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数据分析:车用轻量化材料到底有没有前途?

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  今天,我们来用数据说话,这些车用轻量材料到底值不值得发展。
  先,我们要回答,汽车为什么要轻量化?
  重一点,又不是跑不动。99式主战坦克重50吨,照样可以80公里每小时奔跑。
  但真的是重一点没有关系吗?别着急,我们先来汽车轻量化可以有哪些好处:
  1:省油省钱。车越重,百公里油耗就越高,花销就越大。油耗多个2-3升,一升按6块算,油钱就比别人多近20块。
  2:环保。汽车轻了,油耗少了,尾气少了,碳排放也少了。
  3:性能和安全。减下来的重量可以增加安全设备、电子信息设备等等,提供汽车的性能和安全。汽车减重可以提高其加速性能;顶部和车门减重,可以降低汽车重心,增强稳定性;前部减重,可以使汽车重心后移,改善操纵性能。
  4:续航能力提高。对于新能源汽车来说,续航能力不足是一个极大的短板。轻量化无疑可以缓解这个困境。
  5:缓解能源危机和能源安全危机。
  看起来,轻量化的好处真是很多哇,又省钱又环保还安全。可是,看起来身边人开的还是笨重的汽车,轻量化看不到多少影子。难道是“万恶”的资本家鼠目寸光,不肯改变么?
  别急着指责汽车制造商,我们一步步来分析分析其中的利弊。
  轻量化可以有几种实现途径,而采用轻量材料是其中重要的办法,我们就从轻量化材料的应用来说道说道这件事。
  常用的轻量化材料并不太多,可以分为金属和非金属两大类。前者包括高强钢、钛合金、铝合金及铝基复合材料、镁合金等等,后者包括碳纤复合材料玻纤复合材料、精密陶瓷、高性能塑料等等。
  他们的减重效果如何? 来看看美国能源部的数据:
      
  当然,以上减重效果只是一个大概数值,但顺序大致不会错。
  有数据统计显示,汽车每减重10%,燃效就可提高6-8%。像镁合金、碳纤维复合材料的减重效果这么明显,这要是用上了,燃效肯定又是蹭蹭地往上涨,那还不麻溜的用起?
  别着急,我在麻省理工Charles Fine教授的一份报告里看到2张很有意思的图,或许你不会再这样说了。
      
  这张图的横坐标是减重效果,而纵坐标是替换之后带来的成本。很显然,大致有一个规律:减重效果好的代价也相对较大。下边的是高强钢,成本基本不上升,不过减重效果一般。上边的是碳纤维,虽然减重效果是杠杠的好,但是每公斤成本要增加100来块!
  看到这里,可能有人会说,不是燃效提高省下油钱了嘛!那两者对比起来,结果如何呢?
  我们再来看一张图:
      
  这张图的横坐标是各种轻量材料的减重效果,纵坐标是成本减去节省的油钱,也即净成本。它是以这样的标准来计算的:车重1300千克,27.5每加仑英里的油耗(大约8.6L每百公里),12年的使用寿命,每年跑1500英里,利率15%。按这么个算法,目前也就使用高强钢能够赚回来一点,其他的都是亏本生意。
  并且,再退一步讲,即使是不差钱,轻量化也远不是只将钢铁材料换成轻的材料那么简单。下面是部分轻量材料的优劣势对比表:
      
  除了成本比钢要贵一点,部分轻量材料在性能上还存在一定的缺陷。但更大的代价或许还是来自生产环节。或许你觉得,不过就是换块材料嘛,原来钢制的,现在铝制的,有什么难的?这样想,你就错了。
  还记得福特发布的铝制皮卡F150吗?款全铝车身皮卡着实吸引了不少眼球。不过,后边的代价也十分惊人。为了打造这款皮卡,福特先是投资了3.59亿美元对其位于密歇根州的Dearborn卡车工厂进行改造,然后又投资4.84亿美元更新了工厂的各种设备。此外,这系列动作还损失了9万辆现行款F-Series货卡的产能。
  这还只是新车生产环节,其附属产业,零部件生产,维修等等,也要随之而改变,一旦改变就有代价产生。
  再者,技术更新换代与终端产品的换代时间不无关系。手机性能的快速提升,是因为我们每隔1-2年就要换一台。但一台汽车或许要用5年,甚至10年以上,技术更新迭代就快不了。
  所以,我觉得市场调研公司出具的分析报告中,估计车用轻量化汽车材料市场将从前两年的500亿冲到2019年的2000亿美金,2015-2019年年均复合增长率14.4%,这一数据还是有点太过乐观。
  那是不是轻量材料在汽车业的广袤前景就只是汽车材料人在“自娱自High”呢?
  当然不是!上面的帐固然要算,但是我们还需要算算其他的帐。
  我们还要算算能源危机和能源安全的帐。节节攀升的汽车保有量,意味着石油消耗量也是水涨船高。但是,石油毕竟是不可再生能源,支撑不起无尽的消耗。所以,对于汽车业来说,降低油耗也是必然的选择。去年我国汽车保有量大约1.5亿辆,如果百公里油耗降低1L,一年跑1000公里,可节约15亿L(大约需要5000万桶原油才可炼出)。
  另外,我国即将超过美国成为的原油进口国,石油对外依存度达到了60%。美国国防部前段时间很“热心“地发布的2015年度《军事与安全发展态势报告》。里边认为每年从中东进口的石油约占总进口量的51%,其中有43%需要通过伊朗的霍尔木兹海峡,82%需要通过马六甲海峡。受地缘政治影响,这些海上运输咽喉通道隐藏了较多的不稳定因素,也因此会影响的石油进口安全。
  另外就是环保问题,这个不消多提。雾霾天,温室气体排放,汽车业都难辞其咎。
  当然,对于汽车制造商来说,轻量化并不是一个选择题,因为政府已经帮他们选了。
      
  上表是工信部官网公布的主要和地区燃料消耗量标准目标对比。非常明显,几个主要大国都对汽车的油耗都有了一个明确的限制规定。
  除了降低油耗之外,碳排放也同样有限制指标。例如欧盟推行汽车燃料消耗量和CO2限值要求和标示制度,要求到2015年和2020年乘用车CO2排放分别达到130g/km和95g/km的目标。我国目标是在2020年CO2排放约为120g/km。
  从这些数据来看,汽车制造商的压力还是蛮大的。因为汽车减重10%,燃效提升6-8%,减重100公斤,碳排放减少约5g/km。
  所以,尽管目前轻量材料存在着种种的不足,但它是汽车发展的方向。
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