余林峰，杨 斌，陈 铭

（上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

1 引言

汽车零部件的回收再利用是时代发展的要求，也是中国汽车产业持续发展和突破的必然选择。自2009 年1 月1 日，中国开始实施《循环经济促进法》，此后中国报废汽车的回收开始有了正确的循环经济理论作为支撑。推进汽车产品回收利用的过程，其实质就是逐步实现汽车资源的循环再利用。

目前，报废汽车回收产业的主要问题是严重污染环境、大量浪费资源以及少量非法拼装车上路行驶所带来的巨大安全隐患[1]。随着经济的不断发展，过去粗放式的回收模式已经不再适合当下对待环境保护的要求。据美国权威汽车杂志《WardsAuto》提供的数据显示，2017 年全球乘用车和卡车销量首次突破9000 万辆。这是一个非常庞大的数据，如果这些汽车退役后没有得到合法的回收处理，将会导致大量的资源浪费和环境污染[2]。相反，其所蕴含的经济潜力和环境价值将为汽车行业的可持续发展提供充足的动力[3]。

报废汽车回收处理的方式主要有三个部分：即零部件回收、材料再利用和报废汽车残余物（ASR）能量回收。这三个部分是层次不断递进的回收过程，各个部分相互联系、相互补充。每一种回收过程都实现了不同的回收价值：零部件回收再利用实现了零部件成品的再使用价值，材料回收实现了材料的循环再利用价值，ASR 能量回收则主要强调了对环境的积极效益。其中零部件的回收再利用是体现报废汽车回收价值的关键步骤。文献[4]通过分析国内再制造厂商低收入的实际情况，为中国再制造行业提出了合理的再制造体系和市场规则。为确保再利用零部件的质量，庞林花等以无损检测技术为切入点，提出发展自动化和智能化检测技术的趋势性和必要性[5]。实际情况下，并不是所有的零部件都可以进行二次再利用，报废汽车的主要部分都是以材料回收的方式循环利用。在欧盟出台截止2015 年1 月1 日95%的报废汽车回收率的要求后，文献[6]通过三种不同的拆解方式发现目前面向材料和能量的回收利用仅达到（81.5±0.6）%左右。面向材料的报废汽车回收方式的价值是难以评估的，文献[7]建立了发动机罩内外板厚度和材料类型的多材料优化数学模型，并通过多目标遗传优化算法对该模型进行了求解。传统的报废汽车回收到材料回收这一阶段就已经结束了，但是对ASR 进行简单的填埋处理是不符合环境要求的[8]。一方面，ASR 中含有大量对环境有害的物质，必须经过回收处理后才可以填埋；另一方面，报废汽车仅面向零件和材料回收是无法满足回收率95%以上的目标。ASR 能量回收是报废汽车回收的末端，它决定了最后的排放和环境效益，是报废汽车整个回收过程中非常关键的步骤[9]。

以汽车回收产业的角度出发，相比材料再利用和ASR 能量转化回收，零部件回收更多强调的是经济效益。这其中主要涉及零部件的再使用、再制造和升级再制造三种递进的环节。零部件直接再使用主要针对事故车辆或使用频率较小的车辆。由于这些车辆的零部件使用年限或使用次数较小，所以其大部分零部件都处于正常服役年限内，只需通过简单的清洗、检测就可以继续发挥功能作用。零部件再制造是对零部件进行再加工和检修后的二次再利用。提高再制造零部件的可靠性是保证再制造产品质量稳定性的重要手段，也是再制造产品被认可的必经之路[10]。最后，零部件的升级再制造是在原制造的基础上进行改造升级以满足新的标准和要求。零部件合理的再利用将为汽车产业带来巨大的经济价值，该研究通过建立报废汽车的寿命分布函数和零部件回收再利用之间的相互关系，利用量化分析的方式分别建立了报废汽车零部件在不同回收处理方式下的理论价值评估模型，并且以汽车发动机的再使用和再制造进行了详细的实际案例分析。鉴于目前中国ASR 能量转化技术还在起步阶段，其环境效益和能量价值的评估还需进一步做更深层次的研究。

2 报废汽车的回收现状和寿命分布

中国是汽车的消费大国，汽车消费的同时就伴随着报废汽车的不断产生。随着汽车销售量的不断累积剧增，中国将面临大量报废汽车回收拆解和回收利用的巨大压力。汽车的生产量和销售量的不断增长是汽车报废量增加的源头因素。中国乘用车和商用车的历史销售量和未来销售量的预测（依据历史销售量的增长率预测），其中蓝色线条代表乘用车，一色线条代表商用车，另一色线条代表总量，如图1 所示。

图1 中国汽车的历史销售量和预测销售量Fig.1 Historical Sales and Forecast Sales of Vehicles in China

汽车的保有量是基于销售量和报废量的一个不断趋向稳定的稳态量，它的结果由各国人口、工资水平以及经济发展等多个因素共同决定的。按照发达国家千人保有量300 辆计算，中国汽车的保有量在未来将稳定在4 亿辆左右。而截至2016 年，据中国国家统计局统计显示中国民用车辆拥有量仅达1.8 亿辆。由此可以看出，中国汽车产业的发展还将进一步持续向前。该研究以上海市（2012～2016）年间共计约22 万辆回收汽车为样本，利用Logistics 分布模型建立了汽车的寿命概率分布函数图。乘用车和商用车的最大统计寿命分别设定为25 年和20 年，纵轴的Fp（t）和Fc（t）分别代表乘用车和商用车的报废概率分布函数，如图2 所示。

图2 乘用车和商用车的寿命分布函数Fig.2 Life Distribution Functions of Passenger Vehicles and Commercial Vehicles

为了进一步分析和评估中国报废汽车的回收价值，文中用当前汽车的寿命分布函数预测未来中国报废汽车的报废量，中国未来的汽车保有量和报废量的预测量，如表1 所示。从表中可以看出自2023 年开始，中国汽车的报废量将首次超过1000 万辆。伴随着报废汽车量的不断增大，零部件回收再利用的价值潜力也将不断提高。合理的汽车零部件回收再利用措施将为汽车回收产业产生巨大的价值。

表1 中国汽车保有量和报废量预测Tab.1 Prediction of Vehicle Ownership and ELVs in China

3 汽车零部件的回收再利用

表2 汽车零部件不同回收再利用方式的评估Tab.2 Evaluation of Different Recycling Methods for Auto Parts

零部件回收再利用是报废汽车资源化利用的首个阶段，其经济价值属于报废汽车回收价值体系中价值最大的一部分，同时该阶段也是对报废汽车资源化利用的核心环节。零部件回收再利用一般可细分为直接再使用、再制造和升级再制造三个部分，不同再利用方式其成本、收益和工艺复杂度有所不同，如表2 所示。

3.1 基于汽车寿命分布函数的零部件回收再利用价值模型

3.1.1 零部件的折旧价值算法

由于汽车零部件本身使用寿命的限制，不同报废年限的报废汽车其各个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为：由于汽车整体的报废导致其部分零件在还可以正常服役的情况下被动的暂时丧失服役效用。因此，零部件的再使用实质上是零部件使用生命周期的再延续或者升级延续。标准情况下，为了保证在汽车服役年限内不会因为某个零部件的损坏而使汽车功能丧失，零部件的设计寿命都应比汽车的整体设计寿命长。也就是，如果汽车在规定的报废年限内报废（除特殊破坏等），理论情况下所有的零部件都是可以进行二次再利用的。某汽车零部件的平均设计寿命是N 年，该类型汽车的最大报废年限是M年，如图3 所示。蓝色曲线代表该类型汽车的基于Logistics 分布的寿命分布函数F，绿色曲线近似表示某零部件的疲劳寿命。如果一辆汽车在t（0

式中：Zyear—零部件的年折旧额；C—零部件的预计残差值（车用零部件一般按5%进行计算）；Q—零部件的新制造价值。所以使用t 年后的报废汽车零部件的折旧后价值（Qt）可以用如下公式表示：

图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价值

为了衡量整个汽车产业中报废汽车零部件的再利用价值，需要对不同使用性质的汽车进行分类。在此设共有n 中不同使用性质的车辆，且总共有s 种汽车零部件被认定为可再使用的零部件。不同类型的汽车其寿命分布函数各不相同，如下所示F 矩阵的每一行分别表示不同类型车辆的概率矩阵。其中Fi（t）表示第i种车辆类型的寿命分布函数，Mi分别代表不同类型车辆的最大统计寿命，M=max［M1M2…Mn］。

Pj矩阵表示第j 个可再使用零部件的折旧价值矩阵，其中Qt代表该零部件使用t 年后的折旧价值。

Pj=［Q1Q2…QM］T

设任意年份t 年中报废汽车的回收量为R_ELVt且不同类型车辆的占比为 peri，0

现实中，大部分再使用零部件都不是直接再使用，而是经过了再制造加工后进行二次利用[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异性使得其寿命分布有所不同，导致再利用过程中需要有针对性的加工处理；另一方面，不同的使用性质和使用时间会对给不同零部件带来不同的磨损和损耗，如果不进行检测和修复，很容易在再使用过程中出现功能的提前丧失。再制造的进一步加工就是升级再制造，即对旧件的升级加工。由于旧件的直接再利用已经不符合当前功能效率标准或者不符合当前规定（如某元素含量、排放量标准等），要使得该零部件能在新的标准下发挥功用，必须进行进一步的升级改造[12]。下面通过对零部件再使用价值公式进行修正，建立零部件回收再利用的修正价值模型。设某可再使用零部件中可直接再使用个数占比为α，需要再制造加工个数占比β，需要升级加工个数占比γ，且α+β+γ=1。直接修复加工成本y1，升级改造成本y2，升级改造后收益增加量y0。β_Pi表示再制造价值矩阵，γ_Pi表示升级再制造价值矩阵，具体修正结果如下所示。

Ui表示第i 种零部件的再使用价值，所以通过式（3）可以计算出该零部件的总再使用价值。

则任意年份t 年（阳历年，如2018 年）报废汽车零部件再使用价值，如式（4）所示。

折旧价值矩阵中的元素也对应发生改变，如下所示。

M_Prt代表零部件回收再利用的修正价值，具体计算方式如公式（5）所示。

其中：各变量表示含义同前。

3.2 案例分析-汽车发动机回收再利用的价值潜力

图4 报废汽车发动机回收再利用的过程Fig.4 Engine Recycling Process of the End-of-Life Vehicle

零部件的回收再利用目前多适用于高附加值的零部件，发动机是汽车的“心脏”，所以以发动机作为汽车零部件回收再利用价值潜力的分析样本具有典型的意义。汽车发动机回收再利用的具体过程，其中加工再制造和升级制造是可选择的两种模式，如图4 所示。不同发动机的相关制造价格有所不同，表3 是上海大众某型号发动机主要部分的制造和再制造费用，该发动机总重为132.7kg，具体数据，如表3 所示。

表3 上海大众某型号汽车的发动机制造相关费用Tab.3 Engine Manufacturing Related Expenses for a Model of Shanghai Volkswagen

鉴于目前收集的该品牌报废车辆的统计量较小，无法保证其寿命分布函数的准确性。为确保使用性质的一致性，以（2012～2016）年上海市约11.5 万辆乘用车的具体报废年限样本拟合寿命作为计算依据。以乘用汽车的最大统计寿命M=25 年为该类型汽车的最大寿命年限，且设发动机的寿命N=30 年（N>M）。利用Logistics 分布模型（式（6））建立乘用车的寿命规律函数Fp（t），如式（7）所示。

式中：t—汽车的生命周期（1～20 年）；r—内在的变化率；c—常数；K—汽车报废量的最大承载能力（此处作为概率分布函数的最大概率，取K=1）。

再制造成本（y1）=能源费用+直接工资+间接工资+使用维护费用+模具费用+原料损耗费用+管理费用+包装费用+运输费用+再制造发动机税=4782.2 元；

另外，由于发动机的升级再制造附加价值不确定，在此不考虑这种情况，即该分析仅针对α=1 和β=1 的这两种情况。利用当前乘用车的寿命分布函数和以上价值模型方法进行统计计算，具体评估结果，如表4 所示。

表4 发动机再制造经济价值潜力Tab.4 Engine Remanufacturing Economic Value Potential

4 结论

报废汽车零部件的回收再利用是汽车产业链的末端环节，回收的过程即是资源重整、再利用和再循环的过程。中国汽车回收再利用产业的市场足够大，准确的价值评估会为其定位和规划发展提供有力的支撑。该研究的具体结论概括如下：

（1）利用折旧算法根据在役年限估算不同汽车零部件的价值，并建立报废汽车零部件再使用和再制造的价值评估模型；

（2）以上海大众乘用汽车发动机为研究对象，定量分析发动机的再使用和再制造价值潜力。评估的结果表明：每回收1000 辆该类型的汽车，其发动机的直接再使用经济价值就相当于生产44 台新的同类型发动机；而如果是再制造，其经济价值则相当于21 台新的同类型发动机；

（3）该研究是以当前乘用汽车寿命分布为依据在理论模型下的价值评估，然而在实际情况下当零部件服役年限超过一定年限后就只能利用材料回收的方式进行处理，所以理论模型对零部件回收再利用的价值评估的结果是偏大的；但是，以实际的乘用汽车的寿命分布情况分析，处于寿命末期的报废汽车的数量总体占比偏小，并且这部分零部件在进行价值估算时本身的价值也是偏小的，所以理论评估结果是相对稳定且合理的。