汽車產(chǎn)品禁用物質(zhì)及替代技術(shù)使用現(xiàn)狀

侯猛　李龍輝　徐樹杰　柴靜　吳蒙

摘要：本文主要介紹了自《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》實施以來，我國汽車產(chǎn)品禁用物質(zhì)的使用現(xiàn)狀以及禁用物質(zhì)替代技術(shù)的應用情況，并指出當前禁用物質(zhì)管理的主要技術(shù)難點。

關(guān)鍵詞：禁用物質(zhì)；管理要求；替代技術(shù)；實施效果

1前言

自2009年，我國已連續(xù)7年保持世界汽車產(chǎn)銷量第一名的位置，今年上半年我國汽車產(chǎn)銷分別為1289.2萬輛和1283萬輛，預計今年我國汽車產(chǎn)銷量會突破2600萬輛，繼續(xù)保持世界第一。另外，據(jù)統(tǒng)計我國2015年汽車保有量已達到1.72億輛，按照成熟市場報廢汽車占汽車保有量6%～8%的水平來計算，2015年我國年報廢汽車量將達到1000萬～1300萬輛，報廢量巨大，我國已逐步進入汽車報廢高峰期。

如此數(shù)量龐大的報廢汽車若不能進入正規(guī)的報廢渠道進行有效的回收處理，報廢汽車上的材料，包括金屬、橡膠、塑料等可能會進入土壤和水源，將會給環(huán)境帶來巨大的負擔，尤其是含有的一些有害物質(zhì)，對環(huán)境會造成嚴重的污染和破壞。

為了減少汽車中有害物質(zhì)的使用量，歐盟早于2006年就頒布了ELV指令，對汽車用材中的禁用物質(zhì)和回收利用率提出了要求Ⅲ，禁止在汽車產(chǎn)品中使用鉛、鎘、汞、六價鉻，其限值要求為均質(zhì)材料中鉛、汞、六價鉻含量不大于0.1%，鎘含量不大于0.01%，并根據(jù)當前技術(shù)發(fā)展情況發(fā)布了豁免項，允許一些零部件和材料不受標準限值限制。我國于2014年發(fā)布實施了國家推薦標準GB/T30512-2014《汽車禁用物質(zhì)要求》，但是推薦標準對行業(yè)并沒有約束力。2015年6月工信部發(fā)布了《汽車有害物質(zhì)和可回收利用率管理要求》（2015年38號）（以下簡稱《管理要求》），要求自2016年1月1日起，M1類汽車新產(chǎn)品有害物質(zhì)使用必須符合GB/T30512的要求，在產(chǎn)車于2018年1月1日起執(zhí)行，我國汽車有害物質(zhì)管理終于有了強制執(zhí)行的法規(guī)依據(jù)。

2汽車禁用物質(zhì)管控現(xiàn)狀

《管理要求》明確要求汽車產(chǎn)品禁限用物質(zhì)的執(zhí)行標準為國家標準《汽車禁用物質(zhì)要求》，除了禁用物質(zhì)通用要求外，即均質(zhì)材料鉛、汞、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚含量不大于0.1%，鎘含量不大于0.01%，標準也列出了24個豁免項，這些豁免項在一定期限內(nèi)不受標準限值的約束。

自2016年1月1日期起，仍在豁免的共13項，包括含鉛豁免項、含汞豁免項、六價鉻豁免項和十溴聯(lián)苯醚豁免項?！豆芾硪蟆穲?zhí)行至6月30日后，含鉛豁免項“發(fā)動機、變速器和空調(diào)壓縮機的軸瓦和軸套”豁免到期，不再豁免，按照標準限值要求執(zhí)行。

因此，目前仍在執(zhí)行豁免的選項共12項，其中六價鉻豁免項“旅居車內(nèi)的吸熱式空調(diào)”主要指房車，國內(nèi)很少涉及，并且不屬于M1類汽車產(chǎn)品，因此該豁免項實際并未涉及；含鎘豁免項“電動車輛用電池”要求“鎳鎘電池只能作為標準實施之日以前上市車輛的備件進入市場”，并不涉及新產(chǎn)品和在產(chǎn)車，因此該豁免項實際也未涉及。綜上，汽車新產(chǎn)品有害物質(zhì)管理實際涉及的豁免項為10項，如表1所示：

3我國汽車產(chǎn)品有害物質(zhì)現(xiàn)狀及替代技術(shù)應用情況

目前，2016年申報《車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》的車型，其禁用物質(zhì)含量均符合法規(guī)要求，整車中禁用物質(zhì)主要為鉛；鎘、六價鉻和溴化阻燃劑僅有極少零部件含有，但均低于標準限值，其總量幾乎可以忽略不計；汞目前并未在汽車新產(chǎn)品上發(fā)現(xiàn)。

鉛作為目前汽車產(chǎn)品主要有害物質(zhì)，其分布較為廣泛，常見的零部件和材料包括蓄電池、含鉛易切削鋼、鋁材、銅合金、焊料、電氣元件等。其中發(fā)動機啟動用蓄電池含鉛占整車含鉛總量的98%以上，是汽車上禁用物質(zhì)最為集中的零部件，其含鉛位置為鉛蓄電池的正/負極板膏和柵板，含鉛通常在80%以上，甚至接近100%。目前汽車啟動用電池仍以鉛蓄電池為主，盡管近些年鋰電池發(fā)展迅猛，但是鋰電池仍存在一些問題，在短期內(nèi)仍無法替代鉛蓄電池在汽車啟動電池中的地位。除了成本因素外，鋰電池在啟動電池上的應用仍有諸多技術(shù)需要攻克，如電池的電壓穩(wěn)定性、電池容量、大電流性能、低溫性能、高溫安全性等。因此，發(fā)動機啟動鉛蓄電池目前還沒有能夠大規(guī)模商業(yè)化應用的替代技術(shù)。

除鉛蓄電池外，汽車產(chǎn)品中鉛的分布較為分散，含量平均值約為120g左右。主要分布于鋼材、鋁合金、銅合金、焊料和電氣元件中，具體占比如圖1所示。

可見，除了蓄電池外，鋁合金中鉛含量最高，達到78.7%，之后依次為銅合金，焊料、電氣元件，鋼材含鉛占比最少。鋁材中常見的含鉛合金為ADCl2、A1Si9Cu3（Fe）、A1Sil2Cul（Fe）等鑄鋁合金，這些合金主要應用在機油濾清器支架，凸輪軸軸承蓋，發(fā)動機缸體缸蓋、發(fā)動機和變速器中的某些蓋板以及一些殼體和閥體部件。銅合金主要用于電氣部件、導熱部件以及一些精密部件，出于易加工性、耐磨性和高的表面質(zhì)量要求，銅合金中往往會添加鉛元素，汽車中常見的含鉛銅合金主要有黃銅、鈹青銅和錫青銅，尤其是鉛黃銅應用較廣，如HPb59-1，CuZn39Pb3，HPb58-3，CuZn38Pb2等，其主要應用部件有傳感器、螺栓螺母、端子、中冷器出氣管、冷凝器出液管、后視鏡和儀表板中的精密蝸桿、齒輪等部件。焊料是另一個主要含鉛的材料，傳統(tǒng)PCB焊料以鉛一錫焊料為主，尤其是共晶焊料Pb37Sn63應用最廣。雖然目前無鉛焊料已較為成熟，尤其是Sn-Ag系，Sn-Ag-Cu系和Sn-Cu系焊料已得到一定范圍的商業(yè)化應用，但是傳統(tǒng)的鉛-錫焊料仍是PCB焊料的主流。電氣元件封裝用到的高溫焊料通常為高鉛焊料，含鉛量超過85%，目前仍未有合適的無鉛焊料替代品，雖然已開發(fā)的Au-20Sn焊料各方面性能已達到甚至優(yōu)于高鉛焊料，但是由于Au含量過高，導致成本高昂，限制了其推廣應用。電氣元件除了高溫焊料外，陶瓷基體也會涉及含鉛，尤其是壓電陶瓷，傳統(tǒng)壓電陶瓷采用的是鋯鈦酸鉛型（PZT），其氧化鉛含量在60%左右。無鉛壓電陶瓷近些年發(fā)展迅速，主要有三大體系應用前景較好，分別為鈮酸鉀鈉系、鈦酸鉍鈉系和鋯鈦酸鋇系。部分無鉛壓電陶瓷已開始商業(yè)化應用，如鋯鈦酸鋇壓電陶瓷，但是PZT陶瓷也在不斷發(fā)展和改進，無鉛壓電陶瓷完全替代PZT仍有很長的路要走。壓電陶瓷主要應用在傳感器、蜂鳴器等零部件上。

鉛雖然在以上幾種材料和零部件中均有分布，但是其含有且超過標準限值的風險不同，如含鉛易切削鋼雖然含鉛，但是實際上含鉛易切削鋼只占汽車鋼材很小的一部分。下圖是上述5種材料和零部件中鉛超標風險系數(shù)統(tǒng)計。

上圖表明，焊料鉛超標的風險系數(shù)最大，電氣元件次之，之后依次是鋁材和銅合金，鋼材鉛超標風險最小。

由于“旅居車內(nèi)的吸熱式空調(diào)”暫時并不屬于《管理要求》范圍內(nèi)的車型，對于M1類汽車而言，六價鉻已不存在豁免項。根據(jù)目前材料數(shù)據(jù)分析結(jié)果來看，六價鉻暫未發(fā)現(xiàn)超標情況存在，說明六價鉻的替代技術(shù)，如三價鉻電鍍、三價鉻鈍化、無鉻鋅鋁涂層、三價鉻/無鉻鞣劑等技術(shù)已較為成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)完全替代。

歐盟ELV指令并不管控多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚等溴化阻燃劑，而GB/T30512對這兩種阻燃劑執(zhí)行0.1%的限值要求，其中十溴聯(lián)苯醚屬于豁免項。根據(jù)目前數(shù)據(jù)顯示，汽車產(chǎn)品上阻燃劑也較少使用多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚，取代之的是磷系阻燃劑、水滑石阻燃劑、氫氧化鎂和氫氧化鋁等無機阻燃劑。

汞主要用途為氣體放電燈、熒光管、煙火起爆器、涂料和顏料等，相關(guān)豁免項為“前照燈用放電燈”和“儀表板顯示器熒光管”。目前汽車前照燈主要有三種類型：鹵素燈、氙氣燈和LED燈，其中鹵素燈和LED均不屬于氣體放電燈，不在豁免范疇內(nèi)。氙氣大燈分為有汞氙氣燈和無汞氙氣燈，有汞氙氣燈主要有DIR，DIS，D2R和D2S系列；無汞氙氣燈在日系車上應用較多，主要有D3R，D3S，D4R，D4S等系列。氙氣燈較鹵素燈亮度和電能轉(zhuǎn)化率更高，因此有取代鹵素燈的趨勢，但是隨著LED前大燈技術(shù)的發(fā)展和成熟，對氙氣大燈也帶來了嚴峻得挑戰(zhàn)。儀表板顯示器主要有液晶顯示器（LCD）和LED兩種，LCD在很長時間內(nèi)是儀表板顯示器的主流，由于LCD本身不會發(fā)光，因此需要背光源進行輔助，冷陰極熒光燈管（CCFL）因其具有高功率、高亮度、低能耗等優(yōu)點，長久以來一直是LCD的首選背光源。但是CCFL含有微量的水銀蒸汽，成為有害物質(zhì)的來源。隨著LED的普及和流行，目前LCD的背光源已基本采用LED，CCFL已逐漸退出汽車儀表板顯示器的背光源領(lǐng)域。同時LED本身也可以作為顯示器，且可以自發(fā)光，不需要背光源，因此有些高端車顯示器直接采用LED，更加環(huán)保。

4結(jié)語

本文主要介紹了自《管理要求》實施以來，汽車有害物質(zhì)的含有及分布情況，并針對各有害物質(zhì)和豁免項，說明有害物質(zhì)替代技術(shù)的使用情況，并指出目前部分有害物質(zhì)替代在技術(shù)上仍存在困難，企業(yè)下一步應重點關(guān)注。