多年來(lái)，豪華跑車一直注重輕量化，并利用各種材料來(lái)實(shí)現(xiàn)最輕的車輛。這些質(zhì)量高效的設(shè)計(jì)對(duì)于加速是非常重要的，這也是這些車輛的關(guān)鍵性能指標(biāo)。然而，這對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)成本太高。

對(duì)于普通車輛來(lái)說(shuō)，減重的重要性各不相同。起初，它依賴于汽油的成本和可用性，但最終擴(kuò)大到日益嚴(yán)格的安全要求(這大大增加了車身結(jié)構(gòu)的質(zhì)量)和旨在減少對(duì)外國(guó)石油和尾氣排放依賴的燃油經(jīng)濟(jì)性規(guī)定。作為環(huán)境和氣候變化研究的結(jié)果，尾氣溫室氣體(GHG)排放問(wèn)題已成為全球關(guān)注的重要問(wèn)題，許多國(guó)家已采用這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

有許多方法可以減少尾氣排放，包括通過(guò)改進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)和空氣動(dòng)力學(xué)提高燃油效率，減少滾動(dòng)阻力和重量等等。幾年來(lái)，世界各地的汽車制造商都在這些領(lǐng)域取得了進(jìn)步。然而，溫室氣體排放量仍在繼續(xù)上升。

隨著可預(yù)期的全球車輛數(shù)量的增加，人們也必須停下來(lái)問(wèn)：有什么改變嗎？

回答這個(gè)問(wèn)題的最好方法是看整體情況，或者在這種情況下，對(duì)輕型車輛進(jìn)行生命周期評(píng)估。

鋼鐵市場(chǎng)開(kāi)發(fā)研究所（SMDI）和鋼鐵回收研究所（SRI），美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)的兩個(gè)業(yè)務(wù)部門，以及WorldAutoSteel。幾年來(lái)，這些研究小組一直在研究使用各種材料的輕型汽車的排放和能源消耗的影響。鋼是當(dāng)今大批量汽車所使用的材料的很大一部分。事實(shí)上，超過(guò)50％的普通車輛是由鋼制成的，鋼材是車身結(jié)構(gòu)、底盤和懸掛部件以及車門、引擎蓋和擋板等封閉面板的主要材料。在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱中添加鋼構(gòu)件后，鋼材占車輛重量的四分之三以上。

20世紀(jì)30年代，當(dāng)汽車制造商發(fā)現(xiàn)鋼材的性能優(yōu)于木材用于車身結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼材成為普通汽車的主導(dǎo)材料（它已經(jīng)被用于封閉板）。它成本低廉，儲(chǔ)量豐富，鐵路和建筑行業(yè)幾十年來(lái)一直在使用鋼鐵。鋼鐵的高強(qiáng)度、耐久性和低成本的結(jié)合，使得鋼鐵仍然是汽車首選的金屬。

此外，鋼鐵行業(yè)不斷創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)新的鋼種，以提供更高的強(qiáng)度。當(dāng)使用更新的高強(qiáng)度和先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼種時(shí)，汽車工程師不僅可以設(shè)計(jì)出具有更高性能的車輛，而且可以以更低的質(zhì)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樗璧匿摬?以薄鋼板的形式)更少。事實(shí)上，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，該行業(yè)已經(jīng)將鋼鐵強(qiáng)度提高了10倍。

隨著提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少尾氣排放的要求日益嚴(yán)格，汽車制造商在使用替代材料進(jìn)行汽車輕量化上倍感壓力。例如鋁和碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP），這些材料與先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼相比，雖然可以提供額外的輕量化，但成本很高。

鋁的成本大約是鋼的2到3倍，而碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）的成本大約是鋼的6到10倍。為了降低這些替代材料的成本，人們做了很多研究。然而，由于制造原材料所需要的能源的數(shù)量，成本總是會(huì)有很大的不同。從礦石中提煉鋁需要的能源是鋼鐵的7倍，而生產(chǎn)CFRP則需要更多的能源。

對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估也很簡(jiǎn)單，但必須考慮到車輛壽命的各個(gè)方面。這不僅包括使用階段(尾氣排放)，還包括生產(chǎn)(材料和車輛組裝)和車輛的壽命結(jié)束(回收/處置)。

例如，以一輛主要由不同等級(jí)的鋼材構(gòu)成的基準(zhǔn)車輛為例，它采用了鋁制、CFRP或先進(jìn)高強(qiáng)度鋼材的優(yōu)化使用。一般來(lái)說(shuō)，雖然鋁和碳纖維增強(qiáng)塑料的量使用較少，但由于生產(chǎn)這些材料所產(chǎn)生的溫室氣體(GHG)排放差異很大，因此優(yōu)化后的鋼溶液在這一階段的溫室氣體排放將是最低的。

下圖顯示了生產(chǎn)一公斤材料所產(chǎn)生的全球溫室氣體排放量的差異，以及每種材料通常可以實(shí)現(xiàn)的質(zhì)量減少量。由于煉鋼所需的能量較低，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

輕型車輛的質(zhì)量與基線的差異也將減少燃料消耗，從而減少尾氣排放。然而，它已經(jīng)被證明，輕量化車輛的車身和鋁制的封閉件只能實(shí)現(xiàn)大約0.5 MPG的改進(jìn)。這種微小的差異要求車輛至少在路上行駛10-12年或更長(zhǎng)時(shí)間，以彌補(bǔ)材料生產(chǎn)階段溫室氣體排放的顯著差異。

鋼鐵是世界上回收利用最多的汽車材料。用磁鐵分類很容易，而且它可以被重新熔化成汽車工業(yè)現(xiàn)有的200多種等級(jí)中的任何一種，以及今天生產(chǎn)的任何其他鋼鐵產(chǎn)品。在汽車重新熔化時(shí)，鋁必須進(jìn)行分類或降級(jí)，CFRP大部分被處理掉，但可能會(huì)被切碎并用于其他應(yīng)用。

由SMDI/SRI進(jìn)行的同行評(píng)審研究清楚地表明，鋼材輕量化可以為消費(fèi)者帶來(lái)最低的溫室氣體排放總量。但當(dāng)僅關(guān)注尾氣排放時(shí)，使用替代材料的輕型車輛的結(jié)果可能導(dǎo)致車輛生命周期內(nèi)溫室氣體總排放量的意外增加。