原標題：誰說番茄、蛋殼、大豆不能造車？汽車生物材料風刮得有點猛
番茄、蛋殼、大豆，這些東西看起來與被稱作是“鋼鐵之軀”的汽車風馬牛不相及，但汽車制造商、零部件廠商、材料廠商正在將越來越多的生物材料引入汽車制造業(yè)。實際上，福特早在上世紀20年代起就致力于生物材料的使用，當時亨利·福特就在T型車上使用了麥草。此后，大豆材質的泡沫、密封件、墊圈，蓖麻材質的泡沫、塑料及天然纖維增強材料均開始被福特及其他車企使用。
美國俄亥俄州立大學教授卡特里娜·科尼什曾在美國農(nóng)業(yè)部工作過，年輕時遇到的一件事給她留下了深刻印象。當時她看到一輛卡車裝載著剛摘下來的滿車番茄從農(nóng)場運出來，與大多數(shù)人關注點不同的是，她瞬間意識到，放在最下層的番茄能承受那么大的壓力，那么番茄皮一定非常結實。
25年過去了，科尼什現(xiàn)在成了一名替代天然橡膠、橡膠生物合成領域的國際權威專家。她始終沒有忘記年輕時的那件事，并致力于研發(fā)更多生物材料?？颇崾舱J為，番茄皮可以取代部分會造成環(huán)境污染的炭黑材料，可用在汽車懸架襯套、發(fā)動機支架、輪胎、軟管和其他部件中。
同樣，蛋殼也可以取代部分炭黑材料?？颇崾惨笃髽I(yè)把不用的工業(yè)廢料垃圾袋送到她的實驗室。經(jīng)過篩選，她發(fā)現(xiàn)蛋殼磨成細粉也可以作為炭黑材料的增強劑。目前，美國俄亥俄州立大學的研究人員，正與該國知名零部件供應商天納克以及至少一家大型車企共同合作，測試橡膠部件中的番茄皮和蛋殼，希望未來這些材料能用于制造汽車零部件。
事實上，意識到番茄皮用處的人并非只有科尼什。早在2014年，福特宣布與美國食品生產(chǎn)商亨氏合作，探討利用番茄皮制造汽車零部件。亨氏的番茄醬名聲在外，每年用到的番茄多達數(shù)百萬噸。亨氏研究人員一直在尋求番茄皮、莖、籽等加工副產(chǎn)品的再利用渠道。福特和亨氏希望通過研究，將番茄的加工副產(chǎn)品制成既輕又足夠堅固，可滿足車用需求的新型材料。例如，經(jīng)過干燥處理的番茄皮等可用于制作車輛的布線支架和儲物格。
此外，福特旗下的野馬、金牛座、開拓者等多款車型的座椅采用了李爾開發(fā)的大豆發(fā)泡材料，這種發(fā)泡材料基于大豆油制造，性能優(yōu)異。福特在2013年洛杉磯車展上展示了Fusion Energi插電式混合動力車，其座椅靠背、彈性坐墊、座椅頭枕、門板內(nèi)嵌等部件采用了可口可樂開發(fā)的植物性可回收材料，而這種材料的原料之一就是甘蔗制糖過程中剩余的植物纖維。
目前，科尼什和其他數(shù)千名化學家，以及各個國家實驗室、零部件供應商和汽車制造商的實驗室材料科學研究人員，正在從分子水平上對汽車制造進行重新思考。這正是天納克首席技術官本·帕特爾所聲稱的席卷汽車行業(yè)“材料科學革命”的一部分。
“新四化”帶來材料新變革
一直以來，輕量化、燃油經(jīng)濟性、節(jié)能減排以及對更環(huán)保的可回收零部件的追求，推動著汽車零部件的變革。不過，以“新四化”（電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化）為代表的未來移動出行方式使得供應商們開始重新改造汽車零部件。
根據(jù)美國交通部的數(shù)據(jù)，美國人平均每天的開車時間為1小時左右，他們的私家車平均有95％的時間處于閑置狀態(tài)。但如果進入自動駕駛時代，一輛車每天的使用時間可能長達20小時，這樣的使用強度對零部件的耐久性提出更高要求。供應商已經(jīng)在為此做準備。一些供應商考慮的目標是，制造出能承受每年10萬英里使用強度的汽車零部件，并實現(xiàn)100萬英里的預期壽命。
此外，隨著網(wǎng)約車的出現(xiàn)，越來越多的私家車出現(xiàn)了使用率上升的情況。根據(jù)美國RideGuru拼車共享信息庫的數(shù)據(jù)，一些優(yōu)步和來福車的全職司機每周的拼車里程高達1000英里，每天有數(shù)十人乘坐一輛車，這讓供應商不得不重新考慮座椅泡沫、門窗密封條、機械部件甚至油漆的磨損率問題。
電動化也是汽車行業(yè)的大趨勢之一。“電動化在分子水平上給汽車帶來了新的挑戰(zhàn)。”天納克全球性能材料工程執(zhí)行董事羅德·哈迪表示。他還補充道：“未來，電動汽車將比內(nèi)燃機汽車耐用得多，因此電動汽車上的零部件也必須同樣耐用。”另外，據(jù)天納克全球彈性材料部門總經(jīng)理史蒂夫·普爾曼介紹，在電動汽車中可以聽到一些驅動系統(tǒng)的噪聲，而這些噪聲在燃油車中通常被發(fā)動機的聲音所淹沒。汽車制造商已經(jīng)要求天納克開發(fā)新的傳動系統(tǒng)支架和懸架部件，以消除這些噪聲。
未來的自動駕駛汽車的零部件壽命可能是現(xiàn)在汽車的10倍，但這些零部件的售價不可能是它們所替換零部件的10倍。事實上，不少供應商表示，汽車制造商根本不想多花一分錢。
“計算成本是一個很復雜的問題。如果只看純粹的部件成本，有些可能會更貴。不過，如果它改變了生產(chǎn)效率和復雜性呢？如果它減少了部分更細小零部件呢？如果它降低了維修成本呢？有很多不同的方法來計算成本。”帕特爾說。
這將是一個復雜的計算問題，供應商引入由新材料制成的部件后，看起來可能比現(xiàn)有部件成本更高，但實際上可能更便宜。一些供應商正在研究如何在不大幅提價的情況下推出并交付下一代零部件。
日前，麥格納的座椅部門剛剛推出了一種名為Freeform的座椅面套材料，計劃在共享汽車上推廣使用。這種材料的成本略高于麥格納目前使用的材料，但該公司計算發(fā)現(xiàn)，采用Freeform的成本與之前大致相同，因為它大大簡化了座椅的制造過程，取消了導引線、拱圈夾等部件，而這些東西通常用來將座椅和泡沫墊連接到座椅框架上。采用Freeform后，只是簡單地拉開拉鏈，就可以快速清洗和更換座椅內(nèi)飾。
麥格納座椅泡沫制造全球總監(jiān)芮妮·肖文表示，F(xiàn)reeform是麥格納首批反映分子水平創(chuàng)新的座椅產(chǎn)品之一。麥格納預計，這種產(chǎn)品將在大約一年后投產(chǎn)。“麥格納所要做的是，對我們的化學體系在分子水平上進行大規(guī)模的改變。我們正在和我們的供應商打交道，并獲得更高分子量的材料。這使我們能夠提高最終產(chǎn)品的耐用性和性能，更適用于今天的汽車市場。”肖文說。
當然，面臨成本問題的新型材料也不在少數(shù)，有些生物基材料成本是石油基材料的3倍左右。如何降低成本，并達到車用需求，還要靠研究人員的進一步攻關。以科尼什的研究為例，研究人員需要確保用磨碎的番茄皮和磨碎的蛋殼制成的發(fā)動機罩，至少要與使用橡膠炭黑材料制造的傳統(tǒng)部件擁有一樣的耐用性，且成本不會太高。
零部件企業(yè)迎接新材料革命
就像汽車制造商為電動汽車、自動駕駛技術等投入巨資一樣，零部件供應商在開發(fā)新產(chǎn)品時也面臨巨額支出。美國零部件供應商庫柏標準公司的業(yè)務包括車身密封、減震器、汽車專用緊固件、燃油輸送系統(tǒng)等，該公司首席技術官克里斯·庫奇表示，電動化已經(jīng)席卷整個行業(yè)，雖然汽車制造商現(xiàn)在還沒有要求他們提供壽命極長的零部件，但庫柏標準公司認為這是遲早的事，并已經(jīng)在為此做準備，研發(fā)預算不斷增長，希望在材料科學方面取得進展。
當然，新材料的開發(fā)不是一蹴而就的。據(jù)庫奇介紹，庫柏標準公司花了5年時間成功開發(fā)出一種名為Fortrex的密封件，以此取代傳統(tǒng)的橡膠密封條。Fortrex是一種高性能的彈性材料，重量較傳統(tǒng)的密封材料輕30％，且抗磨損性能很好，可以提供更好的保護，抵御大自然的風雨侵蝕。
可以預想到的是，未來汽車將在各個方面發(fā)生變化，甚至包括涂料及鍍膜加工。全球最大的汽車涂料供應商之一——艾仕得公司首席技術官巴里·斯奈德透露，該公司近年來加大了研發(fā)支出，以及時應對汽車產(chǎn)業(yè)變革。斯奈德表示，艾仕得正在研發(fā)用于油漆的新材料，研究方向之一是讓自動駕駛汽車可以“看到”其他車輛。
帕特爾認為，當今汽車行業(yè)創(chuàng)新的速度比歷史上任何時候都要快，得益于互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，汽車業(yè)也正在經(jīng)歷一場新材料革命，會有更多人致力于開發(fā)新材料解決方案，讓未來的汽車生活變得更智能、更美好。（張冬梅） |
