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在當今全球汽車產(chǎn)業(yè)，可持續(xù)發(fā)展已從理念逐步演變?yōu)槠髽I(yè)戰(zhàn)略布局的核心要素。在這一背景下，生物基材料以其獨特的優(yōu)勢，正逐漸成為汽車制造業(yè)變革的關鍵驅動力，開啟了汽車綠色制造的新篇章。
近期，BMW集團在可持續(xù)材料應用領域取得重大突破，宣布已成功攻克天然纖維復合材料的技術難題，并準備將其投入批量生產(chǎn)。這一材料來源于瑞士的Bcomp公司，寶馬與其合作，首次實現(xiàn)了天然纖維復合材料在汽車外部部件的工業(yè)化應用，這在行業(yè)內尚屬首例。
近期，BMW集團在可持續(xù)材料應用領域取得重大突破，宣布已成功攻克天然纖維復合材料的技術難題，并準備將其投入批量生產(chǎn)。這一材料來源于瑞士的Bcomp公司，寶馬與其合作，首次實現(xiàn)了天然纖維復合材料在汽車外部部件的工業(yè)化應用，這在行業(yè)內尚屬首例。
一直以來，大多數(shù)天然纖維復合材料主要應用于汽車內飾，因其在強度等方面的局限性，難以滿足外部部件的嚴苛要求。但寶馬通過技術創(chuàng)新，證明了亞麻復合材料雖在絕對強度上遜于碳纖維，卻足以勝任車頂、引擎蓋、擾流板、防側翼和保險杠等部件的制造。若有需要，整個車身外層都可采用生物基復合材料打造，且該材料在隔音性能上更勝碳纖維一籌。
Bcomp的技術為替代傳統(tǒng)碳纖維部件提供了可能。以寶馬為例，下一代BMW M3若將車頂?shù)奶祭w維復合材料替換為Bcomp的高性能天然纖維復合材料，預計可減少約40%的生產(chǎn)二氧化碳當量，同時在報廢處理環(huán)節(jié)也更具優(yōu)勢。早在2019年，Bcomp和BMW Motorsport就在電動方程式賽事中率先使用二氧化碳還原材料，為BMW iFE.20賽車制造高性能冷卻軸，采用了ampliTex™和powerRibs™材料。到了2022年，BMW M4 GT4的內部和外部采用了比以往任何GT賽車都多的天然纖維部件，充分驗證了該材料在賽道環(huán)境下的可靠性。
在生產(chǎn)工藝方面，這些材料可大規(guī)模無縫集成到多個現(xiàn)有制造流程中。例如，車頂將采用全自動的RTM（樹脂傳遞模塑）工藝制造，確保生產(chǎn)快速且質量穩(wěn)定；其他內部和外部部件則采用預浸料工藝，即在高壓釜中對預浸樹脂的纖維進行成型和固化，以保證產(chǎn)品的高質量和高剛度，這也體現(xiàn)了寶馬對垂直整合以及性能、質量和可持續(xù)性控制的高度重視。
生物基材料的多領域應用與分類解析
生物基材料在汽車產(chǎn)業(yè)中的應用正不斷拓展，除了寶馬所采用的天然纖維復合材料，還有眾多其他類型的生物基材料在汽車的不同部位發(fā)揮著重要作用。在2020年，《生物基材料術語、定義和標識》（GB/T 39514—2020）對生物基材料進行了明確的定義及分類，為其規(guī)范發(fā)展奠定了基礎。生物基材料是指利用生物質為原料或經(jīng)由生物制造得到的材料，其來源廣泛且可持續(xù)，能有效減少對石油資源的依賴。
常見的生物基材料通常以谷物、豆科、秸稈、竹子等可再生生物質為原料，通過生物轉化獲取生物高分子材料或單體，再經(jīng)進一步聚合形成各類環(huán)境友好的化工產(chǎn)品和綠色能源等高分子材料。同時，也可經(jīng)由生物制造、生物合成等方法，利用設計或改造的生物系統(tǒng)來產(chǎn)生和獲得。
從應用的物質形態(tài)分類，生物基材料涵蓋生物基化學品、聚合物、塑料、生物基化學纖維、生物基橡膠、生物基涂料、生物基材料助劑、生物基復合材料等。以生物基聚合物為例，它可用于制造汽車內飾的一些零部件，如座椅框架、扶手等，因其具備良好的機械性能和可加工性，且相比傳統(tǒng)材料更加環(huán)保。生物基塑料則在汽車的一些非關鍵結構件和裝飾件上得到應用，像儀表盤外殼、車門內飾板等，其具有質量輕、成型性好等特點，有助于汽車實現(xiàn)輕量化，進而降低能耗。
在汽車內飾領域，晨虹(山西)新材料科技有限公司研發(fā)的生物基皮革備受矚目。這種皮革以含油類天然植物為主要原料，通過微生物合成技術制造而成。它不僅擁有與傳統(tǒng)皮革相當?shù)哪湍バ?、抗拉強度和耐用性，還具備綠色、低碳、健康、安全、無味、親膚、低致敏、無有害物質及生物可降解等優(yōu)良特性。該生物基皮革已獲得兩項發(fā)明專利和自主知識產(chǎn)權，采用的汽車內飾打孔透底制造工藝也擁有一項國家發(fā)明專利。目前，其產(chǎn)品已供應給一汽等國內各大汽車制造基地以及佛吉亞、安通林、格拉默等全球知名汽車零部件跨國公司。
生物基材料興起的多重驅動因素
生物基材料在汽車行業(yè)的興起并非偶然，背后是多重因素共同作用的結果。
從環(huán)保層面來看，隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，各國對碳排放的限制愈發(fā)嚴格。汽車作為碳排放的重要源頭之一，降低其全生命周期的碳足跡迫在眉睫。生物基材料的使用能夠顯著減少汽車生產(chǎn)過程中的碳排放，如寶馬采用的天然纖維復合材料可大幅降低生產(chǎn)階段的二氧化碳當量。同時，許多生物基材料具有可生物降解性，在汽車報廢后，能更自然地回歸生態(tài)系統(tǒng)，減少廢棄物對環(huán)境的長期污染，符合循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展理念。
在資源可持續(xù)性方面，石油等傳統(tǒng)化石資源屬于不可再生資源，儲量正逐漸減少。而生物基材料以可再生的生物質為原料，來源廣泛且取之不盡。例如，用于制造生物基皮革的植物原料、生產(chǎn)天然纖維復合材料的亞麻等，都可以通過農(nóng)業(yè)種植持續(xù)獲得，這為汽車產(chǎn)業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展提供了可靠的資源保障，避免了因傳統(tǒng)資源短缺而可能面臨的生產(chǎn)困境。
此外，消費者環(huán)保意識的不斷提升也對汽車制造商形成了強大的市場拉力。如今，越來越多的消費者在購車時會關注車輛的環(huán)保性能，包括所使用的材料是否綠色環(huán)保。汽車制造商為了滿足消費者的這一需求，提升自身產(chǎn)品的市場競爭力，紛紛加大在生物基材料等環(huán)保技術方面的研發(fā)和應用投入，從而推動了生物基材料在汽車行業(yè)的快速發(fā)展。
生物基材料面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展前景
盡管生物基材料在汽車行業(yè)展現(xiàn)出巨大的潛力，但在推廣應用過程中仍面臨一些挑戰(zhàn)。
成本問題是首要障礙。目前，部分生物基材料的生產(chǎn)成本相對較高，這使得采用這些材料的汽車零部件價格上升，進而影響整車的價格競爭力。例如，一些新型生物基材料的合成工藝復雜，需要特殊的設備和技術，導致生產(chǎn)效率較低，成本居高不下。不過，隨著技術的不斷進步和生產(chǎn)規(guī)模的擴大，成本有望逐步降低。就像半導體行業(yè)初期，芯片生產(chǎn)成本高昂，但隨著制程技術的成熟和規(guī)模化生產(chǎn)，成本大幅下降，生物基材料也有望遵循類似的發(fā)展路徑。
性能匹配也是一個關鍵問題。雖然生物基材料在某些性能方面表現(xiàn)出色，但在一些關鍵性能指標上，如高強度、高耐熱性等，與傳統(tǒng)材料相比仍存在差距，這限制了其在汽車某些關鍵部件上的應用。以汽車發(fā)動機部件為例，需要材料具備極高的耐熱和耐磨性能，目前生物基材料尚難以滿足。但科研人員正在通過材料復合、改性等手段，不斷提升生物基材料的綜合性能，以使其能夠更好地適應汽車不同部件的需求。
展望未來，隨著技術創(chuàng)新的持續(xù)推進，生物基材料在汽車行業(yè)的應用前景十分廣闊。一方面，新的生物基材料和制備技術將不斷涌現(xiàn)，進一步拓展其應用范圍。例如，日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所和旭化成公司利用裸藻開發(fā)出的汽車結構材料用黏合劑，不僅黏合強度高，而且易于剝離，為汽車零部件的再利用提供了新的解決方案，未來這類創(chuàng)新材料可能會在汽車制造中得到更廣泛的應用。
另一方面，隨著全球環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和消費者環(huán)保意識的進一步提高，生物基材料將成為汽車制造商提升產(chǎn)品環(huán)保形象、增強市場競爭力的重要手段?？梢灶A見，在不久的將來，生物基材料將在汽車產(chǎn)業(yè)中占據(jù)更為重要的地位，推動汽車行業(yè)向更加綠色、可持續(xù)的方向大步邁進。
