编者注：
循环经济的概念诞生于20世纪60年代的美国，20世纪90年代中期传入中国。 是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、循环化”为原则来降低成本的理念。 以消耗、低排放、高效率为特征的经济增长模式符合可持续发展理念，是对“大量生产、大量消费、大量浪费”的传统增长模式的根本转变。 自2013年以来，世界经济论坛（WEF）将循环经济推荐为全球商业议程汽车 钢材比较，并呼吁业界采取行动。 钢铁工业是重要的基础产业之一。 如何面对循环经济发展的机遇和挑战，成为钢铁行业迫切需要探索的重大课题。 为此，世界金属导报特别策划了《钢铁工业循环经济发展之路》专题报道，供广大读者欣赏。
背景
为了保护环境，美国联邦政府对乘用车和轻型卡车的燃油效率和温室气体排放进行监管。 为了满足日益严格的监管目标，汽车制造商正在开发和应用新技术，包括改进动力总成、增加空气动力学考虑、降低滚动阻力和减轻车辆重量。 钢铁行业与汽车制造商合作，可以使汽车变得更轻，并为消费者提供性能更好的汽车。 先进高强度钢 (AHSS) 使这成为可能。 该材料的高强度允许使用更少的材料（减少金属板的厚度）实现相同甚至改进的性能。 对燃油效率和尾气排放的担忧，加上相关标准的大幅收紧，正在推动汽车制造商使用高成本的替代材料来逐步改善。
表1显示了不同车身结构材料的相对减重潜力以及所需材料生产阶段的温室气体排放量比较。 更换钢材来减轻车身重量真的是最好的解决方案吗？ 为此，美国钢铁协会（AISI）旗下的钢铁循环研究所（SRI）进行了一项全面的研究，评估采用AHSS和铝的轻型汽车在整个生命周期（包括整个生产阶段、使用阶段和报废阶段）对环境的总体影响，包括温室气体排放和能源消耗。
研究概况
本研究采用加州大学圣塔芭芭拉分校建立的同行评审和公共汽车材料比较模型（UCSB Model v5）对2016年不同动力系统的五类车辆进行了评估。这五类车辆包括： - 配备汽油内燃机的大型轿车、SUV、皮卡车、中型混合动力电动汽车 (HEV) 和紧凑型电动汽车 (BEV)。
研究的主要设计和方法是分别基于铝和AHSS重新设计基准车辆，在保持相同整体性能的情况下减轻整车重量，然后确定车辆生命周期各阶段的温室气体排放量和总体排放量。 SUV的温室气体排放模型如下图所示。 通过简单的比较可以看出，在材料生产阶段，AHSS轻量化汽车的温室气体排放量最低。 在使用阶段，仅更换车身和车盖，其他部件相当时，铝制轻量化汽车的温室气体排放量略低，相当于每加仑燃油效率提高0.8%，或提高每加仑燃油可行驶 0.26 英里。 报废后，金属再次熔化并重新投入使用。 铝还具有更大的负面影响，因为生产它需要更多的能源。 但总体而言，铝在生产初期造成的温室气体排放增加，即使在生命周期结束时也难以消除。 铝轻量化减排最佳效果相当于AHSS。
研究完成后，由来自哈佛大学、麻省理工学院、阿贡国家实验室的汽车生命周期评估专家组成的小组进行了全面、独立和严格的审查，专家组确认该研究符合国际标准化组织的规定（ISO）应用标准进行生命周期评估并给予第三方认证。
本研究的主要发现和基本结论如下：
(1) 对于所研究的每个车辆类别，在整个车辆生命周期中，采用先进高强度钢进行轻量化产生的温室气体排放量相当于或低于采用铝材进行轻量化的温室气体排放量。 在各类型车辆的5000个案例中，90%以上的案例证明AHSS轻量化汽车全生命周期温室气体排放量低于铝质轻量化汽车。
(2) 对于所研究的每辆汽车，使用铝材代替先进高强钢进行轻量化，将导致材料生产阶段的温室气体排放和能源消耗显着增加，这种情况发生在车辆生命周期的初始阶段。 当轿车、皮卡、SUV和混合动力汽车使用铝材代替AHSS时，材料生产阶段的温室气体排放量将增加30%至60%。
(3)用铝代替先进高强钢来减轻汽车重量，导致材料生产阶段温室气体排放急剧增加。 这种增加直到汽车报废后才会被抵消，并且在某些情况下几乎永远不会被抵消。 以SUV为例，铝制轻量化SUV整个生命周期的温室气体排放量比AHSS轻量化SUV高出0-6%。
（4）在某些情况下，铝轻量化汽车的全生命周期温室气体排放量甚至高于原来的非轻量化基准汽车。 在这种情况下，如果只关注温室气体排放，不轻量化比用铝轻量化要好。
(5)为了解决研究和实际操作中存在的不确定性和数值变化问题，本研究采用蒙特卡罗模拟来检验几个关键变量的数值范围。 即使输入有利于铝制轻型车辆的数值，90% 的情况下，AHSS 轻型车辆的全生命周期温室气体排放量也较低。
（6）原铝来源对铝制汽车温室气体排放有显着影响。 按重量计算，北美原铝生产的温室气体排放量是钢铁的4-5倍汽车 钢材比较，而进口原铝的温室气体排放量约为钢铁的8-9倍。 北美汽车生产中使用的大部分钢材都是在当地生产的。 相比之下，北美原铝进口量近几年大幅增加，2016年进口量占比42%。
实际意义
这项研究的结果对现实世界意味着什么？ 1公斤CO2的排放量意味着什么？ 该研究计算了每辆车温室气体排放量的差异，当该数字乘以特定年份的车辆产量时，该差异变得显着。
2016年采用AHSS和铝材对上述五类车辆进行轻量化，对比全生命周期产生的温室气体排放量，AHSS轻量化车辆较后者全年可减少温室气体排放1200万吨（采用美国环境保护署）该机构的温室气体当量计算方法使用了620万辆汽车（占2016年汽车保有量的三分之一），相当于160万美国家庭每年用电所产生的温室气体排放量。 它还相当于消耗 12 亿加仑汽油，或普通客车行驶 267 亿英里，或全年运行 2,757 台风力涡轮机，或美国 1,280 万英亩森林吸收的二氧化碳。
此外，研究还提到，采用AHSS进行轻量化更具成本效益，并能提供更多就业机会。 生产铝消耗的能源比生产钢多七倍。 因此，车身结构用铝的成本大约是钢的2-3倍。 已发表的几项研究表明，在典型车辆上使用铝质轻量化部件的平均成本比使用 AHSS 至少高出 600 美元。 成本增加导致的价格上涨将直接影响汽车的销售，从而影响与汽车及其零部件生产相关的就业岗位数量。 同时，对于消费者来说，汽车的成本越高，其保险和维修费用也越高，购车和用车的综合成本也会增加。 此外，采用 AHSS 的轻量化对汽车制造商当前的基础设施的破坏最小，因为它不会影响当前汽车制造商的制造和装配流程。
综上所述，在考虑减轻整车重量时，仅关注使用阶段的废气排放可能会导致轻量化车辆整个生命周期的温室气体排放总量增加。 这一增长是由于材料生产阶段先进高强度钢和铝的排放量存在显着差异所致。 铝生产阶段温室气体排放量的增加可能超过车辆使用和回收阶段的减排效果。
钢铁市场发展研究所（SMDI）汽车市场部副总裁乔迪·霍尔表示，随着汽车尾气排放逐渐减少并达标，生产排放将成为汽车综合环境影响中更重要的组成部分。 如果在材料生产阶段继续忽视温室气体排放，那么对环境的负面影响甚至在汽车投入使用之前就开始了。 钢铁材料提供了最佳的环保解决方案，是汽车制造商最佳性能和成本效益的解决方案，也是消费者最大的价值。
