2021年6月18日,英戈尔施塔特——作为产业资源战略智库项目的一部分,奥迪和卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)就“汽车制造中塑料部件的化学循环利用”试点项目(Chemical Recycling of plastics from automotive manufacturing),开展了长达六个月的联合研究。该项目现已顺利完成。研究证明,混合型塑料废料的化学回收具备技术可行性,且具有环境与经济前景。汽车制造过程中产生的塑料废料经由化学加工可转化为热解油,并替代石油作为原材料,再次用于制造生产奥迪车型优质塑料部件。通过这种方式,原材料可以实现闭环循环,在节约宝贵资源及能源的同时,减少温室气体排放。从技术角度而言,化学回收是能量回收的替代方案,并为机械加工提供补充。如此一来,奥迪就可以更可持续地使用化石资源,相应地减少额外化石资源的采购。奥迪正在携手化工行业的合作伙伴及卡尔斯鲁厄理工学院,计划采取下一步行动,研究实现该循环的产业化路径。
许多汽车部件都是由塑料制成的,例如油箱、安全气囊盖或散热器格栅。这些部件必须满足严格的安全性、耐热性和质量要求。正因如此,只有石油基材料才可制成适用于汽车的塑料部件,机械再生塑料通常无法达到要求。为此,2020年底,卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT)的THINKTANK“产业资源战略”携手奥迪,共同发起了化学回收试点项目。项目开展多项测试,研究混合型车辆塑料废料在多大程度上,可以通过化学回收,反馈到环保循环系统中。
热解油制成的循环部件与石油基材料制成的部件质量相当
在KIT技术化学研究所的 Dieter Stapf 教授、工业管理及工业生产研究所的 Rebekka Volk 博士的领导下,科研团队研究了化学回收的技术可行性及经济可行性,并从经济性和环境影响方面评估该方法。研究结果表明,通过化学回收,汽车制造中的混合型塑料废料可加工转换成热解油,从而替代石油作为化工原料。这种油的质量与石油产品相当,用它制成的材料和新材料一样高档。这意味着由热解油制成的塑料可以在汽车制造中重复使用,以生产承受高应力的塑料部件。奥迪是首批通过试点项目测试这一塑料废件回收方法的汽车制造商之一。奥迪也计划继续与KIT加强研究,合作双方计划在后续项目中测试其工业化潜力。
通过这一方式,化石资源利用的生命周期更长,也可减少额外化石资源的使用。工业生产研究所的 Rebekka Volk 博士解释道:“初步评估表明,从财务和环境角度来看,化学回收或优于能源回收。我们正在将化学回收工艺与能源回收进行比较。在我们的分析中,能源回收是汽车塑料废料当前采纳的回收途径。通过数据的初步比较表明,化学回收的成本与能源回收相当。此外,化学回收可提供更多的可能性,在实现碳回收的同时,将回收碳重新用于新塑料部件的生产。”
化学回收的二氧化碳排放量明显低于当前的能源回收工艺,有利于气候保护。作为机械回收的有效补充,热解还能够将混合型塑料废料和复合材料转化为液体化学原料,同时分离出无效成分。经过提纯步骤后,热解油可以通过传统工业工艺,加工成新塑料,取代石油等化石能源成为主要原材料,大幅节约资源和能源。
愿景:显著提高汽车制造中的可持续零部件比例
“汽车工程中塑料的化学回收”试点项目的目标是测试塑料的智能循环系统,并评估其作为机械再生的补充和能量回收的替代。该试点研究项目已经证明这一技术路径的可行性,奥迪计划携手合作伙伴,共同推广这一工艺。“我们希望在我们的供应链中建立智能循环系统,并有效利用资源,”采购战略高级总监Marco Philippi表示,“化学回收在这方面有着巨大的潜力——如果能用热解油代替石油生产塑料部件,同时不影响质量,就可以大幅提高汽车中可持续制造部件的比例。从长远来看,这种方法也可以在报废汽车回收中发挥作用。”
简而言之,塑料废物的化学回收可以使奥迪产品更具可持续性,并消除价值链中的温室气体排放。
利用创新方式,主动塑造二次原材料市场
对于奥迪供应链化学回收项目经理 Philipp Eder 而言,化学回收不仅仅满足了德国和欧洲废物立法规定的合法回收要求——“奥迪希望通过智能化,主动重塑二次原材料市场,通过使用创新技术,实现竞争优势,承担起相应的使命及责任。”
因此,奥迪将化学回收视为一个机会,并已着手在旗下车型中陆续增加回收塑料的使用量。到目前为止,奥迪主要使用的是单一品种的回收塑料。当前的一个例子是在奥迪 A3 中使用 PET。PET 是一种由单一化合物组成的塑料。这些材料比混合塑料更容易加工。例如,奥迪A3 提供三种不同的汽车座椅织物罩,其中包含高达 89% 的回收材料。新款奥迪 Q4 e-tron 电动 SUV 还包含含有回收成分的组件——包括安装支架、轮拱内衬、挡泥板罩、地板镶板和车轮扰流板,共有 27 个组件包含回收材料。未来,车辆还可以引入通过化学回收生产的混合高性能塑料。
在奥迪制造中应对气候变化:回收利用及避免使用塑料
奥迪的跨生产基地的环境战略——零排放计划(Mission:Zero)同时也重点关注资源保护、消除浪费和生产中的封闭回收循环等问题。例如,内卡苏姆工厂的奥迪 A6 和奥迪 A7总装车间产生的塑料废料经过分类、粉碎后在工厂中加工成 3D 打印的纤维。在 3D 打印机的帮助下,这种塑料细线用于精密装配的辅助。奥迪的3D 打印团队正在与荷兰初创公司 3devo 密切合作,3devo为此提供了必要的技术。
在另一个回收项目中,从年初开始,奥迪总装生产线的废弃的塑料薄膜被加以回收,并在工厂获得再利用。与此同时,物流部门与供应商共同优化了多种零部件包装。仅在内卡苏姆工厂,通过这一措施,奥迪就减少了近 23 吨不可回收的包装。