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作者:徐業良(2003-04-17);推薦:徐業良(2003-04-17)
附註:本文發表於汽車購買指南雜誌,2003年五月號,史丹福專欄。

生命週期的環保概念-從福特Model U談起

大豆、玉米、葵花子。噢,不是在寫菜單,這些是福特公司最近推出的環保概念車“Model U”上使用的材料。

事實上這種綠色材料的使用對汽車工業來說並不是什麼新鮮事兒,1940年代亨利福特(對,就是福特汽車公司的創辦人,發明汽車的那一位)便已經在實驗綠色材料的概念,曾經嘗試用大豆為基材製造一部汽車車體。傳說中的故事是,亨利福特那部綠色概念車最大的問題,是車子所到之處隨時吸引了大批牛群。

2003年福特公司正準備慶祝公司一百年生日,發展一部綠色材料環保概念車,把老祖宗亨利福特未完成的志願再度實現,自然是非常理想的生日禮物。一百年前亨利福特發明的汽車叫做“Model T”,英文字母T接下來是U“Model U = Model T + One century”,這部環保概念車便取個名字叫做“Model U”,也頗有“慎宗追遠”的意思。

的確,汽車經過了一個世紀的蓬勃發展,已經成為人類最最重要的交通工具,是二十世紀改變人類生活型態的重要產品之一。在這個新世紀裡,汽車未來發展技術的重點又是什麼呢?

Model U希望標明的重點是環境保護和生物科技。談到環境保護,自然有一大堆電動車、燃料電池等等熱門議題。當然Model U上也有超級增壓氫燃料內燃機引擎搭配混合電動動力設計,來達到低廢氣排放等環保要求,但是Model U上最令人注意的重點,是環境保護和生物科技結合,發展車體製造乃至運作上所使用的「生物基(bio-based)」材料。

「生物基」?

噢,汽車一般大量使用的材料是來自「礦物」,像是各種金屬以及石油煉製的塑膠製品,Model U上則使用了許多綠色材料,有的材料可真的是「綠色」喔,因為材料本身的來源便是植物。即使材料的來源不是植物,這批綠色材料的發展,也特別重視其製造和使用過程中對環境的安全性,以及材料本身的回收、再生性。像是Model U在座椅、面版、方向盤、頭枕、門板、手靠等等上大量使用的聚酯纖維(polyester)皮面,便是特別發展出的綠色材料,特點是可以可以一次又一次地回收、再製成為基礎材料,而完全不會影響其品質。

Model U車頂棚和地毯墊的纖維材料則是用另一種特殊的材料叫做“Polylactide(PLA)”,這種奇怪的化合物名稱實在令人頭大,簡單地說,“poly”是聚合物,“lactide”是「減水乳酸」(我也不知道是什麼碗公),重點是這個「聚合減水乳酸」PLA就是一種「生物基」材料,是從玉米提煉出來的,廢棄之後當成垃圾埋在土裡,不但不會污染環境,反而還會是很好的肥料。除此之外,這種玉米做的纖維材料觸感非常好,材料的韌性、耐磨性、乃至於維護的方便性,完全不輸石油基的塑膠材料。

除了PLA之外,Model U上還採用了許多可回收、更新的植物基材料,取代了慣用的石油基材料。像是輪胎中原本的碳黑色添加物,在Model U中採用的是玉米提煉的添加物,福特公司宣稱使用這種材料,輪胎更輕、轉動摩擦力更低,使得耗油性和濕滑路面的循跡性都更加提升。除了玉米之外,Model U上有些元件材料的來源是老祖宗亨利福特用過的大豆,像是座椅椅墊的泡棉就有大豆成分,尾門則是由大豆基的聚合物經過玻璃纖維強化後製成。福特公司的研究團隊並且和油品大廠Shell的研究團隊合作,在Model U上測試使用生物基的潤滑油,目前Model U的引擎機油是葵花油。

實在有點兒誇張。

當然,這究竟是一部硬梆梆的汽車,所以不可能整部車全部都是植物做的。除了材料的使用之外,Model U在設計、製造上也開始注意如何降低汽車對環境的衝擊。例如在製造程序上Model U嘗試發展彈性製造程序,降低製造過程中所需的能量和零件複雜度。福特公司特別提出來的是,Model U在車體表面塗裝發展了一套叫做“UV-cure”的新製程,一般上漆、塗裝的程序車體需要在烤箱中長時間烘烤,消耗大量熱能,“UV-cure”製程中“UV”是指紫外線(ultraviolet),也就是利用自然光中的紫外線完成烘烤的動作,理論上Model U只要停在太陽底下一陣子便能烤乾表面塗裝。

Model U內裝設計上也處處表達了回收、再生、再利用的考量,例如四個門板的靠手都是完全一樣,前後座的中央靠手也完全相同,這種模組化思考使得材料回收更加容易;除此之外大部分的內裝元件,小從後照鏡、遮陽板,大到音響系統、座椅,都設計了標準化、易拆裝的介面,如果有哪些元件損壞,車主可以很容易拆裝、使用其他車子上拆下來的舊品,提升這些元件的再利用性。

事實上這部福特環保概念車Model U的報導引起我的興趣,倒不是我有多麼喜歡、推崇這車子,而是Model U提供了一個很好「生命週期管理(life cycle management)」的環保概念範例,也就是說除了在減低汽車運轉時能源的消耗與污染的研究之外之外,同時也要注意在汽車整個生命週期,從原材料的製造、到最後廢棄、回收,對環境可能造成的衝擊。

汽車工業是世界上最大的製造業,也是最消耗資源的產業之一。歐洲和美國的的汽車工業每年大約生產兩千四百萬輛汽車,消耗了大約四千六百萬噸原材料,主要的原材料包括鋼鐵、其他金屬材料,另外就是塑膠,特別是在汽車輕量化的趨勢之下,質輕的材料像是鋁合金和種類繁多的塑膠材料的使用越來越多。

汽車生命週期對環境造成的第一個衝擊,便是原材料取得與處理過程中,所要消耗的資源與能源。資源可否再生(如植物)?煉製原材料的過程是否需要消耗大量能源?這些都應該是選擇、發展汽車材料時所要考慮的重要因素。

從資源消耗的角度來看,新材料發展的確是必須要關注的。石油基的塑膠材料又輕又耐用,我們已經過份熟悉、依賴各式各樣的塑膠材料,環顧四周,百分之七、八十的日常用品都是塑膠製的,或者含有塑膠成分。值得憂慮的是,地球上石油的儲藏量估計只能再維持四十年,石油一旦枯竭,到時候不只是能源的問題,塑膠材料也將沒有原料來源。

在汽車生產、製造過程中所要消耗的大量能源,更應該是材料選擇與製程改善關注的重點。在汽車能源消耗與造成污染方面,大部分的焦點都放在實際使用汽車時消耗的能源與造成的污染,但是從整個汽車生命週期來看,事實上有接近百分之二十的能源,是消耗在原材料處理與汽車製造的過程中,像是數以百萬噸計的鋼、鋁、塑膠、玻璃,在處理過程中需要反覆加熱融化、冷卻成型,其中消耗的能源極為巨大,同時也會產生許多危害環境的廢棄、廢液、重金屬、和有毒化學物質。

汽車生產過程中車體的塗裝則是最不環保的程序,超過一半的污染排放都是在這個程序中產生,汽車生命週期中廢氣VOC排放最主要的階段當然還是實際使用汽車的階段,但是不要忽略第二大VOC來源就是汽車塗裝的程序,此外車體的塗裝也是汽車製造過程中消耗能源最多的。顯然Model U發展的“UV-cure”新塗裝製程,抓到了製程環保上改進的重點。

在最後汽車廢棄、回收的階段考慮的重點是最後產生不能利用廢棄物的量,以及回收、在利用過程中必須消耗的能源。這個階段對環境的衝擊又和汽車使用材料成分關係密切,一般來說金屬材料的回收性(recyclability)較好,也就是大部分金屬材料都可以重新成為原材料使用(但可能又必須耗費大量能源),相對的塑膠材料的回收性較差。如Model U中發展回收性極高的材料,或者發展植物基材料,使得其廢棄物對環境衝擊小,都是從這樣的角度考量。

所以汽車的綠色科技,不只是燃料電池、電動汽車而已。從生命週期管理的觀點看汽車對環境的衝擊,是不是發現整個視野更加寬廣了呢?!