生物基材料在汽车环保和轻量化上的应用前景

——“2015汽车与环境创新论坛”吉林大学教授马芳武演讲内容实录

各位早上好！

我从美国底特律回来，在吉利汽车工作了6年，去年加入了吉林大学汽车学院。下面我们先看一下自然给了我们什么，了解一下生物基材料的相关分类，特别是它目前的应用状态，以及展望绿色环保方面的一些相关的应用，最后看一下未来汽车发展前景。

其实大自然母亲教给了我们很多，我们看到的植物、生物，他们非常简单，非常轻量化，所有的大自然给我们的东西都能可回收、可利用、可环保。大家都期望汽车是绿色、环保的，所以我们所有应用的材料也希望应用完以后回归自然，这些概念实际上是汽车应该有的本质功能，车辆是运送人和物体从A地到B地的为目的。所以大家可能都会问，这个生物基材料的市场在哪里？可持续性在哪里？特别是相关的客户，以及能带来的环境变化和能引起全球性的兴趣点在哪里？前几天北方经历了大量的雾霾，雾霾带来人们的心境变化特别是未来的思考有很多，像青岛这样的一个海边城市也有大面积的雾霾，作为汽车人的我们要去思考未来应该做哪些工作？可能最好的解决方法就是我们取之不尽的自然的东西，我们的车子使用完以后又能将这些报废的汽车零部件回归自然，这是我一个总的想法。

下面看一下生物基的材料，一般来说是利用可再生天然资源，比如以动物、植物、微生物为原料通过生物、化学和物理的方法在宏观上组织新形式的材料。实际上自然的过程要经过千百万年的演化为石油，但现在人类需要做的是快速把这个过程通过工厂进行生物化学的变化，所以这里面展示的是快速实现这种变化的过程，这里有两个缩写，一种是生物基材料，另外是生物可降解材料。如果用一个坐标来看的话，生物基材料和石油基材料是坐标上下两端，可降解和不可降解是横坐标两端，现在取的是第一象限又有生物基才又是可降解的材料。生物基材料有一个问题就是，它的冲击强度特别低、耐热性很差，我们要形成一个新的生物复合材料使它达到要求。比如它的高度、强度、拉伸强度、可靠性怎么样，以及回收的时候一系列的问题，这个是工程师所要回答的。这些问题我们可以规划成几点，要达到工程师、工业界能接受的，比如石油消耗最低、垃圾量最小、可循环可再生，特别是在碳排放里也要达到最小。

屏幕ppt的左侧都是生物基材料，另外一侧是石油基材料，碳排放的比较是石油基材料的碳排放水平比生物基材料高20%～40%。这里面有一个PLA的应用，它是属于生物基材料，并且可自然降解。它可以做孩子的玩具，可以被啃咬，我也在想未来的汽车是不是也能吃。这个ppt展示的是目前行业内PLA的应用，在包装产品里应用的很多，汽车业才刚刚开始。

以福特公司举例，十几年前福特公司开始提倡更绿、更环保的材料，所以寻找了很多的天然植物的材料。我一个月前到宝马i3的工厂参观，也看到宝马展示了很多用普通的植物纤维甚至秸杆类的材料做了内饰和外饰的零部件。福特则从自然界中取了很多的天然纤维，比如大豆、纤维素、废弃货币、椰子纤维、红麻以及一系列的天然材料。

在应用木屑类的技术也有很大发展，比如汽车的中控台、扶手，它的减重虽然不会那么多，但也能达到10%。另外的应用三发动机内部的罩，密封条、后行李厢，内饰。要求比较高的是汽车的脚踏板，要求刚度强度高一些，也有用大豆的纤维来做的汽车座椅内部，还有用稻草做的，我国有大量的玉米杆秋天烧掉后造成大量的环境污染，所以我一直在想能不能把这些玉米秸秆用起来。

还有一些公司也在做相关的研究，很多生物基材料公司最早都是来自于芬兰。现在我们比较深层次联系的也是欧洲的几个核心教授，这个技术最早是用在骨骼置换中，当然它的成本和汽车是不一样的。还有汽车零部件需要在成型、黏合剂不含甲醛和有害物质上做相关研究。

这是里面展示的是丰田的应用情况。另外是JEC在全球性推广生物基的材料，中国汽车工程协会今年也组团到欧洲做轻量化的交流，其中一个主要交流公司是DSM，可以看到生物基材料的大量应用案例，目前在汽车行业的应用已经达到了8%，当然包装其它方面的应用是比较多的。由于目前在大量应用的PP、PE这些材料，便宜，相对也可靠。由于聚乳酸PLA材料的成本目前还高，但是由于其优秀的环保性能，是未来的发展趋势。现在国内在生物基材料这方面开展的公司相对来说比较少，而且我们的自主知识产权的生物基材料也特别少，由于生物基材料需要通过发酵提纯，聚合等多步骤合成，再加上玻璃纤维或者碳纤维，所以它的成本就比现在看到的塑料的成本高。还有因为加上玻璃纤维以后它的密度达到1.4，现在普通的PP是1.2，这就有一定的轻量化认知问题。另外是它在降解的时候需要特殊的堆肥处理，这种堆肥也是造成大家后期对它认知的一个问题，但总的来说应用乳酸基材料是汽车行业未来的一个发展趋势。

这个是生物基材料循环过程，这些原料都是来自于自然的，搜集、处理，做成汽车或者火车能用的内饰、外饰，甚至能做更强度更高的零部件，最后车辆使用周期结束以后进行废旧零部件拆解，堆肥分解的时候是要加添加剂的，这个过程在此就不详细介绍了。这是整个产品生命周期的流程。现在北汽应用相对比较多一点，这是更多的应用范围（见图）它的应用目前主要分三类，一种是内饰件，另外一种是结构受力件，第三是暴露在外面的外饰件，需要考虑防腐蚀、防光照等表面质量。未来这些生物基材料需要用3D打印技术，能快速打印成需要的零部件，特别是那些超轻或者是特殊应用的零件，一些蜂窝的技术、玻璃微球的技术都可以应用在新的汽车材料应用中。其实，我们每日都生活在大自然展示给我们的天然材料中，但目前这些材料在汽车行业应用的并不是特别好，所以我在这里也呼吁大家，我们用母亲自然给我们的材料，想办法把在秋天农田里烧掉的秸秆利用起来，鼓励企业与大学、研究所一起合作把大自然恩惠给我们的天然材料利用起来！

（文章来源：盖世汽车）