汽車制造過程碳排放源識別及量化研究

梁國宇

東風柳州汽車有限公司 廣西柳州 545005

1 研究碳排的背景及意義

目前，國內外對汽車生產系統和碳排放的研究大多是分門別類的。與汽車生產系統和碳排放相關的研究較少。國內外對汽車生產系統和碳排放的研究大多集中在國家宏觀層面。關于企業微觀層面的碳排放研究文獻較少。汽車生產作為我國國民經濟的基礎之一，直接影響著國民經濟各部門的發展，同時也是我國碳排放的主要來源之一。汽車制造系統是一個復雜的大系統，它不僅具有生產過程，而且具有能耗、廢棄物排放、設備故障、設備維護、信息傳輸和生產指令調度等功能。針對汽車制造過程的復雜性,深入研究汽車的能源消耗和碳排放特征的生產系統,汽車生產系統,碳排放來源的識別和分析碳排放源和之間的交互建模,提高了能源和材料利用率,減少浪費,減少碳排放,實現低碳生產,并對提高企業的經濟社會效益具有重要的研究意義。

2 汽車生產過程中的能源消耗分析

2.1 沖壓工藝

沖壓工藝是一種將板材分離或成形以獲得零件的加工方法。沖壓加工包括沖孔、裁切、切邊、裁切、擴口、沖孔、沖孔、沖孔中心孔、精沖孔、連續模、一步模、組合模、壓花、壓花、成形等。第一步是將鋼板在裁剪機上切割到合適的尺寸，然后在沖床上進行初始切割。此時一般只進行沖孔、修邊等操作，方便后續操作，操作簡單。沖孔修邊后進入實際沖壓成形過程，該系列沖孔修邊工藝的主要能耗為電能。沖壓是通過沖壓機床和模具來實現的。大多數沖壓工藝都是先沖壓成形，然后沖壓、修邊、翻邊等，最后成為所需要的工件，沖壓的主要能量是消耗電能和壓縮空氣。切削機械切削金屬零件需要消耗電能。沖壓過程中的碳排放主要來源于發電過程中的碳排放。沖壓過程中消耗的主要能量是電能、壓縮空氣、水等。

2.2 焊接工藝

汽車焊接是將沖壓件用夾具固定在車體的位置，通過焊接將沖壓件連接在一起形成汽車音響總成。焊接主要設備有懸掛式電焊機、座式電焊機、CO2氣體保護焊機、t型螺柱焊機、釬焊機、焊機機器人、激光焊接。焊接過程的能耗主要來自焊接設備的使用。焊接能耗主要有電力、壓縮空氣、水、循環水等。

2.3 涂裝工藝

汽車涂裝工藝對汽車制造具有兩大重要功能。一是防止汽車的腐蝕，二是增加汽車的美觀效果。涂裝工藝一般可分為兩部分:一是涂裝前的金屬表面處理，也稱預處理工藝。預處理技術的主要能耗一般為電能和空氣壓縮；二是涂裝施工工藝。建筑過程的能耗主要是電能、蒸汽和水。涂裝工藝為預脫脂→脫脂→熱水洗滌→冷水洗滌→酸洗→冷水洗滌→中和→冷水洗滌→表面調整→磷化→冷水洗滌→熱水洗滌→純水洗滌→烘干。涂層過程中的主要能耗是電力消耗和涂層的干燥過程。在干燥過程中，天然氣等用于燃燒和發熱，二氧化碳直接排放到環境中。涂層的能耗還包括蒸汽、空氣壓縮、水和循環水的能耗[1]。

3 汽車生產系統能源消耗碳排放源識別及量化分析

汽車生產系統碳排放源的識別分析：

（1）汽車生產過程中因能源消耗而產生的碳排放。汽車生產系統的加工工藝主要包括沖壓工藝、涂裝工藝和最終裝配工藝。鑄件是將燒成火焰的金屬澆注到模具型腔內，使產品冷卻凝固。主要工藝有金屬清洗、模型制作、纏繞凝固、脫模清洗。鑄造過程中能源消耗產生的碳排放主要來自煤、燃料油、天然氣和電能。煤炭、燃料油和天然氣的碳排放是直接的碳排放。鍛造是利用鍛壓機對金屬材料施加壓力，使其塑性變形，從而獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。主要分為切割、加熱、預斷裂、終鍛、修邊、斷裂后處理及檢驗清洗。鍛造過程的碳排放主要來源于天然氣、煤炭燃燒的直接碳排放和電力消耗的間接碳排放。沖壓是一種將板材分離或成形以獲得零件的加工方法。沖壓件的能耗主要來源于各加工設備所消耗的電能和壓縮空氣。沖壓產生的碳排放主要是電能產生的間接碳排放。汽車干包裝是將沖壓件用夾具定位，通過爆炸連接將沖壓件連接在一起形成車身總成。高性能設備的主要能耗來自于熱處理，包括加熱、保溫和冷卻。

（2）汽車生產車間移動材料能耗產生的碳排放。在汽車生產過程中，需要運輸原材料、外購件、半成品等。物料移動的能耗主要是車間運輸車輛的能耗，車間運輸車輛的燃燒能量產生碳排放。汽車生產車間移動物料的碳排放主要來源于燃料供應產生的碳排放。

（3）廢棄物處理和能源回收過程中額外能源消耗產生的碳排放。汽車生產過程中產生的大量廢水、廢氣、固體廢物等嚴重影響生態環境，必須進行有效、合理的處理。在處理這些廢棄物的過程中，每臺設備運行所消耗的主要能源是電能，碳排放是電能的間接碳排放。

4 未來展望

由于低碳理論是一個相對前沿的領域，理論體系還不完善，基于低碳理論的汽車生產系統碳排放研究和探討還不夠深入和全面。未來可以引入生命周期理論和外部性理論進行更深入的研究。

擴大評估目標和范圍。本文的評價目標是量化當前技術水平下汽車生產系統的能源消耗和碳排放。研究范圍包括汽車生產過程，包括原材料生產、零部件生產、汽車裝配等，以及汽車生產系統消耗電力、煤炭、石油和天然氣產生的溫室氣體排放。其次，我們可以結合未來的技術發展趨勢，預測未來的汽車生命周期評估，并將環境影響研究從氣體污染擴展到更廣泛的廢水污染、固體廢物污染，甚至噪音污染。

根據我國的實際情況，制定了統一的碳排放定量規則。目前，我國碳排放量化研究成果取得了較好的進展，但相對較少，且沒有統一的量化規則。這些研究結果也缺乏可比性，不能有機地結合。因此，制定一套統一的量化規則，可以為我國碳排放理論的發展和實踐提供有力的推動。