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循环使用!大飞机上的钛、铝金属回收再利用!

内容概述空中客车致力于推进航空航天价值链中的材料循环利用,尤其关注两种金属:钛和铝。 钛是航空航天结构制...

空中客车致力于推进航空航天价值链中的材料循环利用,尤其关注两种金属和铝。

钛是航空航天结构制造的主要金属之一,其合金主要用于制造吊架、发动机和起落架。而铝则广泛用于制造飞机机身、机翼结构和内饰。这两种金属都重量轻、耐腐蚀,并且具有很高的强度重量比。钛还耐高温,具有良好的抗疲劳性。

实现航空级钛和铝的真正循环利用(也称为闭环)是一项复杂的任务,需要协作。因此,空客正积极开展覆盖广泛生态系统的各项举措,包括与原材料供应商、零部件制造商、回收专家和行业合作伙伴的合作。

探索减少金属消耗的技术

虽然3D打印并非一个全新的制造概念,但空中客车公司一直在尝试使用一种名为增材层制造(ALM)的特殊3D打印技术,以最大程度地减少钛合金部件的浪费。增材层制造技术并非采用大量材料锻造零件,也并非采用铣削加工最终产生废料(换句话说,这是一种减材制造工艺),而是允许仅使用所需材料来制造零件。

事实上,ALM是一种双赢的模式:该工艺使用更少的原材料,从而降低生产成本。航空航天制造主要采用两种ALM工艺,以不同的方式减少原材料的使用。第一种是粉末床熔融(PBF),它利用激光束将钛粉熔化成所需的形状。这使得零件可以通过逐层叠加薄至0.1毫米的层来构建。

空客目前正在使用这项技术制造每架A350飞机所需的32个门闩轴。此前,A350的门闩轴由十个独立部件组装而成。如今,采用ALM技术后,只需一个集成部件,重量比采用传统锻造工艺制造的门闩轴减轻了45%。实际重量相当于每架飞机减轻4公斤多一点,相当于在20年的飞机使用寿命内减少高达126,000公斤的二氧化碳排放量。

第二种ALM方法是定向能量沉积(DED),该方法利用激光熔化钛丝,然后将其沉积到位,从而制造大型规则形状的零件。该技术可制造出“近净成形”的零件,这意味着它非常接近最终形状,但仍需进行全面加工才能安装。与传统的锻造零件相比,这是一种改进,因为在加工过程中通常需要去除几厘米的材料。

2023年7月,首批两个采用DED技术制造的部件安装在一架A350飞机上。DED被认为是空客最有前景的ALM技术,因为其开发周期比传统锻件更快,而且还有助于缓解钛合金供应链的压力。

从垃圾堆中拯救金属废料

尽管新的制造技术可以减少金属消耗,但生产过程中总会存在一定程度的浪费。为了解决这个问题,空客公司正在投资回收钛生产车间的废料。钛废料对于制造新的钛锭至关重要,因为航空级钛并非纯净的,而是由原生合金(海绵钛)和再生钛混合而成。

自2024年以来,一家名为EcoTitanium*的公司一直在回收空客位于法国图卢兹圣埃洛伊工厂从发动机吊架生产中收集的钛废料。截至2025年1月,EcoTitanium已从空客位于法国的工厂收集了460吨废料供其加工,该公司还一直致力于建立从德国Premium Aerotec工厂回收钛废料的闭环回收体系。

进入生命周期末期,首块来自空客飞机吊架的报废钛合金锭于2025年6月由EcoTitanium公司制造完成。该锭由空客牵头,并与IMET Alloys公司合作。这块锭将被金属专家Aubert&Duval公司用于制造新的钛锻造机身部件,这也是报废废料二次材料被重新用于制造航空级材料的首个案例。

EcoTitanium是欧洲首家提供航空级再生钛的企业,其可生产高达75%的再生钛锭,并将其重新分配给空客的生产项目。EcoTitanium的生产工艺比传统的海绵钛生产方法节能四倍,从而减少碳排放。

除了这些钛金属项目外,空客还与主要铝生产商Constellium和Novelis合作,建立铝生产废料的闭环回收利用,并正在筹备更多类似的行业合作伙伴关系。空客的五个工厂与外部机械师合作,参与了一项初步试点,旨在提高铝废料的可追溯性,并制定确定回收成分比例的标准计算方法。该项目涉及的人员包括生产废料的机械师、负责废料收集和分配并在确保可追溯性方面发挥关键作用的废料经销商以及熔炼厂。实施这一闭环回收流程将是提高铝的可追溯性和促进行业就铝处理方式达成一致的重要一步。到2026年底,空客所有工厂生产的铝都将纳入闭环回收利用。

与钛一样,将铝的回收和再利用扩展到制造业之外,也是打造航空航天业循环模式的关键。Tarmac Aerosave(由空客、赛峰和苏伊士共同拥有的公司)已与Constellium合作,将机身回收制成符合航空航天制造规范的新型铝合金。两家公司最近宣布,双方合作取得了里程碑式的进展,成功将飞机机身中的铝回收并重新熔炼成一种适用于未来航空航天应用的新型高性能合金。这是一个充满希望的进展,因为回收铝仅消耗初级生产所需能源的5%,二氧化碳排放量减少95%。

从退役飞机中回收可用部件

虽然闭环回收和报废部件回收计划可以减少制造部件的浪费,但这些部件的寿命通常很长——有时甚至比飞机本身还要长。VAS Aero Services是空客旗下Satair公司的子公司,为制造商和运营商提供一系列飞机部件和服务,包括报废拆解项目。实际上,飞机服役期结束后,VAS Aero Services会将其拆解,并将部件分为两类:可重复使用的部件出售给航空公司和租赁公司,无法转售的部件则被报废并回收利用。

虽然回收可以显著减少材料生命周期内的浪费和碳排放,但零件再利用才是最具可持续性的流程,因为它可以延长其使用寿命。根据飞机类型和使用年限,VAS Aero Services可以回收300至6,000个零件用于转售。最常见的用于飞机维修的零件是结构部件,例如发动机、起落架和辅助动力装置。

由于飞机上的每个部件都必须可追溯,VAS航空服务公司负责核实每个部件的文书、序列号和使用寿命。这项工作耗时耗力,但能够帮助企业从退役飞机中获取最大经济价值,同时减少其生命周期的环境足迹。

闭环:还剩多远?

实现飞机价值链中所有材料100%在行业内回收或再利用的完全闭环,是一个雄心勃勃的长期愿景。由于航空航天制造业对安全和性能的严格要求,实现这一目标对航空航天业来说一直充满挑战。

空中客车中央研究与技术副总裁伊莎贝尔·格雷特解释说:“打造航空航天材料循环经济是一个复杂的过程,但我们正在取得重大进展。我们正在采用创新方法,减少浪费,优化整个价值链的资源。为了实现我们‘闭环’的长期愿景,我们需要持续的合作和奉献。”

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