報廢汽車零部件回收再利用的價值潛力

余林峰，楊 斌，陳 銘

（上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

1 引言

汽車零部件的回收再利用是時代發展的要求，也是中國汽車產業持續發展和突破的必然選擇。自2009 年1 月1 日，中國開始實施《循環經濟促進法》，此后中國報廢汽車的回收開始有了正確的循環經濟理論作為支撐。推進汽車產品回收利用的過程，其實質就是逐步實現汽車資源的循環再利用。

目前，報廢汽車回收產業的主要問題是嚴重污染環境、大量浪費資源以及少量非法拼裝車上路行駛所帶來的巨大安全隱患[1]。隨著經濟的不斷發展，過去粗放式的回收模式已經不再適合當下對待環境保護的要求。據美國權威汽車雜志《WardsAuto》提供的數據顯示，2017 年全球乘用車和卡車銷量首次突破9000 萬輛。這是一個非常龐大的數據，如果這些汽車退役后沒有得到合法的回收處理，將會導致大量的資源浪費和環境污染[2]。相反，其所蘊含的經濟潛力和環境價值將為汽車行業的可持續發展提供充足的動力[3]。

報廢汽車回收處理的方式主要有三個部分：即零部件回收、材料再利用和報廢汽車殘余物（ASR）能量回收。這三個部分是層次不斷遞進的回收過程，各個部分相互聯系、相互補充。每一種回收過程都實現了不同的回收價值：零部件回收再利用實現了零部件成品的再使用價值，材料回收實現了材料的循環再利用價值，ASR 能量回收則主要強調了對環境的積極效益。其中零部件的回收再利用是體現報廢汽車回收價值的關鍵步驟。文獻[4]通過分析國內再制造廠商低收入的實際情況，為中國再制造行業提出了合理的再制造體系和市場規則。為確保再利用零部件的質量，龐林花等以無損檢測技術為切入點，提出發展自動化和智能化檢測技術的趨勢性和必要性[5]。實際情況下，并不是所有的零部件都可以進行二次再利用，報廢汽車的主要部分都是以材料回收的方式循環利用。在歐盟出臺截止2015 年1 月1 日95%的報廢汽車回收率的要求后，文獻[6]通過三種不同的拆解方式發現目前面向材料和能量的回收利用僅達到（81.5±0.6）%左右。面向材料的報廢汽車回收方式的價值是難以評估的，文獻[7]建立了發動機罩內外板厚度和材料類型的多材料優化數學模型，并通過多目標遺傳優化算法對該模型進行了求解。傳統的報廢汽車回收到材料回收這一階段就已經結束了，但是對ASR 進行簡單的填埋處理是不符合環境要求的[8]。一方面，ASR 中含有大量對環境有害的物質，必須經過回收處理后才可以填埋；另一方面，報廢汽車僅面向零件和材料回收是無法滿足回收率95%以上的目標。ASR 能量回收是報廢汽車回收的末端，它決定了最后的排放和環境效益，是報廢汽車整個回收過程中非常關鍵的步驟[9]。

以汽車回收產業的角度出發，相比材料再利用和ASR 能量轉化回收，零部件回收更多強調的是經濟效益。這其中主要涉及零部件的再使用、再制造和升級再制造三種遞進的環節。零部件直接再使用主要針對事故車輛或使用頻率較小的車輛。由于這些車輛的零部件使用年限或使用次數較小，所以其大部分零部件都處于正常服役年限內，只需通過簡單的清洗、檢測就可以繼續發揮功能作用。零部件再制造是對零部件進行再加工和檢修后的二次再利用。提高再制造零部件的可靠性是保證再制造產品質量穩定性的重要手段，也是再制造產品被認可的必經之路[10]。最后，零部件的升級再制造是在原制造的基礎上進行改造升級以滿足新的標準和要求。零部件合理的再利用將為汽車產業帶來巨大的經濟價值，該研究通過建立報廢汽車的壽命分布函數和零部件回收再利用之間的相互關系，利用量化分析的方式分別建立了報廢汽車零部件在不同回收處理方式下的理論價值評估模型，并且以汽車發動機的再使用和再制造進行了詳細的實際案例分析。鑒于目前中國ASR 能量轉化技術還在起步階段，其環境效益和能量價值的評估還需進一步做更深層次的研究。

2 報廢汽車的回收現狀和壽命分布

中國是汽車的消費大國，汽車消費的同時就伴隨著報廢汽車的不斷產生。隨著汽車銷售量的不斷累積劇增，中國將面臨大量報廢汽車回收拆解和回收利用的巨大壓力。汽車的生產量和銷售量的不斷增長是汽車報廢量增加的源頭因素。中國乘用車和商用車的歷史銷售量和未來銷售量的預測（依據歷史銷售量的增長率預測），其中藍色線條代表乘用車，一色線條代表商用車，另一色線條代表總量，如圖1 所示。

圖1 中國汽車的歷史銷售量和預測銷售量Fig.1 Historical Sales and Forecast Sales of Vehicles in China

汽車的保有量是基于銷售量和報廢量的一個不斷趨向穩定的穩態量，它的結果由各國人口、工資水平以及經濟發展等多個因素共同決定的。按照發達國家千人保有量300 輛計算，中國汽車的保有量在未來將穩定在4 億輛左右。而截至2016 年，據中國國家統計局統計顯示中國民用車輛擁有量僅達1.8 億輛。由此可以看出，中國汽車產業的發展還將進一步持續向前。該研究以上海市（2012～2016）年間共計約22 萬輛回收汽車為樣本，利用Logistics 分布模型建立了汽車的壽命概率分布函數圖。乘用車和商用車的最大統計壽命分別設定為25 年和20 年，縱軸的Fp（t）和Fc（t）分別代表乘用車和商用車的報廢概率分布函數，如圖2 所示。

圖2 乘用車和商用車的壽命分布函數Fig.2 Life Distribution Functions of Passenger Vehicles and Commercial Vehicles

為了進一步分析和評估中國報廢汽車的回收價值，文中用當前汽車的壽命分布函數預測未來中國報廢汽車的報廢量，中國未來的汽車保有量和報廢量的預測量，如表1 所示。從表中可以看出自2023 年開始，中國汽車的報廢量將首次超過1000 萬輛。伴隨著報廢汽車量的不斷增大，零部件回收再利用的價值潛力也將不斷提高。合理的汽車零部件回收再利用措施將為汽車回收產業產生巨大的價值。

表1 中國汽車保有量和報廢量預測Tab.1 Prediction of Vehicle Ownership and ELVs in China

3 汽車零部件的回收再利用

表2 汽車零部件不同回收再利用方式的評估Tab.2 Evaluation of Different Recycling Methods for Auto Parts

零部件回收再利用是報廢汽車資源化利用的首個階段，其經濟價值屬于報廢汽車回收價值體系中價值最大的一部分，同時該階段也是對報廢汽車資源化利用的核心環節。零部件回收再利用一般可細分為直接再使用、再制造和升級再制造三個部分，不同再利用方式其成本、收益和工藝復雜度有所不同，如表2 所示。

3.1 基于汽車壽命分布函數的零部件回收再利用價值模型

3.1.1 零部件的折舊價值算法

由于汽車零部件本身使用壽命的限制，不同報廢年限的報廢汽車其各個零部件的可再使用性是不同的。零部件的可再使用性可以理解為：由于汽車整體的報廢導致其部分零件在還可以正常服役的情況下被動的暫時喪失服役效用。因此，零部件的再使用實質上是零部件使用生命周期的再延續或者升級延續。標準情況下，為了保證在汽車服役年限內不會因為某個零部件的損壞而使汽車功能喪失，零部件的設計壽命都應比汽車的整體設計壽命長。也就是，如果汽車在規定的報廢年限內報廢（除特殊破壞等），理論情況下所有的零部件都是可以進行二次再利用的。某汽車零部件的平均設計壽命是N 年，該類型汽車的最大報廢年限是M年，如圖3 所示。藍色曲線代表該類型汽車的基于Logistics 分布的壽命分布函數F，綠色曲線近似表示某零部件的疲勞壽命。如果一輛汽車在t（0

式中：Zyear—零部件的年折舊額；C—零部件的預計殘差值（車用零部件一般按5%進行計算）；Q—零部件的新制造價值。所以使用t 年后的報廢汽車零部件的折舊后價值（Qt）可以用如下公式表示：

圖3 零部件的再使用年限分析Fig.3 Analysis of Reusing Life Span of Parts

3.1.2 零部件回收再利用的價值

為了衡量整個汽車產業中報廢汽車零部件的再利用價值，需要對不同使用性質的汽車進行分類。在此設共有n 中不同使用性質的車輛，且總共有s 種汽車零部件被認定為可再使用的零部件。不同類型的汽車其壽命分布函數各不相同，如下所示F 矩陣的每一行分別表示不同類型車輛的概率矩陣。其中Fi（t）表示第i種車輛類型的壽命分布函數，Mi分別代表不同類型車輛的最大統計壽命，M=max［M1M2…Mn］。

Pj矩陣表示第j 個可再使用零部件的折舊價值矩陣，其中Qt代表該零部件使用t 年后的折舊價值。

Pj=［Q1Q2…QM］T

設任意年份t 年中報廢汽車的回收量為R_ELVt且不同類型車輛的占比為 peri，0

現實中，大部分再使用零部件都不是直接再使用，而是經過了再制造加工后進行二次利用[11]。再制造相比零件的直接再使用有了新的成本投入，一方面零部件本身的制造差異性使得其壽命分布有所不同，導致再利用過程中需要有針對性的加工處理；另一方面，不同的使用性質和使用時間會對給不同零部件帶來不同的磨損和損耗，如果不進行檢測和修復，很容易在再使用過程中出現功能的提前喪失。再制造的進一步加工就是升級再制造，即對舊件的升級加工。由于舊件的直接再利用已經不符合當前功能效率標準或者不符合當前規定（如某元素含量、排放量標準等），要使得該零部件能在新的標準下發揮功用，必須進行進一步的升級改造[12]。下面通過對零部件再使用價值公式進行修正，建立零部件回收再利用的修正價值模型。設某可再使用零部件中可直接再使用個數占比為α，需要再制造加工個數占比β，需要升級加工個數占比γ，且α+β+γ=1。直接修復加工成本y1，升級改造成本y2，升級改造后收益增加量y0。β_Pi表示再制造價值矩陣，γ_Pi表示升級再制造價值矩陣，具體修正結果如下所示。

Ui表示第i 種零部件的再使用價值，所以通過式（3）可以計算出該零部件的總再使用價值。

則任意年份t 年（陽歷年，如2018 年）報廢汽車零部件再使用價值，如式（4）所示。

折舊價值矩陣中的元素也對應發生改變，如下所示。

M_Prt代表零部件回收再利用的修正價值，具體計算方式如公式（5）所示。

其中：各變量表示含義同前。

3.2 案例分析-汽車發動機回收再利用的價值潛力

圖4 報廢汽車發動機回收再利用的過程Fig.4 Engine Recycling Process of the End-of-Life Vehicle

零部件的回收再利用目前多適用于高附加值的零部件，發動機是汽車的“心臟”，所以以發動機作為汽車零部件回收再利用價值潛力的分析樣本具有典型的意義。汽車發動機回收再利用的具體過程，其中加工再制造和升級制造是可選擇的兩種模式，如圖4 所示。不同發動機的相關制造價格有所不同，表3 是上海大眾某型號發動機主要部分的制造和再制造費用，該發動機總重為132.7kg，具體數據，如表3 所示。

表3 上海大眾某型號汽車的發動機制造相關費用Tab.3 Engine Manufacturing Related Expenses for a Model of Shanghai Volkswagen

鑒于目前收集的該品牌報廢車輛的統計量較小，無法保證其壽命分布函數的準確性。為確保使用性質的一致性，以（2012～2016）年上海市約11.5 萬輛乘用車的具體報廢年限樣本擬合壽命作為計算依據。以乘用汽車的最大統計壽命M=25 年為該類型汽車的最大壽命年限，且設發動機的壽命N=30 年（N>M）。利用Logistics 分布模型（式（6））建立乘用車的壽命規律函數Fp（t），如式（7）所示。

式中：t—汽車的生命周期（1～20 年）；r—內在的變化率；c—常數；K—汽車報廢量的最大承載能力（此處作為概率分布函數的最大概率，取K=1）。

再制造成本（y1）=能源費用+直接工資+間接工資+使用維護費用+模具費用+原料損耗費用+管理費用+包裝費用+運輸費用+再制造發動機稅=4782.2 元；

另外，由于發動機的升級再制造附加價值不確定，在此不考慮這種情況，即該分析僅針對α=1 和β=1 的這兩種情況。利用當前乘用車的壽命分布函數和以上價值模型方法進行統計計算，具體評估結果，如表4 所示。

表4 發動機再制造經濟價值潛力Tab.4 Engine Remanufacturing Economic Value Potential

4 結論

報廢汽車零部件的回收再利用是汽車產業鏈的末端環節，回收的過程即是資源重整、再利用和再循環的過程。中國汽車回收再利用產業的市場足夠大，準確的價值評估會為其定位和規劃發展提供有力的支撐。該研究的具體結論概括如下：

（1）利用折舊算法根據在役年限估算不同汽車零部件的價值，并建立報廢汽車零部件再使用和再制造的價值評估模型；

（2）以上海大眾乘用汽車發動機為研究對象，定量分析發動機的再使用和再制造價值潛力。評估的結果表明：每回收1000 輛該類型的汽車，其發動機的直接再使用經濟價值就相當于生產44 臺新的同類型發動機；而如果是再制造，其經濟價值則相當于21 臺新的同類型發動機；

（3）該研究是以當前乘用汽車壽命分布為依據在理論模型下的價值評估，然而在實際情況下當零部件服役年限超過一定年限后就只能利用材料回收的方式進行處理，所以理論模型對零部件回收再利用的價值評估的結果是偏大的；但是，以實際的乘用汽車的壽命分布情況分析，處于壽命末期的報廢汽車的數量總體占比偏小，并且這部分零部件在進行價值估算時本身的價值也是偏小的，所以理論評估結果是相對穩定且合理的。