汽车工业中的轻结构设计并不是指要使用价格昂贵的金属材料，相反，需要进行整体上的统一考虑，从经济、技术直至集团公司和政策，确保在尽可能短的时间里抑制爆炸性的能源需求增长、资源消耗以及全球汽车带来的温室气体效应的增长。在这样的背景条件下，镁将会是未来的一种环保型轻材料。

汽车工业领域中有两条途径可以实现可持续发展：一条是减少能源消耗；另一条就是使用可替代能源。由于所有的能源转换过程都损耗能源，并带来能源性的环境污染，因此需要解决问题的更好的方法是尽可能少地使用能源而不是对所需能源类型进行更新。因为开汽车意味着质量的变化运动，所以减少移动基础设施的质量，也就是轻结构设计就成为了打开可持续发展大门的关键钥匙。

今天的轻结构设计概念过多地强调了使用质量轻的金属材料和高科技材料。这种轻结构设计是一个复杂的过程，而所使用的材料仅仅是这一复杂过程中的一个支柱。若想在全球现有汽车技术平台内实现大幅度的节能，仅依靠减轻材料的重量是远远不够的。

汽车的使用环境

今后20～30年内的汽车化会是什么样子是一个非常重要的问题，因为全球的汽车化是一个非常大和非常复杂的系统，是很难准确确定的系统。因此这段时间实质上指的是后天的事情。也就是说，最迟今天就要为实现未来的目标做出决断。为了明确这一问题，Semcon公司与汽车工业和研究机构的合作伙伴开展了SEVS安全有效的汽车解决方案项目。这一项目对2030年时在技术、人口增长、政治、环境状况及金融环境等因素影响下汽车工业的趋势进行了分析和研究。并根据研究得出了四个对未来汽车化发展趋势有着明显不同影响的重要方向。另外，这一项目也得到了确认，近期内加大轻结构设计和可持续性发展方向的研究工作是一个理智、积极的政策。

图1 新的材料链可以使得1kg镁的价格低于1欧元

可供使用的资源和材料

自19世纪末工业化以来，我们就习惯了从地球获取和消耗资源和原材料，而几乎没有使用可持续性发展的原材料和能源循环；相反，主要使用的是在消耗原材料流，根本没有考虑自然平衡或者从整体效率方面考虑使用。对我们来说，从矿山中开采铝矾土，从油井中开采石油和几乎免费的使用是非常正常的事情。直到石油峰值论带来大讨论时，我们才意识到，这些资源是可以用尽的资源。

但今天几乎所有的现代化轻结构设计技术都是基于像塑料、碳纤维或者铝合金这类以石油或铝矾土为原材料的资源，并在全球都认为这具有可持续发展性。从能够最大程度地节约资源的原材料和能源智能化相结合的角度来考虑问题并进行尝试时，这意味着对未来的轻结构设计材料提出了全新的概念和理解。

当我们系统地并从人口和气候环境等全球的尺度来考虑问题时，就会知道海水淡化将是是轻结构设计可持续性发展的源泉。在那些气候炎热、饮用水稀缺但含盐非常丰富的国家，人口的增长速度非常快。同时，那里的生活水平也在不断地提高，进而对饮用水的需求量迅速提高。水资源紧缺及气候变暖等因素加重了水资源的紧缺，这必将通过海水淡化来解决不断提高的饮用水要求。新型的、更高效率的海水淡化工艺过程以及可再生能源的利用都将加速这种饮用水生产速度。

但这与汽车的轻结构 设计到底有什么关联呢？在淡化1m3的海水时会产生大约30kg的不同盐类和矿物质；它们又可以利用太阳能等能源将其电解成非常有价值的原材料。但大多数海水淡化垃圾又都重新被排放到大海中，或者被堆积起来。

通过简单的数学计算可了解海水淡化对未来轻结构设计的影响。调查研究发现，2020年时，以色列的饮用水需求量大约为27亿m3。如果只有其中的5亿m3是海水淡化生产出来的，则每年海水淡化产生的盐就多达1700万m3，在这些垃圾盐中又含有大约970万t的铬、540万t的钠和42万t的硫。但最重要的，也是最有决定性意义的是每年产生的垃圾盐中含有64万t的镁。

图2 2030年的汽车工业：在安全有效的汽车解决方案项目SEVS的框架内，开发出的对未来车辆有着重要影响的四个主要方向

据统计，截止2010年，全球生产的镁为70万t。根据这一数据，不难得出2020年时全球的海水淡化结果，届时金属镁的价格就会跌落到不到1欧元/kg；但1 kg镁的体积却是普通钢材的4.5倍，再加上MnE21，一种迄今为止能够减少金属镁在结构设计缺点的新材料，就打开了金属镁节能型加工的大门。在这样的背景条件下，金属镁将是未来轻结构设计的最佳材料。它将成为未来减少CO2排放、可循环再利用并有利于环境保护的材料。Semcon公司在这种轻结构替代材料的研发中已经投入了五年时间。

生产制造工艺和生产过程

在未来的轻结构设计方案中，价格将不再是人们关注的首要问题。相反，人们更多的是关心用这种材料或者那种材料来生产制造产品时的生态平衡如何。今天的产品生产过程包含了复杂而艰苦的运输过程、越来越大的生产设备、更多的生产工艺步骤、加热和冷却过程以及多种多样的材料组合。这对于为可持续发展准备做所有事情的时代来讲，是完全正常的。

不同于过去的金属镁材料、镁合金材料，MnE21材料是采用一种热加工工艺技术生产出来的材料，其加工工艺被称之为“在线板材生产”，可实现下脚料回收再利用。这种工艺技术的名称清楚地告诉人们，在设计开发和生产制造过程中考虑了材料的特殊性能之后，能够从零部件设计和制造过程中得到哪些好处。

图3 2012年10月，Semcon公司首次在沃尔夫斯堡的IZB国际汽车零部件供货商博览会展中展示了Urban MovE概念车

未来的能源形式

百十年来，我们的发动机都是利用石油提炼的燃料来工作的，所关注的、所讨论的也不是替代解决方案。而今天则完全相反，任何一种燃料、一种能源存储型式或驱动方案都要进行认真的思考，考虑其可持续性发展和不依赖石油的问题。

“哪里有经济利益，哪里就要进步”的座右铭是找到明天全球汽车化解决方案的指南。虽然与技术没有逻辑上的必然联系，但令人感兴趣的全新的应用方案、人体工程学方案和包装概念却层出不穷。将来，除了OEM厂商推出新的汽车之外，媒体网络和公共网络也将具有非常重要的作用，也许Google、Facebook、西门子或者苹果都会推出他们的汽车。

为了能够在产品开发时利用好这些发展趋势，从中得出创新性的理念，除了需要复杂的用户项目之外还需要合适的技术载体。为此，Semcon公司开发了一款城市车辆，一种介于智能轿车和电动轿车之间的车辆。城市电动车Urban E-Bike的时速达50 km/h，外观类似老式的两轮自行车。

在今后的几年中，该公司还将在这一系列的产品中增加Urban MovE的新产品并生产四轮的城市电动车，使其车辆体系和方案的规模更加清晰，并使它们成为轻结构设计、人体工程学和先进技术的最佳载体。

在这一计划的框架内，他们对不同的方案、高强度钢、纤维增强材料和合成材料进行了对比试验，包括使用MnE21材料的试验。2012年10月，Semcon公司在沃尔夫斯堡IZB国际汽车零部件供货商博览会展中展示了其Urban MovE概念车样车。

图4 Semcon公司研发生产的Urban E-Bike城市电动车使人回想起老一代的两轮自行车

结语

只有在考虑了上述问题之后，才有可能在尽可能短的时间里抑制爆炸性的能源需求增长、资源消耗以及全球汽车带来的温室气体效应的增长，进而减少峰值石油消耗和环境污染。

在轻结构设计解决方案方面，从来没有像今天一样多的机遇。现在就要把所有的理念都摆在桌面上，以便对可持续发展的汽车化政策提供有力的支持。Semcon公司将以其丰富、跨学科的技术和技能为汽车生产厂家的产品转型提供最佳的全方位服务！