夏胜:亚麻和甜菜制造的汽车——农基社会百日谈(53)
首先要说的是,用农产品来造汽车并不是新鲜事,这辆亚麻和甜菜制造的汽车诞生于四年之前。
汽车的名字叫Lina,是由荷兰埃因霍芬理工大学的学生造出来的。学生们用到的主料是一种生物基材料的复合体,它是通过将甜菜树脂制成的蜂窝芯材和亚麻纤维复合材料片材结合而成。Lina是世界上 款几乎完全由生物基材料制造的车辆,除了轮子和悬挂系统,底盘、车身和内部采用的都是这种材料。虽然原材料来自于司空见惯的农产品,但Lina的性能却并不逊色。这辆车整车只有公斤,由一组可续航公里的锂离子电池提供电能,时速能达到80公里,研发团队表示,从几款纯电动车的城市驾驶效率上比较,Lina比日产聆风、宝马i3和和特斯拉ModelS高出几乎四倍。同时,这款生物材料汽车还配有检测和识别乘客的传感器,让用户的驾驶体验更为优越。遗憾的是,虽然植物材料具有玻璃纤维相似的强度,但它在弹性上还达不到金属的水平,因而Lina当时并没有通过常规的碰撞测试。
实际上,最初的汽车正是靠农业来提供原材料。一百多年前,奔驰和戴姆勒在造车时就直接使用了不少木材,找出好用又便宜的木头是当时汽车材料界的一项重要工作。后来,亨利·福特把大豆制造的生物纤维复合材料用到了福特汽车上,取得了很好的市场效果。即使在今天,许多制造商也正在努力将生物基材料应用到汽车上,包括一些 汽车。在宝马公司生产的BMWi3上,从车门饰板到仪表板盖都用到了一种原产于非洲中东部的纤维植物Kenaf,这种工艺能够减轻30-45%的重量,并且它受力时不会碎裂而是断裂,不会产生锋利的边缘,因此在碰撞事故中具有优势。奔驰LX概念车使用甘蔗渣提取的纤维做原料,制造一些车身零件同样获得了成功。保时捷CaymanGT4跑车的车门、尾翼采用了由亚麻制成的天然纤维材料,是生物增强复合材料的一种,具有可分解、可循环和减震的特性。再比如,大众IDRoomzz概念座椅采用了名为AppleSkin的纺织品,其中包含了苹果汁生产中的残留物;斯柯达VisionRS的地板垫的碳纤维斜纹编织运用了Pinatex材料(菠萝叶纤维制成)。以色列有一家名为UBQ材料公司的企业,通过研发可以把食物残渣、植物、各种废塑料、旧纸箱、用过的口罩甚至脏尿布等做原材料来生产汽车零部件,看看你的汽车,说不定方向盘就是他们用吃剩下的苹果做出来的。塑料在汽车材料中占了大约10%的比例,目前生物基可降解塑料在汽车行业里得到了较为普遍的应用,以替代传统塑料,其中聚 (PLA)、聚 脂肪酸类高分子(PHAs)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等材料在国内外开发程度较高,有些已经达到产业化规模。
用这些材料来生产汽车有很多优点,材料都是可再生的,不用担心以后资源枯竭;生产的产品轻,很好地满足了轻量化的要求,从而提高汽车的动力性,减少燃料消耗,降低排气污染;这些农产品原料所制成的零部件都可以实现生物降解,废弃的汽车对环境的污染大大减少;生产过程更为清洁,从UBQ材料公司来看,他们每加工1吨生物基材料可以减少12吨的碳物质和有毒气体排放。
一辆传统的汽车通常由9大系统组成,包括白车身、开闭件、内外饰、底盘、电器(HMI人机交互系统)、电动力系统、发机机动力系统(发动机+变速器+进排气+燃油)、整车控制器、自动驾驶系统,新能源汽车在动力系统上有所不同,其余部分大同小异。生产一辆汽车,除了技术、工艺要到位之外,还需要高质量的原材料供应,需要用到各种各样的金属材料,包括钢铁、铝、铜、铬、镍、锰、钼、铅、锌等,还要用到塑料、橡胶、布料、木料、玻璃、陶瓷、皮革等大量非金属材料。仅仅是钢铁,生产一辆汽车就需要消耗公斤左右,全球的汽车生产每年消耗在一亿吨以上。目前,除了生物塑料、天然纤维、皮革之外,汽车上大量使用的都是不可再生的材料,这些材料在消耗矿产资源的同时,所产生的废弃物对生态环境构成了严重的威胁。
汽车产业在国民经济中有着非常突出的地位,特别是对于那些工业化国家来说,在很长时期里它都是经济增长的重要引擎。经过一百多年的发展,汽车产业成为了一个高度现代化的产业,是典型的资金密集型、技术密集型、劳动密集型、资源密集型产业,从整个产业链来看,是世界上规模 、产值 的重要产业之一,在全球制造业中占有相当大的比重。年,全球汽车产量为.69万辆,年受疫情影响有所下滑,但仍高达.万辆,产值超过3万亿美元。可以说,汽车产业的任何变革,都将对整个人类社会产生重大的影响。
我一直相信农业提供的材料可以满足人类的所有需求,Lina就是一个很好的例子,虽然它也没能做到百分之百地应用农业材料,但已经开了一个好头。技术总是在进步,四年前那帮学生能够制造出大部分是农业材料的Lina,再过几年就有可能生产出完全是农业材料或者至少绝大部分是农业材料的汽车。我在和一些朋友讨论这个可能的时候,有人会反问:难道发动机也可以吗?这不是问题。我每次都会告诉提问者:这个世界上最精密的发动机就是心脏。心脏的全部材料都是生物基的,它来自于我们吃的食物,来自于农产品。
目前,虽然各国都在提倡在汽车上大量使用生物基材料,并且也出现了一些较为成功的车型,但困难还是不小。一是可用的材料种类较少,产能有限,加工工艺还有待成熟;二是材料的成本高,综合性能较差,厂家和市场接受度不高;三是应用范围限于包装、装饰、辅件较低端领域,动力、车身、电子等领域的应用亟待突破;四是环保理念还不够深入人心,各国的扶持政策不一,离大规模的替代还有相当的距离;五是一些生物基材料的可降解特性导致其热稳定性较差,高温条件下力学性能会下降,使用寿命和降解不可控成为应用的难点。像其他领域的技术发展一样,我们把问题、时间、资源一起交给专业人员,静待花开吧!
年,卡尔·本茨造出了世界上 辆汽车,这辆0.85马力汽油机驱动的三轮车每小时能跑16公里。在这之后,人类把每一个领域的技术成果想办法应用到汽车里,从外形到发动机到车轮到电子电路到每一处材料,都在持续地升级更新。现在的汽车,已经不仅仅是一个交通工具,更是一个移动的家、移动的办公室、移动的大玩具。人们对汽车性能的追求没有止境,汽车对材料的要求同样没有止境,耐高温的、耐疲劳的、抗老化的、坚固的、柔软的、导电的、绝缘的……我们想得出的汽车都用得上。生物基材料的应用,既为汽车未来的发展规划了一条新路,也给未来的农业提出了新的任务。如果有一天,农民们种出了汽车需要的所有材料,他们就可以豪气地对任何人说:你想要什么?我帮你种出来!
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