汽车“减肥”，碳排放竟偷偷“瘦身”？

在全球积极应对气候变化的大背景下，“双碳” 目标已成为世界各国共同追求的愿景。自 2015 年《巴黎协定》签署以来，越来越多的国家和地区制定了各自的碳达峰、碳中和目标，旨在通过减少温室气体排放，减缓全球气候变暖的速度。中国也明确提出了 “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” 的目标，彰显了大国担当。

汽车行业作为碳排放的重点领域，在 “双碳” 目标的约束下，正面临着前所未有的挑战。据相关数据显示，交通运输业是我国第三大碳排放源，而汽车在其中占据了相当大的比重。随着全球汽车保有量的持续增长，汽车尾气排放对环境的影响日益显著。在一些大城市，汽车尾气已成为空气污染的主要来源之一，不仅危害人体健康，还对生态环境造成了严重破坏。

此外，汽车行业的碳排放还涉及到整个产业链，从原材料的开采、生产，到汽车的制造、使用和报废处理，每个环节都伴随着能源消耗和碳排放。因此，降低汽车行业的碳排放，不仅需要汽车制造商在生产环节采取节能减排措施，还需要从整个产业链的角度出发，推动绿色供应链的建设。

要深入了解汽车行业的碳排放问题，首先需要明确汽车碳排放的来源。汽车碳排放主要来自两个大的方面：燃料周期碳排放和车辆周期碳排放，这涵盖了从汽车诞生到报废的整个生命周期 。

燃料周期碳排放，是指汽车在使用过程中消耗燃料所产生的碳排放，以及燃料生产和运输过程中的碳排放。对于传统燃油汽车来说，汽油或柴油在发动机内燃烧，会直接产生大量的二氧化碳排放。据相关研究，一辆普通汽油乘用车，每行驶 100 公里，大约会排放 20 千克左右的二氧化碳。这看似简单的数字背后，其实反映了汽车在日常使用中的高碳排放问题。在大城市早晚高峰时段，道路上拥堵的车辆频繁启停，发动机空转，使得燃油消耗增加，碳排放也随之攀升。

燃料的生产和运输过程同样不可忽视。以汽油为例，从原油的开采、提炼，到汽油的运输和配送，每个环节都需要消耗能源，从而产生碳排放。国际能源署（IEA）的数据显示，燃料生产阶段的碳排放约占燃料周期碳排放总量的 10% - 15%。而且，随着全球对能源需求的不断增长，燃料生产过程中的碳排放也在持续增加。

车辆周期碳排放，则涉及汽车从原材料开采、零部件制造、整车组装，到车辆使用过程中的维修保养，再到最终报废回收的整个过程。在原材料开采环节，像钢铁、铝、铜等金属材料的开采和冶炼，需要消耗大量的能源，产生可观的碳排放。以钢铁生产为例，每生产 1 吨钢铁，大约会排放 1.5 - 2 吨的二氧化碳。在零部件制造和整车组装过程中，各种生产设备的运行、厂房的能源消耗等，也都会导致碳排放。

在车辆使用过程中的维修保养，虽然单次的碳排放量相对较小，但长期积累下来，也是一个不可忽视的因素。车辆的零部件更换、机油保养等，都涉及到能源消耗和材料生产，从而产生碳排放。而当汽车达到使用寿命，进入报废回收阶段时，回收处理过程同样需要消耗能源，产生一定的碳排放。

据中国汽车技术研究中心发布的《中国汽车低碳行动计划报告（2021）》显示，目前来自燃料周期的碳排放占汽车总碳排放量的 70% 以上。但随着电动化的普及，未来汽车行业碳中和的重点将逐渐从燃料周期过渡到车辆周期。以纯电动车为例，电动车并非是零排放，而是排放的转移。纯电动乘用车有近 50% 的碳排放来自于车辆周期，预计未来其车辆周期的占比将超过 90% 。 这表明，在汽车行业朝着低碳、零碳发展的过程中，我们需要更加全面地关注汽车全生命周期的碳排放，而不仅仅是汽车行驶过程中的直接排放。

面对汽车行业的碳排放压力，汽车轻量化成为了关键的解决途径之一。那究竟什么是汽车轻量化呢？简单来说，汽车轻量化就是在保证汽车的强度和安全性能不降低的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而实现提高汽车动力性、减少燃料消耗、降低排气污染等多重目标。

这一概念最早起源于赛车运动 。在赛车领域，车辆的重量对其性能有着至关重要的影响。较轻的赛车能够在赛道上展现出更好的操控性，发动机输出的动力可以让赛车产生更高的加速度，起步和弯道超车时的表现也更加出色。随着 “节能环保” 理念的深入人心，汽车轻量化逐渐从赛车领域走向普通汽车领域。

汽车的整备质量主要由车身、发动机、底盘、内饰、各种零部件等组成。汽车轻量化并不是简单地减轻某个部件的重量，而是从整车的角度出发，通过优化设计、采用轻质材料、改进制造工艺等多种手段，实现整车重量的降低。从汽车的发展历程来看，早期汽车的设计更注重坚固耐用，使用的材料大多为厚重的钢材，这使得汽车的整备质量普遍较高。随着技术的不断进步，人们开始探索如何在保证汽车安全性能的前提下，降低汽车的重量，以提高汽车的性能和燃油经济性。

在实际应用中，汽车轻量化的实现需要综合考虑多个因素。比如，在设计阶段，工程师们会运用先进的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）技术，对汽车的结构进行优化设计。通过模拟分析，找出汽车结构中可以优化的部分，去除冗余的材料，使汽车的结构更加紧凑合理。在材料选择上，会采用各种轻质材料，如铝合金、镁合金、塑料、碳纤维复合材料等，这些材料具有密度低、强度高的特点，能够在保证汽车强度和安全性能的同时，有效降低汽车的重量 。

对于传统燃油汽车而言，轻量化在降低燃料消耗和碳排放方面效果显著。国际铝业协会的相关数据表明，汽车质量与耗油量呈正相关关系，汽车质量每降低 100kg，每百公里可节省约 0.6L 燃油 ，减排 800 - 900g 的 CO2。这是因为汽车在行驶过程中，需要克服自身重力以及各种阻力，车辆越重，发动机需要输出的功率就越大，从而消耗的燃油也就越多。

以一辆年行驶里程为 20000 公里的普通家用燃油车为例，假设其原本整备质量为 1500kg，若通过轻量化措施将质量降低 100kg，按照每百公里节省 0.6L 燃油计算，一年就能节省 120L 燃油。在碳排放方面，一年可减少约 16 - 18kg 的 CO2 排放。如果将这一轻量化成果推广到全国的燃油汽车上，那减少的碳排放总量将是相当可观的。

新能源汽车，尤其是纯电动汽车，虽然在行驶过程中没有尾气排放，但生产电力的过程中可能会产生碳排放。因此，降低新能源汽车的能耗，提高能源利用效率，同样是减少碳排放的重要途径。清华大学苏州汽车研究院的数据显示，汽车整备质量每减少 10%，电耗下降 5.5%，续航里程增加 5.5% 。

新能源汽车的能量主要来源于电池，车辆越重，电池需要输出的能量就越多，电耗也就越高。而通过轻量化设计，降低车身重量，就能减少电池的负荷，降低电耗，提高能源利用效率。同时，续航里程的增加也能减少用户的充电频率，进一步降低能源消耗和碳排放。例如，一款原本续航里程为 400 公里的纯电动汽车，通过轻量化措施将整备质量降低 10% 后，续航里程可增加至约 422 公里，电耗也会相应降低。这不仅提升了用户的使用体验，还减少了能源消耗和碳排放。

使用轻质材料是实现汽车轻量化的重要手段之一。铝合金、镁合金、碳纤维、工程塑料等轻质材料在汽车领域的应用越来越广泛，它们各自具有独特的性能优势，能够有效地降低汽车的重量。

铝合金是目前汽车轻量化应用最广泛的轻质材料之一 。铝的密度约为钢铁的 1/3，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。在汽车制造中，铝合金被广泛应用于发动机缸体、缸盖、轮毂、车身覆盖件等部件。例如，奥迪 A8 的车身采用了大量的铝合金材料，其白车身重量相比传统钢制车身减轻了约 40%，不仅降低了整车重量，还提高了燃油经济性和操控性能。数据显示，铝合金在汽车上的应用，可使汽车重量减轻 20% - 40% 。

镁合金也是一种极具潜力的轻质材料。镁合金的密度比铝合金还要低，约为钢的 1/4，是目前汽车轻量化理想的材料。据万丰奥威发布的投资者调研活动记录表，传统燃油汽车质量每降低 10%，可降低油耗 8%；纯电动汽车整车重量若降低 10kg，续驶里程增加 2.5km 。镁合金在汽车上的应用包括方向盘骨架、座椅支架、仪表盘支架等部件。不过，镁合金的应用目前还存在一些限制，如成本较高、耐腐蚀性相对较差等，但随着技术的不断进步，这些问题有望逐步得到解决。

碳纤维复合材料则是一种高性能的轻质材料，具有高强度、低密度、高模量等优点。在汽车制造中，碳纤维复合材料主要应用于车身、底盘、刹车系统等关键部件。例如，宝马 i3 和 i8 等车型大量采用了碳纤维复合材料，使得车身重量大幅降低，同时提高了车辆的续航里程和操控性能。与铝合金结构件相比，碳纤维复合材料减重效果可达 20% - 40%，与钢类金属件相比，减重效果甚至能达 60% - 80% 。然而，碳纤维复合材料的成本较高，限制了其在大规模汽车生产中的应用。但随着技术的发展和生产规模的扩大，碳纤维复合材料的成本有望逐渐降低。

工程塑料在汽车轻量化中也发挥着重要作用 。工程塑料具有质轻、耐腐蚀、易成型等特点，被广泛应用于汽车的内饰、外饰和发动机罩下部件等。比如，汽车的保险杠、仪表盘、门板等部件很多都采用了工程塑料。PA/PPO 材料具有高流动、高韧性、可静电喷涂的特点，可替代金属应用于翼子板等汽车外饰，减重 50% 以上 。薄壁化的工程塑料保险杠不仅能有效减重，还能缩短注塑成型周期，提高生产效率。

优化车身结构是实现汽车轻量化的重要前提。利用 CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）等技术，可以对车身结构进行深入的分析和优化设计，从而减少无用材料、减轻壁厚、减少零部件数量，达到轻量化的目的。

在设计阶段，工程师们通过 CAD 技术，能够精确地构建汽车的三维模型，对车身的各个部件进行详细的设计和布局。然后，运用 CAE 技术对车身结构进行模拟分析，如强度分析、刚度分析、模态分析等，找出车身结构中应力分布不合理的区域，以及可以优化的部分。通过优化设计，可以去除车身结构中的冗余材料，使车身的结构更加紧凑合理。例如，通过结构拓扑优化，能够在满足车身强度和刚度要求的前提下，找到材料的最佳分布方式，减少材料的使用量。

此外，模块化集成设计也是优化车身结构的重要手段。将汽车的零部件进行模块化设计，然后进行集成组装，可以减少零部件的数量，简化车身结构。比如，一些汽车厂商将多个零部件集成在一个模块中，通过一次成型的方式制造出来，不仅减少了零部件之间的连接结构，还降低了重量。同时，模块化设计还便于汽车的生产和维修，提高了生产效率。

先进制造工艺是实现汽车轻量化的重要保障。激光拼焊、辊压成形、高强度钢热成形、内高压成形等先进制造技术，以及结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术，能够有效提升汽车的轻量化水平。

激光拼焊技术是将不同厚度、不同材质的钢板通过激光焊接的方式拼接在一起，然后进行冲压成型。这种技术可以根据车身不同部位的受力情况，使用不同厚度的钢板，在保证车身强度的前提下，减少材料的使用量。例如，在汽车的侧围、车门等部位应用激光拼焊技术，可以使这些部件的重量减轻 10% - 20% 。

辊压成形技术则是通过连续辊压的方式，将金属板材加工成各种形状的型材。这种技术适用于制造汽车的纵梁、横梁等部件，能够提高材料的利用率，减少废料的产生，同时还能保证部件的精度和质量。与传统的冲压工艺相比，辊压成形技术制造的部件重量可以减轻 10% - 15% 。

高强度钢热成形技术是将高强度钢板加热到一定温度后，放入模具中进行冲压成形，同时进行淬火处理，使钢板的强度大幅提高。这种技术可以在保证车身强度的前提下，使用更薄的钢板，从而实现减重的目的。目前，高强度钢热成形技术在汽车的 A 柱、B 柱、保险杠等关键部位得到了广泛应用 。

内高压成形技术是利用液体介质作为传力介质，对金属管材进行加压，使其在模具中成形。这种技术可以制造出形状复杂、精度高的零部件，如汽车的空心传动轴、副车架等。与传统的锻造工艺相比，内高压成形技术制造的零部件重量可以减轻 20% - 30% 。

在连接技术方面，结构胶粘接和异种材料铆接等先进连接技术，能够实现不同材料之间的有效连接，提高车身的整体性能。结构胶粘接可以填补零部件之间的缝隙，增强连接的强度和密封性，同时还能减轻重量。而异种材料铆接则适用于连接不同材质的零部件，如铝合金与钢材的连接，能够避免因焊接而产生的热影响和腐蚀问题。

尽管汽车轻量化具有诸多优势，但在实际推广过程中，仍然面临着一系列挑战与限制。成本问题是阻碍汽车轻量化发展的重要因素之一。轻质材料的成本普遍较高，这使得汽车制造商在采用这些材料时需要谨慎考虑成本效益。以碳纤维为例，其成本是普通钢材的 20 倍左右 ，这使得碳纤维在汽车制造中的大规模应用受到了限制。即使是应用较为广泛的铝合金，其成本也比普通钢材高出不少。高昂的材料成本直接导致汽车制造成本上升，而这部分成本往往会转嫁到消费者身上，使得轻量化汽车的售价相对较高，从而影响了消费者的购买意愿。

技术难题也是汽车轻量化面临的一大挑战。一方面，一些轻质材料的配套产品和技术还不够完善。例如，碳纤维复合材料在成型工艺、连接技术等方面还存在一些问题，需要进一步的研发和改进。另一方面，部分先进制造工艺的技术难度较大，生产效率较低，难以满足大规模生产的需求。像热冲压成形技术，虽然能够提高车身的强度和轻量化程度，但该技术对设备和工艺的要求较高，生产成本也相对较高，限制了其在汽车制造中的广泛应用。而且，目前汽车轻量化技术的研发还需要跨学科的合作，涉及材料科学、机械工程、电子工程等多个领域，这也增加了技术研发的难度和复杂性。

安全与性能顾虑也是消费者和汽车制造商关注的重点。一些消费者担心，汽车轻量化后，其安全性能会受到影响，如碰撞时的吸能效果、车身的刚性等。虽然通过优化设计和采用先进的制造工艺，可以在一定程度上保证轻量化汽车的安全性能，但这种担忧仍然存在。部分汽车制造商也担心，轻量化材料的使用可能会对汽车的整体性能产生影响，如耐久性、可靠性等。因此，在推广汽车轻量化技术的过程中，需要加强对安全性能和整体性能的研究和验证，让消费者和汽车制造商消除顾虑。

在政策层面，各国政府纷纷出台相关政策，推动汽车轻量化技术的发展。我国发布的《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》明确指出，汽车轻量化是新能源汽车、节能汽车与智能网联汽车的共性基础技术，是未来重点发展方向 。其中，对于轻量化系数总体目标，要求 2025 年 / 2030 年 / 2035 年燃油乘用车轻量化系数分别降低 10%/18%/25%，纯电动乘用车轻量化系数分别降低 15%/25%/35% 。这一政策的出台，为汽车制造商指明了方向，促使他们加大在轻量化技术研发和应用方面的投入。

在企业实践方面，众多汽车制造商已经在汽车轻量化领域取得了显著成果。奥迪在汽车轻量化方面一直处于领先地位，其多款车型采用了大量的铝合金材料。以奥迪 A8 为例，该车型车身结构中约 58% 采用了铝合金材料，另外还使用了高强度钢材、镁合金和碳纤维材料，关键部位采用铝制铸件连接，确保车身结构的强度和稳定性，车身表面使用铝制钣金件，进一步减轻了车身重量，在车厢后部采用了碳纤维材料，车厢部分使用了高强度合金钢，有效降低了车身重量 。

丰田汽车也积极采用各种轻量化材料和技术。在材料应用上，丰田广泛使用高强度钢，如 AHSS（先进高强度钢）用于汽车的结构件、车身框架和安全件等部位；DP（双相钢）用于车身覆盖件、车门和车顶等部位；TRIP（相变诱导塑性钢）用于保险杠、车门加强筋和防撞梁等部位 。铝合金方面，铝板材用于车身覆盖件、车门和引擎盖等部位；铝挤压件用于悬架和底盘等部位；铝铸件用于发动机缸体、变速箱壳体和轮毂等部位 。在一些高端车型和赛车上，丰田还探索使用了碳纤维复合材料和镁合金。例如，在 2015 年推出的第二代普锐斯车型中，使用碳纤维复合材料制造后备箱门；在 2017 年推出的第八代凯美瑞车型中，使用镁合金制造前后座椅框架 。

展望未来，随着技术的不断进步和成本的逐步降低，汽车轻量化有望迎来更广阔的发展空间。一方面，新型轻质材料的研发和应用将不断取得突破。比如，碳纤维复合材料的成本有望随着生产规模的扩大和技术的改进而降低，从而在汽车制造中得到更广泛的应用。另一方面，先进制造工艺将更加成熟和普及，进一步提高汽车轻量化的水平和效率。

汽车轻量化的发展将对汽车行业的碳排放和可持续发展产生积极而深远的影响。它将推动整个汽车行业朝着绿色、低碳的方向发展，为实现全球 “双碳” 目标做出重要贡献。在未来的汽车市场中，轻量化汽车将凭借其更低的能耗、更高的性能，成为消费者的首选，引领汽车行业进入一个全新的发展阶段。

汽车轻量化与碳排放之间存在着紧密的联系。在全球 “双碳” 目标的大背景下，汽车行业的碳排放问题日益凸显，而汽车轻量化作为降低碳排放的重要手段，具有不可忽视的作用。通过减少汽车的整备质量，无论是传统燃油汽车还是新能源汽车，都能够在降低能耗、减少碳排放方面取得显著成效。

尽管汽车轻量化在发展过程中面临着成本、技术和安全性能等方面的挑战，但随着政策的大力推动以及企业的积极实践，汽车轻量化技术正不断取得进步。未来，随着技术的进一步成熟和成本的降低，汽车轻量化有望在汽车行业的节能减排和可持续发展中发挥更大的作用。我们应当高度关注汽车轻量化的发展动态，积极推动相关技术的研发和应用，共同为实现汽车行业的 “双碳” 目标贡献力量。