数据分析：车用轻量化材料到底有没有前途？

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2015-6-24 10:57 2356 0 来自: 材料人网

简介

今天，我们来用数据说话，这些车用轻量材料到底值不值得发展。首先，我们要回答，汽车为什么要轻量化？重一点，又不是跑不动。99式主战坦克重50吨，照样可以80公里每小时奔跑。但真的是重一点没有关系吗？别着急，我 ...

重一点，又不是跑不动。99式主战坦克重50吨，照样可以80公里每小时奔跑。

但真的是重一点没有关系吗？别着急，我们先来汽车轻量化可以有哪些好处：

1：省油省钱。车越重，百公里油耗就越高，花销就越大。油耗多个2-3升，一升按6块算，油钱就比别人多近20块。

2：环保。汽车轻了，油耗少了，尾气少了，碳排放也少了。

3：性能和安全。减下来的重量可以增加安全设备、电子信息设备等等，提供汽车的性能和安全。汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。

4：续航能力提高。对于新能源汽车来说，续航能力不足是一个极大的短板。轻量化无疑可以缓解这个困境。

5：缓解能源危机和能源安全危机。

看起来，轻量化的好处真是很多哇，又省钱又环保还安全。可是，看起来身边人开的还是笨重的汽车，轻量化看不到多少影子。难道是“万恶”的资本家鼠目寸光，不肯改变么？

别急着指责汽车制造商，我们一步步来分析分析其中的利弊。

轻量化可以有几种实现途径，而采用轻量材料是其中重要的办法，我们就从轻量化材料的应用来说道说道这件事。

常用的轻量化材料并不太多，可以分为金属和非金属两大类。前者包括高强钢、钛合金、铝合金及铝基复合材料、镁合金等等，后者包括碳纤复合材、玻纤复合材、精密陶瓷、高性能塑料等等。

他们的减重效果如何？来看看美国能源部的数据：

轻量化材料	减重效果
镁	30%-70%
碳纤复合材	50%-70%
铝和铝基复合材	30-60%
玻纤复合材	25-35%
钛	40-55%
先进高强钢	15-25%
高强钢	10-28%

当然，以上减重效果只是一个大概数值，但顺序大致不会错。

有数据统计显示，汽车每减重10%，燃效就可提高6-8%。像镁合金、碳纤维复合材的减重效果这么明显，这要是用上了，燃效肯定又是蹭蹭地往上涨，那还不麻溜的用起？

别着急，我在麻省理工Charles Fine教授的一份报告里看到2张很有意思的图，或许你不会再这样说了。

这张图的横坐标是减重效果，而纵坐标是替换之后带来的成本。很显然，大致有一个规律：减重效果好的代价也相对较大。最下边的是高强钢，成本基本不上升，不过减重效果一般。最上边的是碳纤维，虽然减重效果是杠杠的好，但是每公斤成本要增加100来块！

看到这里，可能有人会说，不是燃效提高省下油钱了嘛！那两者对比起来，结果如何呢？

我们再来看一张图：

这张图的横坐标是各种轻量材料的减重效果，纵坐标是成本减去节省的油钱，也即净成本。它是以这样的标准来计算的：车重1300千克，27.5每加仑英里的油耗（大约8.6L每百公里），12年的使用寿命，每年跑1500英里，利率15%。按这么个算法，目前也就使用高强钢能够赚回来一点，其他的都是亏本生意。

并且，再退一步讲，即使是不差钱，轻量化也远不是只将钢铁材料换成轻的材料那么简单。下面是部分轻量材料的优劣势对比表：

材料	优点	缺点	造价
铝	可回收；铸造技术成熟；可制作联合组件	容易腐蚀；难以成型焊接难度比钢大	1美元/磅
高强钢	设施成熟；与车企合作良好；性能广为人之	比强度低；减薄后刚度降低	0.35-0.4美元/磅
镁	低密度；可制作联合组件；高回收利用	现有制备技术导致产量低、成本高；对汽车业来说是一个新人	1.7-2美元/磅
玻纤复合材	可耐恶劣的化学环境；阻尼性能佳；适应复杂设计	不可回收；生产周期长；强度受限	0.5-5美元/磅
碳纤维复合材	比强度最高；减重效果最好	生产周期长；高价；对汽车业来说是一个新人	6-10美元/磅

除了成本比钢要贵一点，部分轻量材料在性能上还存在一定的缺陷。但更大的代价或许还是来自生产环节。或许你觉得，不过就是换块材料嘛，原来钢制的，现在铝制的，有什么难的？这样想，你就错了。

还记得福特发布的铝制皮卡F150吗？全球首款全铝车身皮卡着实吸引了不少眼球。不过，后边的代价也十分惊人。为了打造这款皮卡，福特先是投资了3.59亿美元对其位于密歇根州的Dearborn卡车工厂进行改造，然后又投资4.84亿美元更新了工厂的各种设备。此外，这系列动作还损失了9万辆现行款F-Series货卡的产能。

这还只是新车生产环节，其附属产业，零部件生产，维修等等，也要随之而改变，一旦改变就有代价产生。

再者，技术更新换代与终端产品的换代时间不无关系。手机性能的快速提升，是因为我们每隔1-2年就要换一台。但一台汽车或许要用5年，甚至10年以上，技术更新迭代就快不了。

所以，我觉得市场调研公司出具的分析报告中，估计车用轻量化汽车材料市场将从前两年的500亿冲到2019年的2000亿美金，2015-2019年年均复合增长率14.4%，这一数据还是有点太过乐观。

那是不是轻量材料在汽车业的广袤前景就只是汽车材料人在“自娱自High”呢？

当然不是！上面的帐固然要算，但是我们还需要算算其他的帐。

我们还要算算能源危机和能源安全的帐。节节攀升的汽车保有量，意味着石油消耗量也是水涨船高。但是，石油毕竟是不可再生能源，支撑不起无尽的消耗。所以，对于汽车业来说，降低油耗也是必然的选择。去年我国汽车保有量大约1.5亿辆，如果百公里油耗降低1L，一年跑1000公里，可节约15亿L（大约需要5000万桶原油才可炼出）。

另外，我国即将超过美国成为世界第一的原油进口国，石油对外依存度达到了60%。美国国防部前段时间很“热心“地发布的2015年度《中国军事与安全发展态势报告》。里边认为中国每年从中东进口的石油约占总进口量的51%，其中有43%需要通过伊朗的霍尔木兹海峡，82%需要通过马六甲海峡。受地缘政治影响，这些海上运输咽喉通道隐藏了较多的不稳定因素，也因此会影响中国的石油进口安全。

另外就是环保问题，这个不消多提。雾霾天，温室气体排放，汽车业都难辞其咎。

当然，对于汽车制造商来说，轻量化并不是一个选择题，因为政府已经帮他们选了。

上表是工信部官网公布的主要国家和地区燃料消耗量标准目标对比。非常明显，几个主要大国都对汽车的油耗都有了一个明确的限制规定。

除了降低油耗之外，碳排放也同样有限制指标。例如欧盟推行汽车燃料消耗量和CO2限值要求和标示制度，要求到2015年和2020年乘用车CO2排放分别达到130g/km和95g/km的目标。我国目标是在2020年CO2排放约为120g/km。

从这些数据来看，汽车制造商的压力还是蛮大的。因为汽车减重10%，燃效提升6-8%，减重100公斤，碳排放减少约5g/km。

所以，尽管目前轻量材料存在着种种的不足，但它是汽车发展的方向。