随着全球汽车工业的快速发展,汽车用废弃塑料的再生利用已成为推动循环经济、实现可持续发展的重要议题。在汽车产量持续增长以及轻量化趋势加速的背景下,塑料部件在汽车制造中的应用日益广泛,从内饰件、外饰件到功能部件,塑料以其重量轻、耐腐蚀、易加工等特性成为不可或缺的材料之一。

然而,这也带来了废弃塑料处理与环境污染的严峻挑战。中国循环经济协会统计数据显示,到2025年,报废汽车拆解后约产生废塑料480万吨—700万吨。

因此,为了积极应对因汽车产品革新带来的资源浪费和环境污染,汽车用废弃塑料的回收机制和再生利用技术是全汽车行业乃至整个经济社会亟须探究的课题。

1、我国汽车用废弃塑料的再生利用实例

汽车用废弃塑料的回收利用在生产中可以节省多种资源、改良不同属性,从而在安全和成本方面具有突破性的优势。此外,塑料的使用能够设计出更加便利、更加多样的汽车款式,提高车辆内部的舒适度和审美观,降低零部件的加工、装配和维修费用。

蔚来ET5/EC7:内饰采用Clean+织物(100%再生PET瓶)、PCR PC/ABS材料,座椅使用生物基Microfiber(含甘蔗废料)。 图源:汽车之家

汽车保险杠、仪表盘再生料性能高。因此,废旧保险杠具有较大的回收价值,可将回收的保险杠料用于生产新的保险杠,又因保险杠、仪表盘中的主要成分PP材料完全具备燃料的基本性质,所以也可以回收制造燃料油。

保险杠、仪表盘再生的流程简单,易于实现工业化生产。在制造燃油的再生技术上,德国、日本等国家均已开发了利用废塑料超高温气化制合成燃油,并已实现工业化生产。

车轮罩、挡泥板等汽车部分常用机械回收的方式将其作为填料,或利用热压成型法将聚氨酯(PUR)废料压制成成品、半成品,应用于对断裂伸长率及表面性能要求不高的领域。

灯/车罩设计主要考虑的是透明度和反光性能,所以材料通常要选择透明的聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。

这一类材料,在粉碎前端用一般的粉碎机就可以满足需求,不过在粉碎的后端,最好还是添加了除尘设备,能够在粉碎后装袋时除去90%以上的灰尘,在粉碎料再次成型后,其稳定性和成型性能更加贴近于原材料。

2、汽车用废弃塑料的现有再生技术

汽车中常用的塑料品种主要包括聚丙烯 (PP)、聚酰胺(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS)、聚 甲醛 (POM)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚氨酯(PU)、聚苯醚(PPO)、聚乙烯 (PE)等,通常用的塑料都是它们的改性复合材料 或合金材料。塑料制品在汽车中的应用场景大致 可分为外饰件、内饰件、功能结构件三大类。

例:

  • 宝马集团(BMW)和大众汽车(Volkswagen)在逐步增加新车中再生塑料的比例。
  • 本田汽车(Honda)携手东丽(Toray)探索化学回收尼龙6在汽车领域的应用潜力。
  • 麦格纳(Magna)发布单一材质,且100%可回收材料,适用于汽车座椅泡沫垫和装饰件。

 

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BMW i7:座舱内板覆盖物由可再生尼龙Econyl制成(来自海洋回收渔网),车顶内衬、A/B/C柱饰板使用100%再生PET瓶纤维。

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梅赛德斯-奔驰的纯电EQE   EQE/S-Class:弓形门把手采用巴斯夫化学回收工艺,结合废旧轮胎热解油和农业废料生物甲烷制成再生高性能塑料。 

 

2.1 国内常用塑料再生技术

目前,对于汽车废旧塑料的回收再利用主要包括颗粒回收、化学回收和能源回收三种。其中颗粒回收是将废旧塑料熔融再生或改性再生。化学回收是将塑料废弃物经过一系列化学转化,重新生成与石油基塑料同等品质的新塑料的过程,又称为“先进循环”“分子循环”。能源回收利用废旧塑料燃烧时所产生热量的方法回收化工原料,加入聚氨酯,通过水解可获得合成时的原料单体。

废旧塑料不同处理工艺技术对比

不过,上述三种处理方法尚未达到废弃塑料的充分利用且焚烧后的物质容易进入空气、土地、河流中形成二次污染。经过研究人员的改良,又产生了物理改性、化学改性的再生利用新技术。

物理改性可分为三种途径:
  • 一是活化无机粒子的填充改性,在废旧热塑性塑料中加入活化无机粒子,既可降低塑料制品的成本,又能提高温度性能。
  • 二是增强改性,将通用型树脂改性成工程塑料和结构材料。回收的热塑性塑料,如聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)PVC、聚乙烯(PE)等,用纤维增强改性后其强度和模量可以超过原来的树脂。
  • 三是回收塑料的合金化,将2种或2种以上的聚合物在熔融状态下进行共混,形成的新材料即为聚合物合金,主要有单纯共混、接枝改性、增容、反应性增容、互穿网络聚合等方法。

化学改性是通过接枝、共聚等方法在分子链中引入其他链节和功能基团;通过交联剂等进行交联;通过成核剂、发泡剂进行改性等化学方法使废旧塑料获得较高的抗冲击性能、优良的耐热性、抗老化性等,以便进行再生利用。

2.2 全球前沿塑料再生技术

2022年,美国得克萨斯州莱斯大学研究出了一个潜在的回收再利用汽车废塑料的方法。

该方法能够将回收的汽车废塑料巧妙地变成石墨烯,并通过一种节能技术又重新用于汽车的复合材料中。该研究团队利用2020年推出的用于制造石墨烯的焦耳闪热蒸技术,使用电流加热碳,将其变成石墨烯。凭借这项技术,只需使用低成本的设施即可完成石墨烯生产,无需对塑料进行分离或分类,也不需要溶剂、熔炉或水。

废旧汽车塑料升级为石墨烯的过程。 图片来源:福特汽车公司和莱斯大学

此后,研究人员将回收的石墨烯注入用于制作汽车的新塑料,发现材料拉伸强度增加了34%,噪声吸收率增加了25%。与其他制作石墨烯的方法相比,焦耳闪热蒸技术消耗的能源更少,产生的温室气体也更少,后续或将成为一种环保的石墨烯生产方式。

此项技术实际投入后,或将有效改善全球塑料污染问题,并能够助力石墨烯电池制造技术以及汽车车身制造技术的发展。

3、汽车用废弃塑料回收利用的策略

3.1 减少废弃塑料的回收缺口

为了提高报废汽车及其废旧塑料的回收水平,一方面,我国汽车行业和塑料再生利用行业应联合发力,加强塑料废弃物规范回收,构建包揽自主回收、委托回收或联合回收等模式的回收体系,建立报废汽车、废旧塑料回收网络与管理机制,形成一批较大规模的再生塑料回收交易市场和加工集散地,不断发展成回收加工集群化、市场交易集约化的绿色经济。

另一方面,国家应拓宽对报废汽车的补贴范围,加大对报废汽车车主的补贴力度。一线城市中一辆汽车非法二手车市场回收价高达3~4万元,而报废补贴远远低于这一数值,补贴力度不够是导致正规渠道回收报废汽车数量较少的主要原因。

3.2 提高可降解环保塑料的应用率

可降解环保塑料在使用功能上与普通塑料相似,但即使流入市场而未被回收也不会对环境带来污染压力,通过光、微生物或化学反应快速地转化为水和其他无害无机物。因此,在汽车工业中使用这类可循环利用的新型塑料,不仅可以减少废旧塑料的产生与污染,还可以减轻汽车用废弃塑料的回收再生难度。

 

国家发展改革委、生态环境部联合印发了《“十四五”塑料污染治理行动方案》,要求大力发展再生塑料行业,我国再生塑料行业正在逐步从“全球废塑料资源+国内再生加工”的传统模式转变为海外投资再生加工与国内废塑料循环再生利用的双驱模式。因此,在汽车制造中运用可降解环保塑料是从源头上解决汽车用废弃塑料“白色污染”和资源浪费的最好办法。

3.3 积极研发高新再生技术

要解决汽车用废弃塑料的再生利用问题,除了需要政策的规范引导外,还需要更多企业自发参与到再生塑料的技术研发、生产和推广当中去。

从研发力量和产业布局的角度来看,规模以上企业都有着显著优势。具备合规能力的头部企业应发挥领头羊的作用,主动与拥有废旧塑料资源高效开发及高质利用的国家重点实验室、高分子材料产业创新中心等研究机构展开合作,推进再生塑料的技术研发工作,促进汽车废弃塑料从“可回收时代”向“易回收、易再生时代”转变。

4、结语

在绿色汽车制造的大背景下,汽车用废弃塑料的再生利用和零部件的再制造将成为循环经济的一个主要发展方向,它的存量大、价值高、可再生性好,是循环经济上游重要的原料来源。如果能够精准把握这一片资源蓝海的利用,对于社会环境和经济主体而言,都具有不可估量的潜在价值。

来源:张靖雯《汽车用废弃塑料的再生利用 》、“双碳”背景下汽车塑料的再生现状及关键技术、网络等

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