发布机构: 发布日期: 2022-11-03 11:15:51

邓嘉飞、梁伟、邓坤坤:“双碳”目标下的交通运输行业——镁合金节能减排优势凸显

21世纪,化石燃料的大量燃烧造成二氧化碳过度排放,使“全球气候变化”成为本世纪最具时代特点的问题之一。极端天气为人类的生产生活带来了许多不便,全球生态平衡遭到严重破坏。控制二氧化碳排放总量,实现碳循环平衡,对于应对全球气候变化具有重要意义。作为负责任的大国,中国也在2020年9月22日宣布,“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。

就我国而言,当前二氧化碳排放主要来源于化石燃料的消耗。据《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》显示,化石能源消费是我国温室气体排放的主要源头,约占我国全部二氧化碳排放的86.7%。因此,化石能源的清洁高效利用,成为了“双碳”目标实现的必经之路。其中交通运输作为化石能源消耗以及碳排放的重点领域,有关数据显示,其碳排放占我国碳排放总量的10.4%。特别是公路运输,约占全国交通运输碳排放总量的85%以上,是交通运输领域碳排放的绝对主体和减排重点。基于此,本文就“双碳”目标下的交通运输行业的发展,浅谈一些个人的观点,以期为其实现“双碳”目标提供一些思路。

随着人民生活水平的提高,对于出行品质的需求越来越高,相对于目前技术不太成熟的新能源汽车,传统汽车由于性能稳定,行使里程长,价格稳定的原因更受消费者青睐。根据有关研究,汽车所用燃料的60%是消耗于汽车自重,汽车自重每减轻10%,其燃油效率可提高5%以上;汽车自重每降低100 kg,每百公里油耗可减少0.7 L左右。而每节约1 L燃料可减少CO₂排放2.5kg,年排放量减少30%以上。因此交通运输工具的轻量化大势所趋,成为设计效率评估的最重要标准之一。

镁最显著的特点是质量轻,密度仅为1.738 g/cm3,约为钢的2/9、钛的2/5、铝的2/3;同时镁合金比强度明显高于铝合金和钢,仅略低于比强度最高的纤维增强材料;比刚度又与铝合金和钢相当;更为重要的是镁在国内来源广泛,减震性、抗腐蚀性能好,可延长其产品的使用寿命、减少资源浪费和垃圾的产生。根据国际镁协的测算,与铝部件相比,当前市场上的所有镁生产的温室气体排放净平衡为正,即不论使用哪种工艺生产的镁,用镁制汽车部件替代铝制部件都会有更佳的温室气体减排效应。因此,镁合金作为最轻的结构材料,受到汽车等交通运输行业的拥趸。目前,汽车用镁正以年均20%的增长速度迅速发展,主要用来制造的汽车零部件,如表1所示。

然而,大多数镁合金具有密排六方结构,在室温下难以塑性变形,加工成形性能不够理想,产品形状尺寸存在一定的局限性且容易产生组织缺陷,导致镁合金的使用性能和应用范围受到很大的限制。因此,变形镁合金的研究成为世界镁工业发展的重要方向。与目前较成熟的镁合金铸造技术相比,镁合金的锻造,挤压,轧制,拉拔,冲压等塑性加工技术发展则相对缓慢。基于此,作者就改善轧态镁合金的综合力学性能,提高其在交通运输工业的利用率,降低能耗,从而积极响应国家“双碳”目标,提出了自己的一些观点:

1.开发在镁合金板、挤压件和冲压件中预制拉伸孪晶的技术,拉伸孪晶可以切割细化晶粒,弱化基面织构,部分协调沿原晶粒c轴方向的变形,并进一步促进滑移系统的开动,提高镁合金复杂构件的力学及成形性能。

2. 充分利用信息技术、互联网、大数据等资源,掌握当前镁合金的前沿信息,不断完善变形镁合金理论体系。

3. 加强校企合作,学校不能一味的搞性能研究而忽视实际应用,企业也应与时俱进更新工艺,降低加工成本,避免盲目生产后续成形性能不高的产品。双方共同应高效、协同合作,高效率的推进高性能镁合金的产业化发展,加快其对铝合金及钢的替代。

镁合金的广泛应用符合“碳达峰”和“碳中和”发展目标,顺应我国可持续发展的内在要求,有利于构建绿色低碳可持续的循环经济发展,助推绿色生产方式和生活方式,实现社会高质量发展。

供稿人:邓嘉飞 太原理工大学先进镁基材料山西省重点实验室 博士

梁伟 太原理工大学先进镁基材料山西省重点实验室 教授

邓坤坤 太原理工大学先进镁基材料山西省重点实验室 教授


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