車輛生產製造低碳策略探討

作者:

黃政雄、蔡春進、洪紹穎、顏鴻程

刊登日期:2022/08/30

摘要:隨著全球氣候變遷議題廣泛受到討論,一般大眾開始認知地球環境正面臨前所未有的威脅和挑戰,因此減少溫室氣體排放已是全人類共同努力的目標。車輛生產製造業為了實現企業永續發展,須正視氣候變遷、能源資源有限、污染排放等議題,邁向淨零排放、環境永續、能源轉型、綠色供應等目標。本文首先介紹車輛生產的零組件製造以及零組件和子系統的組裝等過程。然後探討生產製造中主要資源的使用,並分析基礎設施和公用設施的能源消耗。最後,本文研擬車輛生產製造低碳策略的參考方案。
Abstract:With the widespread discussion of global climate change, the general public has begun to recognize that the earth's environment is facing unprecedented threats and challenges. Therefore, reducing greenhouse gas emissions has become a common goal of all mankind. In order to achieve sustainable development of enterprises, vehicle manufacturers must face up to the issues such as climate change, limited energy resources, and pollution emissions, and move towards goals such as net zero emissions, environmental sustainability, energy transition, and green supply. This article first introduces the process of parts manufacturing, parts and sub-system assembly for vehicle production. The use of major resources in manufacturing is then discussed, and the energy consumption by the infrastructure and utilities is analyzed. Finally, this article develops some reference scenarios for low carbon strategies in vehicle manufacturing.

關鍵詞:氣候變遷、車輛製造、低碳策略
Keywords:Climate change, Vehicle manufacturing, Low carbon strategies

前言
隨著工業化腳步越來越快,環境中溫室氣體的排放量持續增加和累積,因而導致全球氣候變暖,南北極冰川不斷融化,造成海平面上升等現象。研究指出,近 30 年全球暖化和海平面上升狀況正在加速,其中氣溫上升速度更是每 10 年增加 0.2°C [1]。我們賴以生存的地球環境正面臨前所未有的威脅和挑戰,因此減少溫室氣體的排放已是全人類共同的目標。 2018 年 10 月,政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)提出碳中和目標,即到本世紀末將全球氣溫上升限制在1.5°C[2]。2021年11月在英國格拉斯哥(Glasgow)舉辦聯合國氣候變化綱要公約第26屆締約方大會(COP26),會議重點包括:2022年底前強化2030 年減排目標、首次納入逐步減少燃煤、加強開發中國家的氣候援助,以及對全球碳交易體系訂立初步規則。此外根據IPCC在 2021年最新報告指出,人類有機會實現將升溫控制在1.5°C以內的目標,但前提是現在就要採取前所未有的行動,必須將全球溫室氣體排放量在2030年之前減半,並在2050年達到「淨零」目標,因此未來10 年將是關鍵時刻。COP26提出的議題將會對台灣貿易與產業帶來挑戰,例如:須回應國際品牌對綠色供應鏈的要求,碳費機制將會提高產品成本,產業轉型已是國際趨勢,減碳淨零的時程也會縮短,企業經營典範逐漸移轉為永續目標等。因此,在面對供應鏈減碳的壓力和全球淨零的趨勢下,多數國家已設定淨零排放目標。其中,歐盟更提出碳邊境調整機制 (Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM)草案,內容要求進口的產品須依碳含量來繳交CBAM憑證,藉以加速各國減碳的進程[3]。由於全球車輛產量預期將逐步上升,隨著消費者對氣候變化意識增強,而且能源成本和環境責任也伴隨增加,因此,車輛製造業也將面臨越來越多新的挑戰。為了達到永續經營目標,車輛生產製造業須正視氣候變遷、能源資源、污染排放等議題。本文首先分析車輛生產製造過程,進而探討主要製程能源資源消耗特性,最後擬訂車輛生產製造低碳策略。
車輛生產製造
車輛是十分複雜的工業產品,包含車輛開發從設計到分析產品結構,構建原型再測試最終確定車輛研發製造。車輛製造業除了是非常重要的製造業,也屬於能源資源需求及競爭性傳統工業。近年來,車輛生產製造的競爭議題已從滿足客戶需求逐漸轉為滿足產品生命週期變化,滿足環境和社會需求,並且須面臨消除製程浪費、提升流程效率、節能減碳、供應鏈等議題。許多原始設備製造商 (Original Equipment Manufacturer, OEM) 轉變製造方案於專注研發和製造關鍵核心部件,並把部分汽車部件外包給可靠供應商。這些上游供應產業主要包括相關零組件生產製造商,生產製程主要為:鑄造、沖壓、鍛造、機械加工與熱處理等,產品主要為:車燈、輪胎、鈑金、鋁合金鋼圈、引擎蓋、保險桿等[4]。中游產業則為整車中心廠包含組裝及技術服務,生產製程主要為:焊接、塗裝、零組件預組裝,總裝等[5]。下游產業包括車輛銷售與售後服務。其中鑄造是將熔化的金屬澆灌鑄型冷卻凝固後獲得產品。例如: 各種支架、氣缸體、變速器箱體、制動鼓等。鍛造可分為自由鍛造和模型鍛造。自由鍛造是將金屬料承受衝擊成形的加工方法,例如:齒輪和軸等,模型鍛造是將金屬料在鍛模內承受衝擊成形的加工方法,例如:發動機曲軸和汽車前軸等。沖壓主要可生產各種車身沖壓零部件,焊接則是將各種車身沖壓部件焊接完成車身,通常採用大量焊接機器人和計算機控制的自動化焊裝設備。主要包括:車身前後端部件、地板線焊裝和車身前後側圍等。塗裝是在車身完成焊裝並經過檢測後進行,在一定潔淨度的塗裝車間根據設定顏色進行塗裝,磷化處理或電泳防鏽後再進行噴漆作業[6]。總裝是將車身和底盤等各部組裝形成完整的車,安裝好的車輛在聚光燈下接受檢查並進行各種性能測試,以及模擬各種路況檢測[7]。機車生產製造會因不同用途而有結構設計上的差異,因此在個別車身與車架不盡相同。機車生產製程主要為: 鍛造、鑄造、沖壓、焊接、機械加工、熱處理、塗裝、組裝等。
主要製程材料能源消耗
車輛生產製造過程十分複雜並且需要消耗許多材料資源及能源,因此了解主要製程能源資源消耗對生產過程的影響以及能源供應系統十分重要。汽車生產製造過程漫長,其供應鏈包含零件、組件、子系統等生產製造、以及零件組件組裝等。主要原材料包含鋼、鋁、塑料、橡膠和玻璃等[8],主要使用能源包括電力和燃料等,並利用壓縮空氣、冷熱水和蒸汽作為能源載體在工廠內運送能量。雖然不同的汽車原始設備製造商會因為車型、數量、供應商等差異性,在實際生產製造過程中材料資源及能源電力或是可再生能源使用也會有所差異 [9]。而一般車輛生產製造廠常見的公用設施例如通風,空調和照明等的系統電力消耗分佈情形為:塗裝噴漆佔約27-50%、通風和空調佔約11-20%、照明設施佔約14-15%、壓縮空氣佔約9-14%、焊接佔約9–11% 和其他材料處理佔約7–8%[10]。在生產製程燃料使用方面,沖壓鋼件包含熱軋、冷軋和鍍鋅鋼板,鑄造鋁和鐵部件以及生產鍛造產品會消耗大部分能源。在材料方面,如果以原始開採礦石角度來看,生產製造汽車會消耗最多的銅礦石(由於礦石中銅濃度低),其次是鐵礦石和鋁土礦。生產 1,481公斤的車輛,會消耗超過7762公斤的原始材料和能源資源[11]。整體而言,在汽車生產製程中,採礦和材料生產階段的能源消耗佔約68%,汽車零件生產過程的能源消耗佔約19%,而車輛組裝過程的能源消耗佔約13% [12]。值得注意的是,當評估整體車輛生命週期對環境產生的影響時,研究指出在相較於車輛生產階段的能源消耗和碳排放量,車輛使用階段的能源消耗和碳排放量會佔重要部份[12]。

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