎>燃燒發電，表明采用石墨烯增強體增強翻新再利用方式具有更大的經濟效益，可作為未來輪胎翻新技術的一個發展途徑。