科尔尼:塑料将是汽车生产商和化学品公司的未来

来源: | 发布时间:2020-06-29 00:41

为了优化燃油效率,汽车生产商使用重量更轻的材料——塑料和高分子部件

全球能源消耗日益增加,消费者对汽车的需求也不断增长,这些都对油价施加了压力,150美元一桶的油价不再是天方夜谭。与此同时,发达国家和新兴国家的监管方都立法规定汽车排放标准,并鼓励循环使用,以期通过此方法解决能源成本和环境问题。

在此背景下,汽车轻量化已成为全球性的趋势 -- 从2008年至今车辆平均重量下跌了20%,降低能耗的同时使车辆平均排放量降低。欧洲的分析师预测,乘用车平均重量在2010年触顶达到1.5吨之后,到2020年将缩减到略高于一吨——即20世纪70年代的重量。

这一趋势的主要原因是,重量轻的汽车更高效节能。当然另一个高效节能的趋势——电动车——将使汽车更重。传统汽车中,标准引擎占了汽车总重量的大约12%。由于超重的电池,电动车的动力系统占了其重量的20%。而在电动车中塑料的使用量也非常可观。

为了保持最佳的燃油效率,汽车生产商使用重量更轻的材料——塑料和高分子零部件。我们预计在下个10年中,塑料将占车辆平均重量的18%,比2000年的14%有所增加(见图1)。

 

按照性能要求比如外观、硬度、抗腐蚀性、重量以及成本划分的多达100种不同类型和等级的塑料都被用于普通车辆中。比如聚丙烯(PP)用于仪表板、轮圈盖和一些引擎部件中;聚氨酯(PUR)用于座椅;聚乙烯(PE)用于地毯;聚酰胺(PA)用于需要加热并且耐化学品腐蚀的部件中。大规模生产的塑料——ABS树脂、PP、PUR和尼龙占了汽车中使用塑料的70%,而余下的是复合材料和高端塑料。

很重要的一点是各地的塑料消费模式有所不同。欧洲厂商的塑料使用量多于北美和日本厂商。美国厂商在使用石油基塑料时进度较慢,而且不热衷于使用更高级别塑料,因此继续使用更多钢材。

塑料面临的挑战

汽车生产商将使用更多塑料。这就给化工产品公司一个很大的机遇。然而为了充分利用这一机遇,则首先需要对付一系列挑战。这些挑战中最棘手的包括:

• 来自钢铁行业的激烈的竞争。钢材仍然比塑料更便宜,而且产品(例如双标钢、激光拼焊板)和工艺(例如激光焊接)创新改善了钢材的功能并减轻其重量

• 价格波动。 由于塑料价格会受到石油价格的波动影响,其变化非常快

• 周期性供应短缺。少量的全球塑料厂商供应所有行业(特别是塑料中间产品),产能不易扩大,而当对塑料需求量大时,供应可能短缺

• 循环利用性差。在这一方面钢材更胜一筹,主要是因为很多不同类型和级别的塑料难以循环利用。

为了应对最后一项的挑战——循环利用性——化工产品公司必须制定新的方法,比如采用生物来源的和可循环的材料以减少塑料对环境的影响。生物塑料生产采用可更新原材料,主要是两种农业资源——淀粉基的(主要来自甘蔗)、以及玉米、土豆、甜菜和油聚合物(见图2)。这样会使生物塑料的基础原材料多样化,对石油的依赖性降低。

虽然2009年生物塑料在塑料总量中所占比例低于1%(全球产能仅为90万吨),从2007年起其产量每年增幅超过了40%。然而,市场仍然极为分散,很少有生物塑料生产商以汽车行业作为主要销售对象(聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚酰胺11和聚对苯二甲酸乙二醇酯有一些应用)。考虑到当前产量和计划产量,以及农业原材料和油价之间的关系,生物塑料与传统塑料相比仍然不具有价格竞争力,而且最多供给总塑料需求的20%。

欧洲新规定要求到2015年汽车材料的一大部分需可循环使用,欧盟的一项指令要求废弃车辆可利用率达到95%,且重达85%的材料可循环使用。这表明某车辆60%的塑料必须循环使用。我们预计在不久的将来类似法规将引入到世界其它地区(见图3)。问题是虽然可循环塑料更为环保且比不可循环材料更为便宜,但是其纯度低且性能不好。因此可循环产品虽可能丰富产品组合,却不能完全替代原生树脂。

为了解决这一两难处境问题,有3个备选解决方法:使用结合了钢铁和塑料的优点的复合材料。这些强化纤维的塑料在材料特性和成本竞争力上都是钢材的可靠替代品(见图4)。强化纤维塑料目前被用来制造结构性零部件和非结构性零部件比如座椅结构、保险杠、发动机罩和燃料箱。

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