飛機拆解后的循環再利用

Thierry Dubois

智能化的再循環

據美國機隊再循環協會（AFRA）統計，近年來每年約有700架飛機在退役之后進行拆卸和再循環。國際航空運輸協會（IATA）指出，2018年客機的平均退役年限為25.9年，貨機的退役年限為32.5年。

空客公司與賽峰公司和蘇伊士廢物處理專業公司（Suez）聯合控股的Tarmac Aerosave公司專門從事飛機維修、儲存、拆卸和再循環業務。該公司表示，飛機拆解和回收再利用是飛機全壽命周期使用的一部分，為了保持飛機的價值，飛機所有者應該注意保持拆解部件的適航性并遵從環境標準。

就價值而言，拆解飛機的目的是出售零部件，其中發動機是最貴的部件，即使在服役20年后也是如此。其價值約占報廢飛機總銷售價格的70%～80%，甚至有時高達85%。

SGI航空咨詢公司認為，除了發動機還有一些其他有價值的部件，按重要性排序依次是起落架、輔助動力裝置、發電機等動力裝置、飛行控制和導航系統，它們通常也被稱為高價值部件，加在一起占除發動機之外機身價值的70%。另外，逃生滑梯和襟翼滑軌也有一定的回收價值。

德國Moraero飛機拆卸和回收公司的專家表示，不管怎樣，拆解過程中總有一些零件必須報廢，但報廢后需要有完整的文件證明部件已被專業處理和銷毀。根據國際航空運輸協會（IATA）的規定，在零件報廢后，客戶應該收到一份“廢物處理證明”，以防止未經批準的可疑部件或假冒部件（仿制部件）流入備件市場。

在備件方面，空客A380最近出現了一個特殊情況。2019年底第一架A380在法國塔布拆解時，二手備件就引發了熱切的關注，當時的需求非常強烈，Tarmac公司從每架A380上拆除近6000個部件，數量遠高于每架A330拆解的700～1000個。不同尋常的是，拆除了A380后的發動機掛架，還計劃再利用。據德國Scope Analysis咨詢公司透露，一部新的A380主起落架的價格在2500萬美元左右。因此這一“龐然大物”身上的二手部件都非常有價值，可謂是“渾身是寶”。由于A380飛機尺寸龐大，拆解時甚至一度引發了新型工裝的開發熱潮。

Tarmac公司在歐洲占有30%的（以件計算）空客和波音飛機拆解市場，在全球占有10%的市場份額。該公司共有40名員工，在西班牙塔爾比斯和特魯埃爾從事拆解和回收業務，公司自成立以來回收了220架民用飛機和135臺發動機。現在，該公司認為新一代飛機除了第一批A380之外，還有許多空客A330和波音777機型也已經進入回收再利用市場。

IATA在其《飛機退役最佳行業典范手冊》（BIPAD）中指出，航空公司通過飛機退役再循環，將這些零部件作為備件出售和再循環，可以優化公司收入。BIPAD手冊主要針對飛機所有者和運營商。目前，BIPAD和美國機隊再循環協會的《最佳管理典范》手冊都是飛機拆解和回收專業公司遵循的行業規范。通常，飛機的殘值主要是通過拆卸高價值部件實現的，然后才是回收飛機上的金屬材料。

由于廢舊飛機的主要組成部分是鋁材，而特種鋁合金在市場上又有著巨大的生產需求，因此飛機拆解后的金屬回收再利用無疑是明智的。當前，盡管金屬分選工藝已有很大改進，但在整個回收利用過程中，仍沒有特別經濟的方法將不同型號的鋁合金分離出來。

航空鋁材的再循環

假設一架飛機的正常壽命為25年，那么2040年退役的大部分飛機就是今天在役的這些機隊，它們基本上仍主要采用鋁材制造，因此，在拆解可重復使用的零部件后，回收的重點仍是收集鋁材。

《飛機退役最佳行業典范手冊》也稱，“在可回收材料中，鋁材占比最大，約為60%。在拆解作業之前，要從原始制造商的文件中識別出不同類型的鋁合金，使各種鋁材能夠單獨回收，從而獲得更高質量的最終產品。”但目前要真正實現這樣的目標還面臨諸多挑戰。

首先，拆解分類是一項勞動密集型工作，需要大量的手工作業，比如從飛機結構上拆卸鉚釘、拆解體積很小的2000系鋁合金等等，因此把每一種有細微差別的鋁合金都單獨回收是一件很不容易的事，而且成本上也很不劃算。

至于是先有飛機拆解公司，還是先有金屬分類公司，這個就好像是先有雞還是先有蛋的問題。在過去，市場上有一些簡單的金屬分類工廠，如從汽車和電器的混合材料中分揀出黑色金屬等回收再利用，后來有一部分這類工廠在一定經驗積累的基礎上就發展為飛機拆解公司，并開始對飛機拆解金屬進行分類。

再有，飛機上采用的昂貴的鋁合金之間存在著許多種類和產量上的明顯差別。整體來看，與其他行業相比，飛機回收產生的材料量很小。例如，Tarmac Aerosave公司每年回收的鋁材量大約為1000噸，關于這部分材料在航空業中的再利用很難跟蹤。

而且在回收過程中，還有很多技術挑戰必須克服。因為再利用的鋁材越多，雜質的含量就越高，而飛機用鋁合金的化學成分要求非常嚴格。因此飛機用鋁材在回收冶煉過程中必須解決防腐化合物的問題。

到目前為止，至少2000系鋁合金可以與7000系鋁合金混合，并在航宇業中重復使用。當然，飛機用鋁材也可以回收后用于其他產品。

對鈦合金而言，最終產品的規格非常嚴格，因此從拆解飛機上回收鈦必須在工業生產開始時就將這一問題考慮其中，然后在每個生產階段，包括檢查階段進行跟蹤。因此，回收的鈦通常成為鋼合金的一部分。

這也是為何許多OEM想方設法升級飛機用金屬的原因。例如，龐巴迪等公司正在設法將金屬部件進行升級，目的是使飛機部件壽命期末能夠順利轉變為創新型增值產品。在龐巴迪與蒙特利爾大學和魁北克航宇研究創新聯盟的一個試點項目中，他們利用飛機部件創造出了各種日用生活品，包括自行車、情境臺燈、皮革時尚夾克、折疊桌和掛鐘。龐巴迪在對其中一些原型進行了全壽命周期比較評估后發現，對部件進行升級改造比回收再利用產生的環境足跡更小。空客公司的BizLab業務孵化器有兩名員工也有類似的理念，他們創建了一家名為“一片天空（A Piece of Sky）”的在線商店，出售利用飛機部件升級改造的家具。

總的來說，回收金屬在飛機再循環總價值中的占比很小。但Tarmac公司認為回收金屬有助于將飛機的可回收比例保持在89%～91%的水平，而且在塑料和復合材料能夠被大量回收之前，金屬回收比例不會提高。

復合材料的再循環

在復合材料方面，新一代飛機的碳纖維增強型復合材料（CFRP）的回收再利用可能很快實現。因為在新一代飛機中CFRP所占的比例越來越大，它的再利用問題也變得更加重要。CFRP因重量很輕、有利于節油而著稱，但是CFRP產品在全壽命周期中的環境足跡卻很差，其回收再利用問題被原始制造商所忽視。但今后隨著飛機所有者的環保理念越來越強，他們正在將更加環保的原則納入內部指導方針，所以說復合材料的回收再利用需求正在變得越來越強烈。

與最初的高性能設計相比，碳纖維目前的回收再利用價值很低。因此，目前的努力方向是回收再利用更多的碳纖維，同時保持其特性。在空客A380的拆解中，由于其復合材料重量占比高達25%，所以當時也引發了Tarmac Aerosave公司對復合材料的回收再利用的興趣。

Tarmac Aerosave公司與一些已經設計出碳纖維再循環工藝并能夠設法保持碳纖維長度的歐洲公司在接觸。因為長度是碳纖維應用的關鍵，通常需要幾十厘米，而且纖維的取向必須一致，才能保證復合材料獲得很高的機械性能。

目前已經開發的再循環工藝涉及到縮短再生纖維。但也有一些公司能夠每年生產數十噸可回收的長碳纖維，技術較為成熟。因此碳纖維復合材料的回收再利用這一新生事物遲早會蓬勃發展的，特別是得益于游艇和體育器材等其他制造業的帶動，前景較為樂觀。

Xcrusher公司也是一家復合材料回收公司，該公司已經開發了一種回收技術，通過預浸碳纖維材料的邊角料，充分利用碳纖維的電性能，在纖維中產生千兆瓦量級的電脈沖使樹脂升華。該公司表示，經過處理的纖維與新品一樣，力學和化學特性都完好無損。電脈沖的持續時間約為1納秒，因此能效很高。這種工藝生產出的纖維具有恒定的截面和比重，該公司能以1米/秒的速度生產數千米長的連續纖維，計劃在未來6個月內實現每年100噸的產能。生產碳纖維卷軸的試點工廠位于巴黎附近的圣歐恩，是蘇伊士公司的合作伙伴。

ELG碳纖維公司正在研究在結構應用中使用再生碳纖維的技術。2019年12月，該公司與英國哈德斯菲爾德大學鐵路研究所合作，推出了世界上第一個用這種材料制造的列車轉向架，新的總裝正在測試中，它比傳統轉向架輕，優化了垂直和橫向剛度。該公司率先采用熱解技術從邊角料中回收碳纖維，并與波音公司簽訂合同，回收787和777X使用的CFRP。在熱解去除樹脂后將纖維切割碾碎，然后用作熱塑性復合材料的增強材料。

汽車業將其用于非織造材料壓縮成型，最終的產品是汽車發動機蓋和車頂等產品。據ELG介紹，已經有幾款車模使用了這種再生纖維，再生碳纖維也正在走向更高價值的應用，再生碳纖維的熱塑性塑料正以更好的性價比取代鋼和鎂。隨著汽車向電動方向發展，它們還可以用于電池容器，但電池容器的強度和輕量化非常關鍵。

ELG公司表示，現在阻止再生碳纖維在機身中重復使用的是其漫長的認證過程。未來順利認證后預計將首先用于如客艙內飾等非關鍵部件。盡管再生碳纖維保留了碳纖維復合材料的大部分性能，且其再次應用對纖維的長度要求可以較短，但如果要應用于機身，必須證明其滿足機械要求。

未來，拆解飛機的材料可能成為ELG熱解工藝流程的原料，這無疑是一種進步，因為就環境足跡控制而言，一個行業最好是能將自己的材料實現再利用，而不是將材料出口到另外的行業。

事實上，再循環業務在近期發展的決定因素是遵守環境保護法并成為回收再利用的最佳管理實踐，這樣不僅可以延長飛機資產的壽命，還有助于提升飛機所有者的環保公眾形象。

IATA的《飛機退役最佳行業典范手冊》強調，飛機資產需要采取更好的做法，而不是將其封存在沙漠中、沒有經過維護/凈化的飛機，以及在機場棄置的飛機，或拆解后只回收鋁，畢竟這些飛機上還有其他可回收材料，如電子元件或塑料。

另外，拆解階段產生的危險品必須做到安全控制，同樣，再循環企業也必須控制向空氣中的排放，例如鋸切割階段含有重金屬的油漆粉塵，排放到土壤中的物質不得含有燃料或廢水。

Tarmac公司一直使用水冷卻的金剛石線切割框架，該系統被認為比常用的液壓鉗更清潔，更安全，且消除了火災的隱患。該公司還創建了一種移動式切割設施，可以在封閉的環境中加工窄體機身，從而避免石棉等有害物質的擴散。這種移動設備還可以被船運到退役飛機所在地，因為有的退役飛機在惡劣條件下停放太久，所以不能再飛了，只能原地拆解。據稱，采用該設施的第一份合同是法國的63架軍用飛機。

（航天工程大學昌平士官學校王朝暉 譯自AW&ST）