再生碳纤维应用于汽车轻量化前景

近日，ELG碳纤维公司举行了开放日活动，展示了碳纤维回收技术及再生碳纤维的再应用实例。ELG采用热裂解法回收碳纤维，目前产能是1500吨/年，一个小时生产约125 kg再生碳纤维，其中约25%来源于生产废料，如预浸料的残料、碳纤维边角料。

2013年，ELG碳纤维公司开始关注再生碳纤维（rCF）用于交通工具产业的研发和商业化，目前正致力于满足再生碳纤维在汽车零部件上的应用要求。由此，我们一起探讨下再生碳纤维应用于汽车轻量化的前景。

ELG碳纤维回收线和再生碳纤维无纺布

rCF成本和供应链安全

再生碳纤维应用汽车轻量化，来自于汽车厂商的首要两个问题：成本和供应链安全。ELG碳纤维公司的常务董事FrazerBarnes如此回答这两个问题：

在同样的单位成本性能基础上，再生碳纤维的成本比新生碳纤维低40%；通过设计，可以达到相同的轻量化指标。应用一定规模比例的再生碳纤维，对于满足汽车行业的成本要求是必不可少的。

至于供应链安全，尽管更多的现代化工艺诸如自动化纤维铺层技术（automated fiber placement, AFP）大幅减少了废弃碳纤维的产生量，但目前每年仍有约24000吨的碳纤维在生产加工过程中被废弃。随着整个碳纤维产业的发展，预计到2021年，加工生产过程中产生的废弃碳纤维总量将达到32000吨。而且，大量的复合材料目前仍在服役。比如，保守估计空客A350的机身中包含大约14吨的碳纤维，到2035年，第一批的A350将结束服役。当然，最近几十年，商业飞机上已经在其结构上替代使用了一定比例的碳纤维，将很快到达退役年限。如此大量的原料来源，将足够保证再生碳纤维供应链的稳定性。

再生碳纤维底盘和注塑结构梁

对于汽车行业来说，更进一步的益处是降低对环境影响。再生碳纤维只消费新生碳纤维生产能耗的10%，在全生命周期分析上具有非常明显的优势。应用新生碳纤维，一辆汽车需要行驶10万英里（16万公里）才能达到初始内置能与节约燃料的平衡，而同样的轻量化应用再生碳纤维，则只需要行驶1万英里（1.6万公里）则达到该平衡，继续行驶的里程对于降低环境影响将起到正面积极的作用。

环境法规对汽车厂商有具大影响。例如，欧盟end-of-life-vehicle (ELV)要求2015年后汽车上85%的材料可以回收。而碳纤维复合材料的回收，曾经被视为不可行，现在已经变成必须做的事情（must-do）。目前，一辆汽车的典型碳排放是115gCO2/km，2021年的目标是95g CO2/km，不达标的处罚将会非常严厉，一个大型汽车厂商可能会面临10亿美金的罚款。 

中国的汽车排放指标也大幅提高，依据中国汽车技术研究中心《车用材料可再利用性和可回收利用性通用判定指南》，要求到2017年，所有国产及进口汽车上所使用的材料，不低于85%为可回收再利用材料，所有车辆的回收利用率不低于95%。

rCF应用实例

宝马公司在“百年庆典”上全球首发一款概念车“BMWVISION NEXT 100”。新概念车身主要采用了可回收或可再生材料制成的纤维，如其侧围板就是由标准碳纤维生产中的节余材料制成。

壳牌通勤概念车

壳牌于2016年推出新款轻量化城市通勤概念车，这款通勤车整车重量为550公斤，其车身完全由回收碳纤维制备的复合材料制造。由于回收碳纤维复合材料对降低成本和轻量化方面的显著贡献，此款概念车的全生命周期一次能源的使用量降低了34%。

因此，可以预测：回收碳纤维作为一种新材料，由于它力学性能优异、生产成本低、经济价值高，将会在汽车轻量化、节能减排领域有优异表现。