中国铝工业迎接低碳时代的到来
王祝堂
2003年，在英国发表的能源白皮书中首次提到“低碳经济”一词，2007年中国国家主席胡锦涛明确提出中国要“发展低碳经济”，2009年末召开的“哥本哈根气候峰会”让低碳、减排成为全球关注的焦点。低碳这个2009年最热门的词汇吸引着世界各界人士的眼球，今后将逐步进入经济和社会生活的每一个角落。2009年9月22日，国家主席胡锦涛在纽约出席联合国气候变化峰会时再次重申，中国将进一步把应对气候变化纳入经济社会发展规划；温家宝总理则向世界公开承诺：到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，制定相应的国内统计、监测、考核目标。
向低碳经济转型是中国经济发展的必由之路，这不光是为了应对气候变化，也是中国新发展模式的要求。据国际能源署预测，2030年中国与能源相关的二氧化碳排放量（碳当量）将上升到116.15亿吨，比2007年增长91.3%，相当于全球1890年以来二氧化碳累计排放量的16.0%，也占到2007年—2030年这一时期全球新增量的48.6%。如果按这条路线发展下去，不仅中国不可能持续发展，而且将严重地威胁到整个人类的发展与生存。
通俗地讲，低碳经济的基本特点就是低能耗、低排放、低污染。而在所消耗的能源中，新能源及可再生能源、核能所占的比例越来越大。
中国铝工业实现低碳目标任重而道远。中国生产原铝和氧化铝的技术装备水平并不低于比国际水平，特别是原铝冶炼工业方面，2008年中国电解铝生产的平均交流电耗为14300kWh/吨.铝，国外为15396kWh/吨.铝，中国的平均电耗比国外低7.2%，原因在于中国的自焙阳极电解槽几乎全部淘汰，因此排放的二氧化碳并不比国外高（表1）。不过中国提取氧化铝的能耗却比国外高得多，中国2008年生产1吨氧化铝的平均能耗800公斤标煤，而国外不过500公斤标煤，比中国低37.5%，由于国外采用的原料全部为三水软铝石，同时全部采用纯拜耳法，中国超过半数的氧化铝从一水硬铝石中提取，用拜耳法也需要较高的溶出温度，能耗较高。中外铝电解工业2008年的平均能耗与二氧化碳排放量见表1。
表1 2008年中外电解铝工业的平均能耗与二氧化碳排放量
项目 中国平均值*
吨/吨.铝
外国平均值*
吨/吨.铝
差距
占总排放量
（中国）%
阳极消耗二氧化碳排放量 1.3 1.3 无 24.2 阳极效应二氧化碳排放量 0.65 0.65 无 12.1 预焙阳极生产二氧化碳排放量 0.4 0.4 无 7.5 其他 1.0 1.0 无 18.7 氧化盐生产二氧化碳排放量 0.02 0.02 无 —
项目 中国平均值*
吨/吨.铝
外国平均值*
吨/吨.铝
差距
占总排放量
（中国）%
氧化铝生产能耗/公斤.标煤 800（2） 500（1.5） 高于国外60% 37.3 以上二氧化碳总排放量 5.37 4.87 高于国外10.3% — 电解1吨铝的综合电耗/kWh 14300 15396 低于国外7.2% — 注：*本表资料由姚世焕先生提供，谨致谢意
从上表中可以看出，提取1吨原铝二氧化碳的直接排放量虽然仅比国外高10.3%，但中国排放总量却远远高于比世界任何一个国家。2008年全球原铝产量4254万吨，其中，中国产量1318万吨，其二氧化碳排放量约7078万吨，占国外总排放量14298万吨的49.5%，几乎占半，占全球总排放量的21376万吨的33.2%，这是一个不可忽视的数字，应引起重视。
如果将生产原铝间接产生的二氧化碳排放量也计算在内，则是一个更大的数字。据匡算，若生产1吨原铝的综合电耗按15000kWh计算，则火力发电厂的二氧化碳排放量约13吨。如都采用火力发电，则中外生产1吨原铝的间接二氧化碳排放量相差无几。但国外生产原铝的能源结构中，水电与核电占有相当大的比例，如俄罗斯、加拿大、美国、巴西、委内瑞拉等水电占有较大比例，在西欧铝工业的能源结构中，核电占有不小的份额。而在中国原铝工业的能源结构中，火电占的比例大，核电为零，中国现有的核电站都在沿海地区，水电占的比例也相当小。目前，中国铝工业生产1吨原铝的直间接总二氧化碳排放量至少比国外的平均值大22%以上。
作为中国铝工业脊梁的中国铝业公司在发展中国低碳铝工业方面站到了最前端，在创建国际化多金属矿业公司的进程中，以全面科学发展观为指导，始终把节能减排作为公司的方针和产业升级目标，一些重要和主导产品生产工艺和能耗指标优于国际水平，甚至已跻身世界先进行列。诸如青海分公司研发的“新型线性给料器在电解烟气净化中的开发与应用”项目，以及“碳素阳极焙烧炉燃烧控制系统节能技术研究”项目投入使用以来均取得了预期的效果，降低了能耗，减少了污染，经济与社会效益明显；焦作万方铝业股份有限公司成功应用船形阳极，使阳极单耗下降13公斤/吨.铝，综合交流电耗下降189kWh/吨.铝、二氧化碳排放量减少331公斤/吨.铝，等等。今年四季度可投产的瑞闽铝板带有限公司的热连轧项目将实现废水及硫的零排放。
中国铝业股份有限公司计划在今后3年内逐步淘汰高成本及落后原铝产能20万吨/年和氧化铝产能100万吨/年，其中约6.7%的产能将在2011年底前关闭，并将现有的100万吨/年落后、高成本氧化铝产能转换生产化学等级氧化铝。中国铝业公司在国内拥有原铝生产能力约400万吨/年，氧化铝生产能力1100万吨/年，今年计划生产原铝395万吨，氧化铝1035万吨。
调整产品和产业结构，发展高附加值低能耗的低碳产品。不断开发高附加值和高技术的铝、铜材以满足国防军工发展的需要，得到了国家有关部门的充分肯定。公司高起点建设的20万吨/年的再生铝项目比同等规模的原铝厂可节电28亿kWh，二氧化碳排放量可减少约10.2万吨/年，该项目的一期工程已于2008年投产。新建的中铝南海铝合金有限公司，采用80%的废铝原料生产挤压圆锭，实现铝的循环利用，节能减排效果显著，是一个名副其实的低碳经济项目。在原铝方面逐步形成了以包头铝业、山东分公司为代表的铸造铝合金基地和以贵
州分公司、青海分公司为代表的轧制扁锭生产基地，以及以连城铝业公司、青海分公司为代表的铸轧带坯卷生产基地，等等。它们直接用原铝生产加工用铸锭及带坯卷，不用加工厂重熔，可减少金属烧损，免除重熔能耗，消除二氧化碳排放，每年可减少柴油能耗5万吨，减少金属损耗约1.1万吨，减少二氧化碳排放约7.3万吨。
中铝南海铝合金有限公司是中国铝工业最为典型的低碳项目，一期工程挤压圆锭生产能力11万吨/年，二期的生产能力也在10万吨/年以上，可于今年下半年动工建设。一期工程均采用国内外顶尖环保型设备，双室熔炼炉从德国引进，装有中央旋转式热交换器和二次燃烧技术装备。它是目前最先进的燃烧系统，燃烧率可达86%以上，能有效地避免二噁英的形成。脱硫除尘系统也最为完善先进，处理后排放的烟气等各项指标满足当前最严格的环保法规要求。
调整资源结构，增强可持续发展力。中铝公司针对国内铜、铝资源储量有限、供应日趋紧张的状况建立了集中采购体制，调整和优化供矿结构，开发与完善适合中国矿产资源特点的采、选、冶工艺，提高回采率和综合回收率，并按照“两种资源、两个市场”的战略，着力开发海外资源，在全球范围内寻求资源的优化配置，并取得了实质性的进展与引人瞩目的成就。
启动节能、环保、低碳、生态铝业项目。继中铝公司今年初在甘肃建设产业基地暨三大结构调整项目启动后，2月又正式启动广西自治区的结构调整项目。该项目采用中铝公司自主研发、当今世界先进的新技术、新工艺，高起点提升节能减排、清洁生产、低碳运行能力，是其打造节能、环保、低碳、生态铝业的示范项目，更是中铝公司全方位深度结构调整的重点项目。
总体来看，中国铝工业要达到减排40%目标的道路还充满艰辛。铝工业排放二氧化碳都源于生产过程中消耗碳素制品与含碳的物质，在今后10余年要达到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%—45%的目标难度很大。例如2009年碳阳极的平均消耗量约435公斤/吨.铝，若要减少二氧化碳排放量40%，则阳极碳块的消耗量不能大于261公斤/吨.铝。显然，在现有的技术条件下是办不到的，即使在实验室能做到，在商业化生产也几乎在可预见的时期内难以实现。所以，实现低碳铝工业的道路必将充满艰辛，需要几代人的努力，发展非消耗性阳极与可湿性阴极，将直流电耗降到10000kWh/吨.铝或更低，或者告别电解法，到那时可以说绿色的低碳铝时代才真正到来。从1888年的直流电耗40000kWh/吨.铝降到今天的13000kWh/吨.铝用了120余年，经过了五、六代人孜孜不倦的探索与试验。
铝加工业作为铝工业中关键的一环也必须走低碳发展之路。铝加工材与铸造产品在整个生产过程中直接排放的二氧化碳仅相当于提取原铝直接排放的二氧化碳的12%左右，主要排放工序包括：铝锭重熔、废铝复化、铸锭均匀化，热加工前的预加热与各种热处理等。排放量最多的是前两道工序，除极个别的企业外，中国重熔与复化铝废料用的燃料主要为柴油与天然气，用电及其他燃料的极少，据笔者的调查与计算，熔炼铝（重熔用锭）排放的二氧化碳约90.3公斤/吨.铝；熔化废铝排放的二氧化碳稍多一些，一是因为熔化废铝本身消耗的燃料略高，二是因为废铝上粘有油污与其他赃物，也要多消耗一点燃料，因此排放的二氧化碳约93.5公斤/吨.铝；均匀化处理、预加热、退火、固熔处理等，若用矿物燃料加热与保温也必然会排放二氧化碳，所有的铝材在生产过程中都必需经过一次或几次热处理。就全国来看，铝材加工过程（不含熔炼铸造）中排放的二氧化碳约115公斤/吨.铝
材；压铸件及铸件的热处理次数较少，二氧化碳排放量为65公斤/吨.铝。
2009年中国生产加工铝材1235万吨，生产铸件及压铸件454万吨，加工材的投料量约1845万吨，压铸件及铸件的投料量约580万吨，加工材的综合成品率按70%计算，压铸件及铸件的综合成品率按78%计算。它们的二氧化碳排放量示于表2，由于篇幅有限，没有对每一种铝材与每一种热处理的二氧化碳排放量进行计算。
表2 2009年中国铝加工业及铸造业的二氧化碳排放量
产品 工序 产量/万吨 二氧化碳排放量/万吨 加工用铸锭 熔炼 1845（投料量） 166.6 压铸件及铸件坯 熔炼 580（投料量） 54.2 加工材 热处理 1300①149.5 压铸件及铸件 热处理 600②39
注：①按产量的105.3%计算；②按产量的103.5%计算
由上表所列数据可见，2009年中国铝加工业及铝铸造业排放的二氧化碳总量为409.3万吨，其中熔炼占54%，热处理工序占46%。铝材及铸造产品在生产过程中的热处理是不可或缺的，同时必须在加工厂与铸造厂内进行，仅有极少量的个别工序可在专业化的热处理厂内进行，所以热处理的节能减排在于提高热效率、改进热处理工艺、缩短热处时间、采用先进的热处理装备等等。
熔炼铸造工序是最具节能减排潜力的，一方面是因为它排放的二氧化碳量大，另一方面只要对铸锭或铸造产品的生产结构进行调整，就可以取得巨大的节能减排效果，例如：加大从电解铝厂直接采购加工用锭坯和/或铸轧带，利用原铝合金直接生产压铸件和/或铸件，利用原铝直接生产线杆。2009年中国利用原铝直接生产的铸锭、压铸件、铸件、铸轧带坯、连铸连轧带坯、线杆等还不到12%，而有些工业发达国家的已达65%以上。如果中国的这个比例能达60%，那仅按2009年重熔的铝锭计算，就可以减少二氧化碳排放133万吨。
建设低碳绿色的铝产品工业不单纯在于降低二氧化碳排放量，还要同步降低一切对环保不利物质的排放，做到零排放，尽量减少氮氧化合物的排放，在铝熔体净化处理过程中不用溶剂与氯；尽量不排放或少排放固体废弃物，对废弃物进行综合利用与无害化处理。
气候变化是新世纪人类发展面临的最不确定的重大挑战，其规模之大、范围之广、影响之深旷古未有。目前，应对全球气候变化已经成为世界各国领导人的共识。向低碳经济转型是中国的必由之路，也是中国新发展模式的要求。新世纪以来，中国铝工业进入高速发展期，发展模式是粗放型的，铝工业是能源消费大的产业之一，也是二氧化碳排放量大的产业之一。铝工业应全面贯彻科学发展观，做好结构调整，合理利用资源，积极淘汰落后设备，采用节能、少排放、清洁绿色的工艺。氧化铝与原铝工业大约还有占总产能10%的落后生产能力，铝加工业落后产能所占的比例大得多，为25%左右。能源效率低的熔炼炉仍占相当大的份额，块片式二辊轧机尚未绝迹，大部分双辊式连续铸轧机的速度有待提高，锭坯供应结构有待转型。
铝工业必须积极应对低碳时代的挑战，勇于承担发展低碳经济的责任，积极制定出低碳铝工业与铝企业发展的路线图。■
铝循环利用在发展低碳铝工业中的作用
中铝青岛轻金属有限公司 景岩
摘要：铝的最大优点之一，就是其可回收性强，可一次又一次地反复循环利用，每循环一次的损失只不过5%-20%，自1886年商业化生产铝以来，所产的铝仍有约70%在使用。铝是一种储能式的金属，被称为储能银行，铝还是绿色金属，铝制的交通运输工具可显著减少温室气体排放，在发展低碳经济社会中铝将扮演重要的角色。2020年全球铝工业可进入“负”碳轨迹时期，即交通运输业使用铝带来的二氧化碳减排量大于生产相应铝所产生的二氧化碳排放量。
铝有一系列的优点，最显著的是其回收性强，可以一次又一次地反复循环利用，不但对性能无影响，而且复化重熔时的氧化损失只不过2%—3%，与提取原铝相比，每一次循环可节约95%左右的能源与减少相应的二氧化碳排放量，这对建设低碳经济有着巨大的意义。铝饮料罐的循环利用很能说明问题，从罐的生产、装罐、销售、消费、废罐回收到再生利用，每次循环只不过60天。近几年，北美从报废汽车回收的铝已超过废旧饮料罐的回收量。汽车用铝量的增加，一方面使汽车自身质量大幅度下降，提高燃油效率，减少温室气体排放，另一方面也使汽车工业将产生更多的废铝供回收利用。
1 铝回收与再生利用的优点
铝回收与再生利用的优点，除了节能与减排以外，废铝还是一种有用的资源。对于需要进口铝的国家与地区来说，多利用一些再生铝，可以减少铝的进口，改善贸易收支平衡，增加就业机会，为制造业与加工业提供充足的原料，少用或不用固体废弃物堆埋场地，消除原铝工业对气候变化带来的不利影响。
对工业进行的全面调查与评估显示，铝的循环利用优点非常多，每生产1吨原铝，发电、输电损失与燃料运输所需的总能耗约45000kWh，且排放二氧化碳约12吨，而生产1吨再生铝的能耗仅为2800kWh，排放的二氧化碳只有约600公斤，即可节电约95%，温室气体排放下降95%左右。产生原铝消费的能源或者说储藏于原铝中的能源（energy banked）在一次循环中即得到回收，仅有微量损失。
在美国铝业协会发表的《铝工业一览》(“Aluminum Industry Vision-Sustainable Solutions for a Dynamic World”，The Aluminum Association，Arlington，VA22209,2001,P.17）中将原铝称为“能源储蓄银行（energy bank）”，也就是说在提取原铝过程中所消耗的能源在以后的使用与回收再生过程中“支取出来”返还给社会。因此，从可持续发展的观点来看，使用中的铝已成为一种 “城市矿山（urban mine）”，它是一种节能减排的可循环利用的材料。汽车工业为了降低车身重量，提高燃料效率，改善安全性与舒适性，铝的用量越来越多，可回收的铝也逐年增多。建筑工业用铝也不断上升，使社会积蓄的铝增多。“城市矿山”变得越来越真实与名副其实。
2 废铝的破碎与分类
在北美收集与回收废铝件有专门渠道，废易
拉罐及类似废包装品通常由金属废品箱收集（MRF）后，再通过固定的回收网络送到铝回收企业。饮料罐由3004、3104、5182等合金制成，在复化废料时应严格控制其不可避免的铁及硅等杂质。近些年美国的废罐回收率约54%，而报废汽车的铝回收率却高达90%以上。主要由于废罐回收是种自愿行动，而报废汽车及其他耐用消费品（冰箱、洗衣机等）的回收必须按法规条例进行，是强制性的。若对废罐回收制定强制性的条例，回收率必会上升。有些州出台了激励性的措施，鼓励人们回收废旧易拉罐，取得较好效果，这些州的回收率明显高于其他州。罐料生产企业如美国铝业公司（Alcoa）与诺威力铝业公司（Novelis）建立了各自独立的回收系统，不但促进了回收率的提高，而且对保证废料品质起到了一定的作用。
航空航天工业用的高强度2×××系及7×××系合金通常不回收，在美国退役的飞机保存在干燥沙漠荒地（desert site），有选择性地拆解，作为备件来源。由于经过鉴定评估的合格的铝合金零部件的价值比废铝的经济价值高得多，因此进入铝废料流通渠道的经过破碎的碎块料多是报废的汽车与耐用消费品，大部分为3×××系、5×××系及6×××系合金。
2003年，杰西等在一篇有关报废汽车废铝回收基本情况的文章（Gesing, Adam, Richard Wolanski, and Ron Dalton, “Recycling of Aluminum form Scrapped Vehicles”, Aluminum Automotive Applications Workshop, Bowling Green, KY, Apri 2003）中称，美国有600多家废铝收购站向破碎场提供原料，那些破碎厂拥有约200台破碎机，破碎后废料中的钢铁通过磁选机得以剔除。除去铁后的碎废料被送到按密度分类的分离厂，全美国约有10个这样的工厂，重的金属沉于浮选剂下面，它们是铜、铅、锌等，而小密度的金属如铝、镁则在上部。浮选剂上部的破碎金属碎块约含75%铝合金，被运到密苏里州贝列维尔市休龙谷钢铁公司（Huron Valley Steel Corporation，HVSC）作进一步的最后处理。当然，这些废金属收购站、破碎厂、浮选厂的数量及装备情况是根据实际情况而变化的，上面只是对美国铝废料流通情况作了极概括的介绍。
休龙谷钢铁公司在开发废料分选技术与装备方面居世界领先地位，其中有的工作是与大汽车公司及美国铝业协会（The Aluminum Association）共同完成的，有些技术如涡流、着色分类（color sorting）、X射线分类、激光或感应分类法（Laser induced break-down spectroscopy，LIBS）已在生产中得到应用，在铝合金废料分类方面效果良好，可按合金系分选废料。采用休龙谷钢铁公司LIBS分选技术建设的铝废料分选生产线于2003年投产，运转良好，达到了预期目标。
生产证明，采用LIBS技术可从Al-Si-Mg（6×××）系合金废料中分拣出Al-Mg系（6×××）合金，它们是汽车中用得最多的两类合金，此分拣技术必会在铝合金废料分类方面得到推广。此技术的另一优点是，随着激光器与计算机制造技术的发展，LIBS装备的价格必会下降。
2008年在美国密苏里州底特律市（Detroit）举行的汽车轻金属再生讨论会上，杰西（Gesing）提出一种可改变废料分类效率的想法。他说，在汽车废料中铝与镁的废料总是混杂一起，有必要将它们分开，这不但可提高铝废料的品质，而且可催生出一个新的行业——再生镁合金工业。
3 废铝中杂质的控制
休龙谷钢铁公司在研发铝废料分类技术与装备方面取得了巨大成就，为提高废铝价值做出了
突出贡献。例如它开发的分类变形铝合金与铸造铝合金的技术得到成功应用，使杂质Fe与Si的含量得到有效控制，在废铝分类技术方面具有里程碑意义。众所周知，铝合金的Fe与Si含量超过一定限度时，对合金的力学性能、断裂韧性和腐蚀行为等极为不利。
有效地分离铸造铝合金与变形铝合金可使它们分别进入各自的流通领域，循环利用，材料价值大为提高，做到物尽其用。例如，A356.0铸造铝合金是一种重要的常用合金，硅及铁含量分别为7.0%与0.6%，而变形铝合金的硅与铁的含量范围却小得多，若它们的废料混于一起会降低变形铝合金的等级与价值。硅能提高铸造铝合金熔体的流动性，有利于铸造。
相反，变形铝合金对Si、Fe及其他杂质的控制范围则严格得多，休龙谷钢铁公司开发的技术与装备，可按合金牌号将变形铝合金一一分开，虽然该公司研发的这种分类法在技术上虽是可行的，但尚未在实际生产中获得应用。采用这种分拣技术可有效地将废料中含铁较多的碎铝块挑选出来，提高了铝废料的价值。剔除的含铁高的碎铝，可作为炼钢脱氧剂。目前，研发可循环性强的即对杂质兼容性强的变形铝合金是当务之急，另外汽车设计师在设计汽车铝零部件时，应尽量减少合金种类数，尽可能多地使用再生铝合金。废旧罐料的回收率高与价值高，就是因为罐是全铝的，所有合金都是5×××系及3×××系的，罐体为3004或3140合金，罐盖及拉环为5182合金，它们的Fe、Si含量相差无几，只是5182合金的镁含量高，而镁在复化熔炼中不难控制，可通过溶剂精炼将其控制到一定的水平。但是减少合金数量是一件困难的事情，因为不同的零件对材料性能有不同要求。在这方面做得好的是日本丰田（Toyota）汽车公司，所生产的汽车的车体内外板为同一合金6022合金，内板为O状态，具有高成形性，而外板为T4状态的，有更高的强度与抗凹性能，它们对合金中的杂质含量有很好的相容性。在废料的搬运与处理过程中，应尽量避免杂质的混入与不同品种废料的相互掺混。
4 铝的新用途
当今地球已成为一个碳约束（Carbon-constrained）的世界，大气中的碳含量已接近极限，因此增加铝的用量，以及增加铝的循环利用加大铝的回收，对节能减排及经济的可持续发展有着重要意义。根据国际铝业协会（IAI）的资料，全球原铝及再生铝的产量如图1所示，1950年全球再生铝的产量500万吨， 2009年约为1950万吨，年平均增长率2.3%，同期原铝产量分别为1500万吨及3791万吨，年平均增长率1.6%，再生铝的年平均增长率比原铝高0.7百分点。
在北美，再生铝行业对铝工业发展有重要的促进作用，因为该地区原铝产量正在逐年下降，其它再生有色金属远没有再生铝的节能减排效果明显。
4.1 铝在新能源设备中的应用
由于铝合金具有质量轻、抗疲劳强度高、抗腐蚀性好的特点，在风力立式涡轮发电机（Vertical axis wind turbine）装备中，长立柱采用了铝合金挤压；卧式大型风力涡轮发电机的转子毂盘（rotor hub）用铝合金铸造。例如，美国西南风力发电厂（Southwest wind power）的涡轮发电机组的搭架顶部有多个零件为铝铸件，吊舱（nacelle）、底座（face）、偏转装置轴（yaw shaft）与叶片（blade）都是A356.0—T6合金铁模铸造。这种铝铸件不但内部组织致密，而且有良好的表面品质，其力学性能与压铸380.0-F或-T6合金的相当。另外，鲁西德能源技术公司（Lucid Energy Technologies）正在研发
与设计风力和水下兼用的（潜流）新型发电系统。这种发电系统特别适合于农村与郊区使用，在其涡轮发电机中有许多零件是用挤压铝材制造的。鲁西德风力/潜流水力涡轮发电机正在试验中，前景甚为乐观。
铝及铝合金在太阳能装置中的应用无疑会与时日俱增。例如，海德鲁（美国）铝挤压公司与佛罗里达电力照明公司（Florida Power and Light）签署了为其世界上首套太阳能/化石燃料混合发电机组提供挤压铝材的协议。此发电机组可于2010年运转，可产生75MW 电力，是全球第二大太阳能发电厂，太阳能电池板及吸收太阳能的18万块凹面镜的框架、支持臂、连杆、框架腿等全是用6×××系铝合金挤压型材制造的，太阳镜框架如向日葵般向着太阳转，全天朝着太阳最大限度吸收能量。据海德鲁铝挤压公司称，所提供的框架型材具有足够大的扭矩，能抵挡热带暴风雨的袭击。这些框架除用铝材外，其他材料也是环保型的，具有最大的可回收性，所有型材都在挤压厂经过精密机械加工，可在工地快速组装。由于铝的质量轻，强度高、抗腐蚀性强，是可再生能源发电系统的理想结构材料与壁板材料。 4.2 铝在建筑中的应用
挤压铝材在建筑门窗中早已获得广泛应用，如建筑幕墙、门面、屋顶、百叶窗等方面，在内部装饰方面的应用也越来越普遍。一些大型露天运动场，不论是新建还是翻新，都对铝材情有独钟，铝材既有足够大的力学性能和完美的外观特性，又有良好可挤压性能和高度的可回收性。另外，它的可挤压性能好，能够生产建筑设计师所需要的任何断面的挤压型材。
露易丝安娜（Louisiana）的超级圆形建筑顶部（Superdome）外部都安有新的铝合金挂板（图2）。这座建筑物的翻新耗资2.19亿美元，外部装饰挂板共16000块，净质量220吨，阳极氧化着色成浅古铜色，由印第安纳州密执安市卡尔吉普公司（Kalzip FC）轧制成形。安装时用的脚手架是特殊设计的，既便于板的拆卸又能方便地重新安装，全部工程已于2010年春结束。
图1 1950-2009年全球原铝及再生铝产量 图2 美国露易丝安娜（Louisiana）
数据来源：IAI 的超级圆形建筑
新泽西州东拉塞夫特市（East Rutherford）的纽米德兰体育馆（New Meadowlands Stadium）是纽约巨人队（New York Giants）与喷气机队（Jets）各占50%股份的场馆，近期在这座8层楼高的场馆外装上48.27千米长的移动式百叶窗，全是铝合金制的，其中含10%再生铝合金。百叶窗可以转动，叶片表面经过打磨，与内部灯光配合，可根据场内比赛队别的不同变化相应不同的颜色。铝百叶帘十分轻巧，便于移动。
4.3 铝在汽车中的应用
根据杜克（Ducker）公司的报告，在到2020年为止的这段时间内，北美汽车用铝量的年平均增长量为4—6公斤。铝具有一系列优良的性能，可改善汽车的燃料效率、运行特性与安全性，是发展低碳经济的需要。奥巴马政府制定了新的燃料标准，加快了这种趋势。减轻质量是节约燃料之本，因为汽车自身质量的下降，意味着动力系（Power train）可小一些，运行所需的能量可少一些，研究证实，汽车自身质量下降10%，可节省燃料为7%（Powers，W.F., Advanced Materials and Processes，May 2000，P.39）。
节约燃料意味着排放的温室气体减少。业已确定，汽车工业每用1吨铝相当于少用2吨钢，在汽车使用期间可少排放20吨二氧化碳，汽车使用寿命为19.3万公里。在汽车使用的铝中，72%为压铸件及铸件，23%为挤压材，4%为轧制材，1%为锻件及冲挤件。
美国2003年材料流模型（Material flow modeling）研究表明（Martchek.K., “Modeling More Sustainable Aluminum Case Study” International Journal of Lifecycle Assessment 11,2006,P.1-4.）。由于交通运输装备使用铝使燃料效率提高并相应地降低排放物（二氧化碳），研究模型对全球生产交通运输用铝所排放的二氧化碳与使用铝少排放的二氧化碳作了精心对比，发现由于使用铝少排放的二氧化碳的增长速度快于提取铝排放的二氧化碳的增长速度，两条曲线相交之点，就是两种二氧化碳量相等之时，自此之后，交通运输业由于使用铝而减少的二氧化碳排放量将大于生产等量铝所排放的数量，这就是所谓“负”碳轨迹（“Negative” carbon footprint）。当然，进入负碳轨迹的速度决定于三个主要因素：用铝量的增长速度，原铝提取能量效率的改善速度，再生铝合金的使用量。该模型的研究表明，大约在2020年全世界铝工业将迎来负碳轨迹的到来。
5 结束语
自1886年铝的商业化生产以来，全世界生产的铝约有70%目前仍在使用，之所以如此，并不是政府行为的要求，而是循环经济价值的结果，也就是铝有很强的可再生性，结构用铝的95%以上都可以得到回收与再生利用（大部分作为功能用的如包装铝箔、炼钢用铝、冶金工业作为还原剂的铝、铝粉铝膏、燃料铝粉等不能进入循环系统），而且在复化时的烧损也不会超过5%。为了建设低碳经济社会与迎接负碳轨迹时代的到来，中国有关部门应出台严格的汽车燃料效率标准，激发铝在交通运输业中的应用。■
交易所交易基金——ETF解析
金瑞期货 符彬
4月12日，全球最大的铝生产商——俄罗斯铝业联合公司表示，该公司正在考虑推出铝的ETF，具体细节将于2010年下半年公布。俄罗斯铝业联合公司首席副总裁Vladislav Soloviev在接受路透社记者采访时表示，即将推出的铝ETF 将以100万吨或以上为基础。对于大部分人来说，ETF是一个新事物。那么，什么是ETF？商品ETF 和一般的ETF有何不同？俄罗斯铝业准备推出的铝ETF对俄罗斯铝业以及铝现货和期货市场可能存在什么影响？本文将对这些问题展开分析。
1 什么叫ETF
ETF，交易所交易基金的简称，又称为交易型开放式基金，是一种在交易所上市交易的开放式投资产品。作为交易型基金，ETF可以直接在投资者之间进行转让。投资者可以在二级市场上进行基金的买入和卖出。当投资者在二级市场进行买入或者卖出的时候，基金的规模并没有发生变化。而ETF作为开放式基金的特点意味着投资者在看好后市的时候可以进行基金的申购而在看淡后市的时候进行基金的赎回。申购和赎回的操作是在一级市场上进行的。投资者在一级市场上进行基金的申购和赎回将使得基金的规模出现相应的扩大或者缩小。这种交易特点给了投资者更大的灵活性，从而吸引更多的投资者参与其中。根据投资标的物的不同，现在市场上存在的ETF可以分为股票型ETF和商品ETF。
1.1 股票型ETF
对于国内投资者来说，更为熟悉的应该是股票型ETF。上海证券交易所对ETF的定义是，经过依法募集，投资特定证券指数对应证券的开放式基金。股票型交易基金最早起源于美国。上个世纪80年代初，纽约证券交易所出现一种新技术，使得投资人可以通过下达单一的交易指令一次性完成一个投资组合，例如某个指数的所有成分股股票的买卖。这为交易所交易基金的产生提供了基础。1993年，道富环球投资与美国证券交易所联合推出全球第一个ETF——标准普尔预托证券SPDR。而国内ETF的发展则明显偏晚。2004年，华夏基金管理公司在上海证券交易所推出国内第一只ETF——上证50ETF。上证50ETF的上市为投资者分享国内经济高速增长所带来的超额利润提供了一个更好的投资方式。在上证50ETF之后，国内又推出了多只股票型ETF。当前，上海证券交易所上市的ETF包括50ETF、180ETF、红利ETF、央企ETF、治理ETF和超大ETF。
股票型ETF往往选择某一指数作为投资标的。而且选择的多为投资者熟悉和广泛认同的指数。在美国有紧贴标普500的SPDRS，跟踪纳斯达克100的Qubes。而国内上证50ETF投资的是上证50指数，挑选上海证券市场规模大、流动性好的最具代表性的50只股票作为投资组合。上证50指数能够综合反映上海证券市场最具影响力的一批龙头企业的整体状况。而上证50ETF在充分享受中国经济高速增长带来的利润的基础上，还避免了出现由于选错股票而带来的亏损的可能。同时，ETF被动式指数化投资管理的特点，使得ETF的发行方不需要负担庞大的投资和研究团队的支出，
从而使得ETF的管理费率低廉。美国ETF平均年费率为0.56%，低于美国开放式基金1.25%的平均净年费率。而国内ETF产品的管理费和托管费远低于现有指数基金和积极管理的股票基金。而且在二级市场交易时，不收取印花税。
对于投资者来说，ETF主要有两种投资方式：一、投资者直接向基金公司申购和赎回。但是，这种申购和赎回有数量限制。国内一般要求为5万个基金单位的整数倍。而且投资者向基金公司申购和赎回是以货代款的方式，即申购和赎回时，付出和收回的不是现金而是一揽子股票组合。这种交易规定使得只有各种投资机构或者富有的个人大户才能直接向基金公司进行ETF的申购和赎回。二、在交易所挂牌上市交易。这种交易方式适用于各种类型的投资者。具体的操作方式与股票类似，以现金方式进行，在交易日全天交易过程中都可以进行买卖。
投资者参与ETF投资，其利润主要来自于三个方面：第一、指数上涨。当ETF跟踪的目标指数上涨时，ETF的基金单位净值和市场价格也会随之而出现上涨。这时候，投资者可以获得其中的指数上涨带来的增值收益。第二、股票分红带来的基金分红。当目标指数的成分股有现金红利时，ETF在符合分红条件的情况下会将所得股息红利以现金方式分配给投资者。第三、套利收益。一般来说，ETF价格应该与其对应的股票指数表现出完全的相关性。然而，由于ETF本身就是一个市场。其自身的供给和需求关系或者其他的原因会使得ETF价格有时候会出现偏离。在这种情况下，投资者可以通过比较ETF价格与相对指数之间的关系构造一个套利组合。即在买入价格低的同时卖出价格高的，以此来获取两者价格之间的差额。1.2 商品型ETF
近年来，随着商品价格的大幅波动，追求利润的投资者越来越多地加入到商品期货投资中来。而商品自己的供给与需求关系及影响因素使得大的机构投资者将商品作为投资组合的一部分从而降低投资组合的波动性。随着各国宽松货币政策的持续发展，投资者对于通货膨胀的担忧愈发明显。商品抗通胀的功能逐步体现。在这三重因素的推动下，投资者对于商品市场的关注越来越高，商品ETF获得了迅速的发展。2009年一季度，商品ETF基金管理的资产总额达到650亿美元。这比2008年一季度的400-500亿美元增长了30-62.5%。而2009年1-2月，商品ETF基金的资金流入量就达到143亿美元，接近2008年全年的流入量。根据具体操作过程中投资标的的不同，商品型ETF可以分为以大宗商品现货作为投资标的和以期货合约作为投资标的两种。
1.3 以大宗商品现货作为投资标的的商品ETF
以大宗商品现货作为投资标的的ETF直接在现货市场上采购大宗商品现货。而当投资者进行申购和赎回的时候，ETF所持有的大宗商品现货的数量将随之而出现增加和减少。例如全球最大的黄金交易所交易基金SPDR GOLD SHARE就是以现货黄金作为投资对象的ETF。然而仓储问题的存在使得并不是所有的大宗商品现货都适合作为商品ETF的投资标的。这主要是由于商品品质以及仓储成本两方面的原因。商品品质方面，以农产品为代表的大宗商品的品质会随着存储时间而发生变化，如果存储时间过长，商品的品质可能无法满足市场的要求。而以铜铝铅锌为代表的金属不存在商品品质的问题，但是相对于贵金属而言，这些商品的存储需要耗费较大的空间，从而存储费
用占单位价值的比例明显偏高。这两方面的原因使得当前以现货商品作为投资标的的ETF主要集中于贵金属领域。下面以SPDR GOLD SHARE作为例子对此类ETF做个介绍。
SPDR GOLD SHARE由大型黄金生产商向基金公司寄售实物黄金，随后基金公司以实物黄金作为依托，在交易所内公开发行基金份额。基金承销商将基金份额销售给各类投资者。同时，商业银行分别担任基金托管行和实物保管行。作为实物黄金投资工具，黄金ETF具有以下几个方面的特点： 第一、交易门槛低。黄金ETF一般以十分之一盎司，即3.1克作为一份基金单位。这意味着投资黄金ETF的最低资金量不足一千元人民币。如此低的交易门槛使得更多的投资者可以加入到黄金ETF的市场中来。
第二、交易费用低廉。相比一般黄金投资渠道大约2-3%的费用，投资黄金ETF交易只需要缴纳0.3-0.4%的管理费用，不需要黄金的保管费、储藏费和保险费等。
第三、完全享受黄金价格的上涨。投资于黄金现货的特点使得黄金ETF紧跟黄金现货价格而发生变化。
1.4 以大宗商品期货合约作为投资标的的商品ETF
为了避免仓储方面原因给商品ETF带来的不利影响，基金公司需要寻找一个替代品。这个替代品需要一方面要能够避免投资现货带来的问题，另一方面又要能够充分分享大宗商品价格上涨带来的利润。在当前金融市场，大宗商品期货合约无疑是一个很好的替代品。因此，商品ETF 基金公司选择大宗商品期货合约作为投资标的。
和以大宗商品现货为投资标的的商品ETF相比，以期货合约为投资标的的ETF具有以下特点：
第一、能够放大商品价格波动给ETF价值带来的影响。期货交易的保证金制度使得投资者支付10%左右的资金就可以买入一个期货合约。而该期货合约带来的盈利却是100%。这意味着当商品价格出现上涨的时候，以期货合约为投资标的的ETF的价值能够得到更快的提升。然而，事物都是具有两面性的。当大宗商品价格出现下跌时，商品ETF可能面临追加保证金的情况。当ETF现有资金不足以支付追加的保证金时，ETF持有期货合约面临强平的风险。这使得以期货合约作为投资标的的ETF的风险控制难度相对高于以现货商品作为投资标的的ETF。
第二、市场状况的变化可能带来额外的收益和亏损。一般以期货合约为投资标的的ETF都是以某一月份合约作为目标。随着时间的过去，ETF 需要进行移仓操作。这使得以期货合约为投资标的的ETF除了受到大宗商品现货价格的上涨和下跌的影响外，还会由于市场所处的正向或者反向市场而受到额外的收益和亏损。在正向市场结构下，近月合约价格低于远月合约价格。商品ETF 在进行移仓时是卖出近月合约买进远月合约。即卖出价格低的，买进价格高的。从而给ETF带来额外的损失。而当市场转为近月合约价格高于远月合约价格的反向市场时，ETF面临的亏损就转变为盈利。
第三、容易成为市场投机者打击的对象。一般以期货合约为投资标的的ETF都具有一定的操作习惯。例如美国天然气基金UNG就是投资期货合约的商品ETF。该基金通过不断滚动卖出最近一个月的期货合约，同时买入下一个月的期货合约来维持自己的天然气仓位。当市场投机者注意到该基金的操作模式时，投机者将通过打击近月拉
高远月的方式来获取利润。而这将给商品ETF带来额外的损失。而随着ETF市场的发展，越来越多的以期货合约作为投资标的的ETF都在慢慢改变在固定时间进行移仓的习惯。这使得ETF可以在最大程度上减少作为投机者攻击的目标。
第四、容易受到期货市场监管机构的影响。随着ETF的不断发展，基金的规模不断放大。这时候期货市场监管机构出于维护市场稳定的目的而对ETF的持仓等方面进行限制。例如2009年8月，由于美国监管机构开始关注有些商品ETF规模过于庞大的问题，部分发行商暂停了新基金份额的发行。
2 商品ETF对商品市场的影响
随着商品ETF的发展，其对市场的影响将变得越来越大。对于商品市场来说，ETF持有的现货商品或者期货合约就相当于市场中存在的大量的隐形库存。所以，从目前的市场情况来看，商品ETF对于商品市场的影响表现为助涨助跌的作用。
当投资者看好后期价格走势，他们将选择进行ETF的申购。这时候，ETF的基金公司将从现货市场采购现货或者直接从期货市场中买入相应的期货合约。从期货市场买入相应期货合约将直接改变期货市场多空双方力量的均衡，从而推动价格的上涨。而对于从现货市场买入现货的情况来说，在市场供应量不变的情况下，ETF买入现货的增加带来的现货需求的增加将推动价格出现上涨。而由于期货和现货价格的相关性，无论哪个市场率先上涨，都将带动另一个市场价格出现上扬。从而ETF规模的扩大能够推动大宗商品价格的上涨，而这从黄金ETF推出以来，国际金价与SPDR GOLD SHARES持有的黄金数量的对比中可以看出。2007年8月1日，SPDR大幅增持10.16吨黄金达到506.69吨的持有量，正式突破500吨，当日国际金价上涨3.10美元/盎司；8月31日，SPDR持仓量为515.44吨，当月共增持18.91吨，国际金价上涨9.30美元/盎司；其后2007年9月，SPDR持金量增加62.59吨，国际金价上涨70.30美元/盎司；2008年2月，增持7.46吨，金价大涨48.40美元。从SPDR持仓与国际金价的对比中，我们可以看出，SPDR规模的扩大意味着其买入更多的黄金现货。
当市场投资者预期大宗商品价格将出现下跌时，他们将对手中持有的ETF头寸进行卖出或者赎回。这使得ETF的规模缩小。这时候，ETF需要在现货市场上卖出现货商品或者对手中持有的期货合约进行平仓。而无论是现货的抛售还是期货合约的多单立场都将给大宗商品价格带来压力，从而推动价格出现下跌。还是以SPDR为例，2008年4月，SPDR减持61.59吨，金价下跌41.80美元/盎司，由此可以看出，SPDR持仓规模与国际金价表现出明显的正相关性。
然而这种正相关性并不是在任何情况下都成立。这是因为ETF持仓只是影响大宗商品价格的一个方面。如果供求关系、美元指数、原油指数等各方面因素发生变化，商品价格的变化就可能与ETF持仓的变化表现出不一致性。例如，2007年11月，SPDR增持4.12吨黄金，但是受到原油价格下跌的拖累，国际金价不但没有上涨而是下跌13.70美元/盎司；2008年3月，SPDR增持2.6吨黄金，而同一时期，国际金价大跌58.0美元/盎司。
尽管可能存在例外的情况，但总体来说大宗商品价格与ETF持仓的正相关性还是比较明显。
也就是说，在其他条件不变的情况下，无论是ETF 的申购和赎回都将对对应的大宗商品市场产生影响。同时，投资者追求利润的天性使得其在情况发生变化时改变其头寸，从而ETF持仓的变化变得较为频繁。随着金融市场因素的逐步增强，这个问题将变得更加明显，从而加大大宗商品价格的波动。
3 俄罗斯铝业计划推出铝ETF
从4月12日俄罗斯铝业的公告中可以看出，俄罗斯铝业计划推出的铝ETF是以铝现货作为投资标的。从目前的市场情况来看，这种安排将是最有利于ETF的稳定和发展的。这主要体现为以下三个方面：
第一、避免市场结构不利给ETF带来影响。从目前的全球铝市场结构来看，全球电解铝市场已经处于供过于求的状态。根据世界金属统计局的数据，2009年全年铝市场供应过剩73.9万吨，2010年第一季度全球铝市供应过剩29.8万吨。而随着中国和中东电解铝冶炼产能的逐步投产，全球铝市场将在未来一段时间内出现供应过剩的情况。也就是说，市场为正向市场的可能性较大。这就使得相比以铝期货作为投资标的的铝ETF，俄罗斯铝业的这种安排可以充分避免市场处于正向市场而给基金带来的移仓成本。
第二、充分利用俄罗斯铝业作为全球最大铝冶炼企业的优势。作为全球最大铝生产商，俄罗斯铝业能够充分利用其在铝市场上具有的各种资源。一方面，这将最大程度地降低ETF以现货铝作为投资标的的仓储成本。另一方面，在客户进行申购和赎回时，俄罗斯铝业能够以最低的成本实现铝现货的采购和销售。
第三、避免基金规模大可能引发的监管机构相关限制。从维护市场稳定以及保护投资者利益的角度出发，市场监管机构会对投资者的持仓做出限制。俄罗斯铝业计划推出的100万吨及以上的基金规模使得其持仓量在全球各主要期货交易所都将占据总持仓的一个较大的比例。而以现货作为投资标的则很好地避免了这个问题。
而对于俄罗斯铝业来说，铝ETF的推出也存在着诸多好处。首先，铝ETF的推出将吸引市场投资者更多地关注铝市场，投资者参与力度的加强将给铝价带来一定的上涨动能。这对于全球第一大铝生产企业的俄罗斯铝业来说无疑是一大利好。其次，当前俄罗斯铝业的业务主要集中于从铝土矿到原铝的上游产业链，这使得俄罗斯铝业对于铝市场情况的把握更多来源于自身铝生产企业以及下游消费企业。而铝ETF如果能得以顺利运行，这将使得俄罗斯铝业能够更好地了解市场投资者对于未来铝价走势的看法。从而为俄罗斯铝业补齐一块信息短板，使得俄罗斯铝业对于整个市场的信息把握更加全面，从而提高俄罗斯铝业对于铝价的预测能力。对于铝价的预测能力的增强，能够在稳健经营的基础上进一步提高企业的获利能力，从而更好地为俄罗斯铝业的生产经营服务。再次，当前俄罗斯铝业已经发展成为全球铝市场最大的生产企业，这使得其在优势领域——铝行业的上游进一步发展的空间已经有限，业务的拓展变得非常迫切。而作为当前高速发展的行业，金融行业是一个不错的选择。而俄罗斯铝业计划推出的铝ETF将其优势充分发挥，同时也为企业探索新的业务增长模式做出新的尝试。如果能够顺利运行，铝ETF的推出能够提高俄罗斯铝业在金融市场的影响力。同时，作为全球不
多的以现货铝为投资标的的铝ETF，这也将论证贵金属以外的生产型企业作为基金方发行大宗商品ETF的可行性。
4 铝ETF推出对铝行业的影响
作为全球为数不多的以大宗商品现货作为投资标的ETF，俄罗斯铝ETF的推出将给全球资本市场和铝行业带来较大的影响。其对铝行业的影响将主要体现在以下两个方面：
第一、吸引更多的投资者关注铝市场。对于大部分不是有色金属行业同时也不曾参与期货交易的人来说，铝并不是一个熟悉的品种。他们可能在日常生活中会接触到一些铝制品，但他们对铝行业的了解非常有限，而进行铝投资的人则更为少见。俄罗斯铝业ETF使得投资者具有更加便捷的方式去投资铝市场。而ETF所具备的准入门槛低的特点为大量的中小投资者提供了参与的可能。从ETF在全球各地的迅猛发展以及人们对于ETF的了解和参与热情的高涨中，笔者以为铝ETF 也将吸引众多投资者的眼球。更多的投资者的参与将是铝ETF能够顺利运行的保证，而这两者将形成相互促进的关系，从而铝市场将被越来越多的投资者所关注。
第二、加强铝价波动性。更多的投资者参与到铝市场中来，意味着铝市场的投机因素大幅增加，也就意味着国际铝价将从之前的基本面因素主导转变成为商品属性和金融属性共同推动。从黄金ETF持仓变化和黄金价格的关系中，我们可以看到当黄金ETF持仓增加时，黄金价格将出现上涨，反之，则出现下跌。通过类比，我们认为这个规律在即将推出的铝ETF中也将得到体现。即当市场参与者看好铝价时，投资者将进行大量的申购活动，这意味着现货市场上铝的需求量将出现明显的增加，在供给并没有明显变化的情况下，需求的增加意味着国际市场上铝价的上涨。而随着ETF基金规模的逐步放大，ETF持仓对于铝价的推动作用将表现得更加明显，当市场投资者预期价格将出现下跌时，他们将赎回其在ETF 中持有的头寸，基金规模缩小，基金发行方需要在市场上销售现货铝以回收资金，这将增加现货市场上铝的供应量，从而打压铝价。因此，随着ETF持仓规模出现扩大或者缩小，铝价将受到影响，从而使得铝价的波动幅度较前期出现明显增加，而波动的频率也将变得更加频繁。■
交通铝材系列之一：汽车工业的发展与铝
南海安泰科经贸有限公司王昕
摘要：汽车工业的发展与铝工业密切相关，两者的工业化生产几乎同时诞生于19世纪90年代。铝及铝合金的发展拓展了设计师选择材料的空间，为汽车工业的发展提供充分的材料保证。自上世纪70年代后期以来，由于能源价格的上涨，提高燃油效率成为汽车工业亟待解决的问题，进入新世纪，环保成为一个与人类生存休戚相关的话题，当前面临发展低碳经济的重大课题，这些都为扩大铝在汽车中的应用创造了千载难逢的良机。在现有的轻量化材料中，铝具有最高的性价比，是汽车轻量化的首选材料，但铝的价格比钢贵3倍左右，仍是妨碍铝在汽车中广为应用的主要障碍之一。
关键词：汽车工业；铝；汽车；轻量化；自身质量
汽车、轨道车辆、飞机、船舶是当代社会人类赖以生存和发展的四大交通运输工具，随着社会的发展与人们生活水平的提高，汽车的产量会越来越多，后工业化国家的汽车产量特别其国内销售量自1995年以来已处于稳定期，而发展中国家的产销量则从不同的年度起进入高速发展期。2009年全世界汽车保有量约65,000万辆，中国的保有量约5,000万辆，平均每千人拥有37辆（按13.5亿人计算），远低于国际每千人100余辆的水平，表明中国汽车市场未来将长期保持旺盛需求状态，据中国汽车协会预测，中国汽车的保有量最晚会在后年达到7,500万辆。
1 铝与汽车工业的发展
1.1 铝在汽车中的应用
铝的商业化生产与汽车的诞生是在同一年，1886年美国大学生霍尔与法国大学生埃罗同时独立发明了铝的熔盐电解法制取工艺，目前全球的电解铝生产仍沿用着此工艺。1886年，卡尔·奔驰发明世界第一辆不用马拉的三轮车；1889年巴黎世博会展出第一辆德国奔驰公司制造的汽油发动的汽车，揭开了汽车时代的序幕。
1897年克拉克（Clark）三轮车和1898年问世的De Dion Bouton汽车的曲柄箱是用铝制的，开创铝在汽车中应用的先河。1901年第二届纽约汽车展上出现了一批铝的汽车零件，有的汽车车身已用铝代替了木材。1903年Gordon Benneth Napier汽车采用了铝汽缸柱。1904年问世的兰彻斯特（Lanchester）车的后轴架由铝合金铸造。
1923年英国著名的汽车设计师波美罗（L.H. Pormeroy）设计的一款汽车用了相当多的铝合金零部件，其自身质量仅相当于标准汽车的2/3。上世纪30年代由于钢材价格比铝材料低得多，加之能源充裕，使铝在汽车中的应用放缓。第二次世界大战期间，铝是一种战略物资，在民用方面的应用也受到限制，同时由于飞机及其他军工产品的需求增加，铝工业得到迅速发展，特别是美国铝工业的发展尤为显著。大战后，铝在汽车领域的应用范围越来越广。20世纪70年代，汽车开始使用铝制保险杠、进气歧管、发动机缸盖、发动机缸体、散热器、传动系统零件、轮毂等。
上世纪60年代每辆汽车的平均用铝量为27.2
公斤，到90年代中期的平均含量上升到113公斤，约占车的自身质量的8%。2005年美国轿车每使用
0.45公斤的铝制零部件，车的自身质量可下降
1.021公斤，目前美国汽车工业的用铝量已占其全部铝消费量的11.5%强。新世纪初，德国推出了全铝的奥迪A8轿车；用铝量达到550公斤/辆，是铝含量最多的轿车；美国福特汽车公司AIV轿车的车身也是全铝的。所谓全铝轿车是指在目前的技术条件，凡是可用铝合金制造的零件都已铝化。由于真空钎焊技术的发展，1986年美国生产的汽车有一半装上铝散热器，2008年散热器的铝化率已超过80%，因为铝的价格比铜低，而铝散热器的质量又比铜轻50%。
卡车用铝在各国不尽相同，后工业化国家的卡车零件铝化率最高，特别是美国与加拿大，2008年厢式货车与特种车的铝化率达88.5%以上。轮毂是汽车用铝最多的单一零件，按每辆车配备5个车轮（包括备用轮）计算，轮毂的质量约36公斤。
汽车工业的发展面临着三个问题：节约能源，保护环境与提高安全、舒适、美观性。这些性能的改善除在设计方面加以改进外，最主要的是采用新材料，因为在设计方面的潜力已不居首位，而可用的新材料有铝、镁、高强度钢、复合材料等多种选择。实践证明，尽量多地采用铝是解决问题最佳的与最有效的途境。铝有明显的减重效果，显著的节能效果，大量降低温室气体与有害气体的排放，还能提高车体的平衡性、乘坐舒适性和安全性。采用镁制零部件的节能减排效果虽然比铝还大，但铝的综合性能与性价比仍比镁大为优越，所以在汽车制造中镁在可预见的时期内还不可能较多地替代铝。
2010年初美国能源部制订了汽车（小轿车）新的能效标准，要求其燃油效率达到6.9升/100公里。小轿车在标准公路上行驶，车的自身质量消耗的能源占85%左右，这说明汽车减重的重要性与迫切性，也说明铝在汽车制造中有着很大的潜力。
1.1.1 典型铝及铝合金零部件
铝及铝合金已成为用量最大的材料之一，仅次于钢与铸铁，居第三，而在全铝轿车中的用量已上升到第二位。在日本，铝压铸件及铸件占汽车全部用铝量的90%以上。铝用量的增加主要是由于汽缸体、散热器、轮毂、保险杠、车身外板及构架等零部件铝化率的提高。
轿车上的典型铝零件包括：散热器护栅、汽车标牌、汽车冷气设备贮气罐、汽车冷凝器、侧视镜罩壳、散热器、发动机罩、空气滤清器、化油器喷油器、制动分泵、转向齿轮箱、摇窗机、刮水刷、转向盘、电热器芯、分电器、车厢、头枕架、座椅架、嵌条、保险杠、车身装饰、车轮、汽油箱、活塞、盘式制动器、行李箱盖、减振器、车门手柄、货厢底板、保险杠、机油冷却器、灯壳、冷却风扇、发动机及有关零件。
◆ 轮毂
轮毂是重要的保安件，对其安全性有很高的要求。铝轮毂在轿车中应用相当普遍，不但应有高的强度，而且应有高的疲劳强度、抗震性、可焊性等；铸造铝合金还应有良好的铸造性能，铝轮毂不但质轻，而且散热性好，可防止轮胎过热；尺寸精度高，可降低纵向及横向振动。
轮毂是刚性零件，支撑着轮胎，它与汽车的多种性能休戚相关，整车的安全性和可靠性很大程度上取决于所有轮毂及所装轮胎的性能和使用期限。因此，对轮毂的要求是：足够的承载能力与速度能力；良好的附着性和吸冲性，耐磨、耐老化和良好的气密性，良好的均匀性和质量平衡；低的滚动阻力和行驶噪声；精美的外观与装饰性强；质量轻，价格合理；拆装方便，互换性强。
与钢轮毂相比，铝合金轮毂能更好满足以上
诸多要求，与轮胎配合使用，具有高度标准化、系列化、通用化等特点，铝合金轮毂以其质量轻、平衡度好、造型美观、形式多样、强度高、节能减排等优点，正在逐步取代钢轮毂。从长远看来，轿车轮毂的铝化率可望于2020年接近100%或甚至达到100%。
◆ 保险杠
现在轿车都装有保险杠，是一种安全装置，作为吸收冲撞能量的缓冲体，但使车的质量有所增加。为减少质量的过多上升，铝保险杠与塑料保险杠几乎同时面世，现在铝-塑混合保险杠用得较多，其中铝作为增强材料。
◆ 底盘零部件
对减轻汽车的质量来说，用铝合金取代钢与铸铁制造零部件具有相当大的潜力，美国的一些汽车公司在这方面做了不少工作，通用汽车公司在卡迪拉克和克尔维特车的悬挂系统中使用了铝合金部件，悬挂系统转向节也几乎以铝代替了铸铁。福特汽车公司用铝合金制造轿车的制动盘，重2.27公斤，仅为铸铁盘的1/3，尽管成本上升，但使用期限却延长了2倍。克莱斯勒汽车公司的尼奥里特车（Neod Lite）的底盘使用了许多铝合金零件，减重效果显著；转向机构万向节质量下降3公斤、下控制臂质量降低2.6公斤、转向机壳质量减小1.36公斤、转向轴质量降低1.9公斤、后制动鼓质量下降3.6公斤，前制动踏板架质量减轻0.8公斤。
◆ 铝制试验车
为了节能减排，建设低碳经济，一些汽车制造公司在保证行车安全与乘座舒适性的前提下研发了铝试验车。意大利阿里法罗欧公司试制的以节能为主的埃斯瓦尔车（ESVAR）的质量减轻9%，而以安全性为主的斯瓦尔车（SVAR）的质量只不过达到3%的减轻效果。英国BL特克诺尔基公司试制的ECV3的质量比钢制车轻45%，其承重部位用铝合金制造，而非承重部位及外板则用玻璃纤维增强塑料（GFRP）制造。瑞典沃尔沃汽车公司的全铝LCP 2000试验车的承重部位的主车架和地板都是铝合金的，开发目的是降低汽车生命周期的总能耗：从原材料选择、半成品制造、零件加工、部件装配、整车组装需要的能量，行驶能耗及报废车材料再生能耗的总量看，比原有的钢制汽车节省约40%。
LCP 2000车在设计过程中，为了补偿刚性不足将地板中部制成三角形增强结构，将前、后座背对背安装，后座乘客面向后方。燃料箱和蓄电池装于三角框中，具有相当强的防火性能。净构架（车身框架）、制动鼓与圆盘等全是铝的，整车铝质零件的总质量占整车质量的25%。该车门板、与左右挡泥板一体化的发动机罩用纤维增强塑料制造（FRP），侧窗及后窗框与板由聚碳酸酯制造。
◆ 车身铝材的发展
后工业化国家从上世纪80年代中期起一批汽车制造公司与铝业公司合作加强了对车身铝材的研发，成就斐然。1995年德国奥迪公司开始批量生产全铝车身，引起铝业界与汽车制造者、能源部门的关注，使铝在汽车中的应用逐年上升，北美汽车工业在1990-1998年间的用铝量上升了102%。
日本住友轻金属公司与美国雷诺兹金属公司（Reynolds Metals Com.,2005年被美国铝业公司并购）共同开发的SG 112-T4A车身铝合金板材，其硬度与强度比常规铝合金高，同时冲压成形性能好，而在涂装后的烘烤过程中又可发生时效强化作用。
1995年奥迪公司批量生产的Audi A8型轿车开创全铝车身高档轿车之先河，它的空间框架（ASF）是用铝合金挤压型材制成的，由于铝的强度比钢的低，所以铝型材的壁厚比相应钢材壁厚
大0.75倍左右。型材框架梁用铝合金压铸接头连接，需要焊接的连接处可用MIG（金属焊条惰气焊）法焊接，铝合金压铸接头可制成各种形状，既可以满足结构需求，又能确保车身节点有足够高的刚度。车身外覆盖件用铝合金薄板冲制，其厚度为钢板的1.2-1.25倍，有些覆盖件的加强板也用的是挤压铝型材。
覆盖件与骨架的连接为铆接，铆接的强度比点焊的约高30%。在Audi A8车的连接中，铆接占68%，除铆接与焊接外，有些地方的连接还有用钩钳法的。为了提高车门的防撞性能，在其防撞结构中，防撞梁为网状断面铝合金型材，而把车门与支柱、门槛等骨架设计成有重叠部分的结构。由于Audi A8型车的车身是用铝型材、铝板与压铸件制成，所以其质量比钢结构轻40%，其静态扭转刚度也提高了40%以上。
铝合金有良好的吸震性能，明显地提高了碰撞时的安全性，汽车前部的变形区在碰撞时会产生皱折，能吸收大量的冲击力，从而保护了后面的乘座区。除了板材有良好的吸能性外，又由于车身质量的下降，碰撞时产生的动能也会减少，冲击力也会相应地降低，在以56公里/时的速度进行碰撞测试时车门仍能打开。
ASF车身结构按仿生原理设计，车顶和车身侧翼铝板的连接互相咬合，就像一副骨架中的每块骨头一样。车的每个部件都将最轻的质量与最优化的性能集于一体。制造奥迪车的一项特殊技术是激光焊接，这是一项极其精密的技术，允许偏差仅差0.1mm，比如A8车身两侧的车顶和车身侧面之间各有一块1800mm长的无缝焊接铝合金板就是激光焊接的，并对焊缝作了抛光处理。
奥迪ASF技术在研发过程中取得了100余项专利，并获得了“2008年欧洲年度发明奖”。世界上没有任何一家汽车公司能够在批量生产轻量化车型数量上与奥迪公司相比，至2009年底奥迪已生产了环保型的绿色全铝小轿车60余万辆。
在新的奥迪A8、TT、Coupe与TT Roader型车中展现了ASF技术的全新理念与发展方向-铝与钢相结合。在豪华车型的铝车身加入了硬化型的钢B柱。TT Coupe与TT Roader跑车主要是在车身底部、车门与行李箱盖上使用钢制部件，因而前后轴之间的质量分布达到更为理想的平衡状态。奥迪Coupe 1.8 TFSI的自身质量不超过1240公斤，对跑车来说这是非常出色的，其车身质量为206公斤，其中用铝140公斤（68%），钢66公斤。Roader型车的车身质量251公斤。
制造铝和钢相结合的车身是一项严峻的挑战，充分体现了奥迪公司的技术水平与创新能力。他们通过铆接、咬合与粘接解决了连接方面的技术难题。粘接剂在钢-铝间构成隔离层，顺利地避免了异种材料的接触腐蚀。另一项高新技术是自攻螺钉工艺的运用，这项技术由机器人完成，螺钉通过摩擦力熔化零件表层实现渗入咬合，此技术在奥迪TT 系列和A8型车车身制造中得到成功运用。
奥迪混合轻量化结构受到各界好评，荣获2006年度“欧洲车身设计大奖”，这是车身结构方面最重要的创新奖。早在2003年奥迪公司就以A8型车的全铝ASF空间框架结构成功地摘得这一奖项。
为了推进汽车轻量化进程，1994年奥迪公司在内卡苏尔姆建立一个专门从事铝车身研发的技术中心，2003年改名为铝和轻量化结构研究中心，除研究铝的应用外，还开发高强度钢、复合铝材与镁合金在汽车中的应用。
德国卡曼公司开发出一种复合车身铝板制造工艺，外层铝板是冲压成形的，中间充填铝粉，铝粉在高温下膨胀成泡沫状，与外层铝板固化成型，形成一个整体，这种车身板件的刚度为铝合金板件的10倍，而质量下降了50%。
1.1.2 车身铝材有待改进的问题
车身铝材近10年虽然有了很大发展与成就，也有一些批量生产车型进入市场，但还有一些问题亟待改进与解决。
（1）成型性。现有铝合金板材的局部延伸性不尽人意，易产生裂纹，如发动机罩内板因为形状相当复杂，为了提高其拉延变形性能采用了高延性铝合金，其伸长率虽已超过30%，但还是达不到钢的延性，所以在结构设计时应尽可能地保证形状不突变，保证材料平滑地流动，以免拉裂；（2）尺寸精度不易掌握，回弹性难以控制；（3）因为铝比钢软，在生产和运输中零部件表面易产生碰伤、划痕等缺陷；（4）不能像钢件那样可采用磁力搬运和传递，需设计新的运输方案。
1.2 成本高是影响铝在汽车中应的主要障碍
虽然铝及铝合金在可供应性（资源丰富）、可回收性、批量生产能力和有效成本方面具有绝对优势，但其成本高仍是它们在汽车中进一步大规模应用的主要障碍，例如铝合金汽车板材的成本约为钢板的4倍。在汽车铝合金零件成本中，其加工制造成本主要决定于原材料价格；但再生铝的复化能耗仅相当于原铝提取能耗的5%左右，而废钢的再生能耗则相当于粗钢冶炼能耗的25%-60%。因此，在汽车零部件制造中尽量多地使用再生铝是降低成本的有效措施之一，如果一辆轿车的铝车体结构材料中再生铝占75%，则由于车体的减轻，行驶4年即行驶约93,400公里，所节省的汽油在其价格为4.8元/升时足以弥补以铝代钢成本提高的支出。尽管铝制零部件的制造及装配工艺与钢的相差并不悬殊，但前者的加工制造及装配成本都比后者的高。
在汽车零部件成本中，还有服务使用成本与“后使用”成本。乘用车在使用期间的成本决定于行驶里程、燃料消耗及其价格。由于铝车体质量比钢车体轻，当然会节省一大笔燃料费，但节约量在很大程度上决定于燃料价格。燃料价格越高，铝车体结构增加的成本（高的原材料成本与加工制造、安装成本的上升）的回收期就越短。燃料价格总体处于上升的趋势当中，因此汽车减重是一个“永恒”的话题，减重就是节能减排。在此还未计算由于使用铝达到的轻量化使排放的温室气体减少所取得的巨大社会经济效益。
所谓“后使用”成本实质上就是指汽车报废后的废料及废件的价值，当然废铝的价格比废钢高得多，可惜汽车的用铝量还不多，在1998年至2007年的10年内，欧洲商务汽车的用铝量翻了一番多，在2017年之前的10年内，汽车的用铝量还将增加1倍多。另外，由于铝的抗腐蚀性能比钢好，可大大减少防腐处理与防护工作量，从而降低维护成本。
1.3 铝及铝合金在中国汽车中的应用
汽车制造业是中国四大支柱产业之一，在后工业化国家汽车制造业也还是其主要支柱产业之一，也是用铝最多的领域。2008年世界汽车总产量7052.7万辆，按每辆消费铝142公斤计算，铝的总用量约1001万吨，占全球铝消费总量5800万吨（原铝3791万吨，再生铝2009万吨）的17.3%；中国的汽车产量（1991年-2010年）见表1，这20年的平均增长率17.8%；1999年-2009年的平均增长率22.3%，为世界汽车产量年平均率的18.6倍（1999年汽车总产量5626万辆，2008年7053万辆，年平均增长率1.2%）。