به عنوان یک تامین کننده محور هاب که 12 سال گذشته را صرف طراحی، ساخت و تامین قطعات توپی سنگین و سبک برای همه چیز از تراکتورهای کشاورزی گرفته تا نیمه تریلر کرده است، سوالات غیرمنتظره زیادی از من پرسیده می شود. اما هیچ‌کدام مانند آنچه که ماه گذشته از یک مدیر ناوگان کوچک در آیووا گرفتم به من گیر نداده است: "آیا محورهای هاب برای محیط زیست مضر هستند؟" در ابتدا من را غافلگیر کرد - برای سال‌ها، کار من بر ساخت قطعاتی متمرکز شده بود که وسایل نقلیه را ایمن، کارآمد و مقرون به صرفه نگه می‌دارند و عملکرد زیست‌محیطی را در رتبه دوم نسبت به دوام قرار می‌دهند. اما پس از آن مکالمه، من به تحقیق پرداختم، داده‌های تولید خود را بررسی کردم، و حتی در تیم محیط‌زیست شریک ریخته‌گری فلزمان حلقه زدم، و اکنون می‌توانم به شما بگویم: پاسخ یک بله یا خیر ساده نیست. این داستانی در مورد معاوضه ها، طراحی عمدی، و اینکه چگونه حتی یک جزء کوچک و نادیده گرفته شده مانند یک محور توپی می تواند اثرات زیست محیطی بزرگتری داشته باشد – چه خوب و چه بد.
بیایید با خط پایه شروع کنیم: در واقع محور هاب چیست و چرا ردپای محیطی آن اهمیت دارد؟ برای هر کسی که در فضای حمل و نقل یا ساخت و ساز نیست، محور هاب مجموعه مرکزی است که چرخ های خودرو را به شاسی آن متصل می کند، توزیع بار، گشتاور و فرمان را مدیریت می کند. از چند بخش کلیدی تشکیل شده است: خود شفت محور، توپی (قسمتی که بلبرینگ چرخ را نگه می دارد و به چرخ متصل می شود) و اجزای مرتبط مانند بست ها یا آداپتورها. برای شرکت ما، این به معنای تولید همه چیز است، از توپی‌های چرخ تریلر با ریخته‌گری ناهموار گرفته تا محورهای محرک ماشینکاری دقیق، به‌علاوه فلنج‌ها و پین‌هایی که همه آنها را در کنار هم نگه می‌دارند. در طول سال‌ها، ما از ترکیبی از مواد - عمدتاً فولاد، مقداری آلومینیوم برای کاربردهای سبک، و حتی مقدار کمی کامپوزیت برای قطعات تخصصی - استفاده کرده‌ایم، اما فولاد همچنان کارآمد است و 85 درصد از محورها و قطعاتی که امروزه عرضه می‌کنیم را تشکیل می‌دهد. این انتخاب مواد در قلب چالش های محیطی و راه حل ها قرار دارد.
ابتدا، اجازه دهید در مورد اثرات زیست محیطی که در چرخه حیات محور توپی ایجاد می شود، صحبت کنیم، که با استخراج و ساخت مواد خام شروع می شود. همانطور که هر کسی که اخبار آب و هوا را دنبال می کند، تولید فولاد می داند، یکی از کربن فشرده ترین فرآیندهای صنعتی روی کره زمین است. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، تولید فولاد حدود 7 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای را به خود اختصاص می‌دهد و محورهای هاب نیز از این قاعده مستثنی نیستند. هنگامی که شمش فولاد خام را برای ماشینکاری در یک محور یا ریخته‌گری به توپی چرخ تریلر می‌ریزیم، این فرآیند با استخراج سنگ آهن آغاز می‌شود که برای استخراج به انرژی (و اغلب جنگل‌زدایی یا اختلال در زیستگاه در سایت‌های معدن) نیاز دارد، سپس سنگ معدن را در کوره‌های بلندی که با زغال سنگ کک‌ساز کار می‌کنند ذوب می‌کنیم. داده‌های خود ما نشان می‌دهد که به ازای هر تن جزء توپی فولادی که تولید می‌کنیم، تقریباً 2.2 تن CO2 در مرحله ذوب و پردازش اولیه منتشر می‌شود - حتی قبل از اینکه به کارگاه خود برسیم، جایی که ماشینکاری، ریخته‌گری و تکمیل 0.3 تن دیگر CO2 به ازای هر تن محصول اضافه می‌کند.
اما تولید تنها بخشی از چرخه حیات نیست که باید در نظر گرفته شود. محورهای توپی سنگین هستند - حتی یک محور توپی نیمه تریلر استاندارد بین 150 تا 200 پوند وزن دارد و برای تجهیزات ساختمانی سنگین وزن آنها 500 پوند یا بیشتر است. این وزن باعث افزایش کارایی خودرو می شود. به گفته انجمن حمل و نقل آمریکا (ATA) هر پوند اضافی در یک نیمه تریلر، بازده سوخت آن را تقریباً 0.05٪ در هر 100 پوند کاهش می دهد. آن را در ناوگانی متشکل از 100 تریلر ضرب کنید که هر کدام 120000 مایل در سال رانندگی می کنند و این یعنی هزاران گالن گازوئیل اضافی که سالانه سوزانده می شود - که مستقیماً به انتشار گازهای گلخانه ای بیشتر، آلودگی اکسید نیتروژن و ذرات معلق منجر می شود. برای حمل و نقل جاده ای، که 24 درصد از کل انتشار آلاینده های حمل و نقل در ایالات متحده را تشکیل می دهد، این تأثیر معنی داری دارد.
سپس مرحله پایان زندگی است. محورهای هاب به گونه‌ای طراحی شده‌اند که برای چندین دهه دوام می‌آورند، اما وقتی به پایان عمر مفید خود می‌رسند، چه اتفاقی می‌افتد؟ اجزای توپی فولادی 100٪ قابل بازیافت هستند، درست است؟ در تئوری، بله - اما در عمل، همیشه اینطور نیست. محورهای توپی قدیمی‌تر، به‌ویژه آنهایی که قبل از دهه 1990 ساخته شده‌اند، اغلب دارای روکش کادمیوم یا روی برای جلوگیری از خوردگی هستند و مخلوط کردن آن قطعات آبکاری شده با ضایعات فولادی استاندارد می‌تواند کل دسته‌های فولاد بازیافتی را آلوده کند. ما این را به طور مستقیم دیده‌ایم: چند سال پیش، حیاط قراضه‌ای که با آن کار می‌کردیم، 200 میل تریلر قدیمی را به دلیل آبکاری فلزات سنگین رد کرد و حیاط را مجبور کرد به جای بازیافت، آنها را به‌عنوان زباله‌های خطرناک پردازش کند. این به بار دفن زباله می افزاید و خطرات سمی شیرابه برای آب های زیرزمینی ایجاد می کند.
اما نکته اینجاست: داستان محیطی محور هاب همه منفی نیست. طی 8 سال گذشته، شرکت ما تغییراتی عمدی و مبتنی بر داده‌ها را در خط تولید و فرآیندهای تولید ما ایجاد کرده است که ردپای کربن اجزای محور هاب ما را تا 32 درصد کاهش داده است - و این برای صنعت غیرعادی نیست. بیایید این پیشرفت‌ها را که با انتخاب مواد و طراحی شروع می‌شود، تجزیه کنیم. یک مورد بزرگ از توپی های فولادی سنگین و تک تکه به طرح های مدولار و سبک تر که از فولاد کم آلیاژ با مقاومت بالا (HSLA) استفاده می کند، حرکت می کند. HSLA 20٪ قوی تر از فولاد کربنی استاندارد است، بنابراین می توانیم شفت های هاب را نازک تر، سبک تر و 15٪ مواد کمتری در هر واحد استفاده کنیم بدون اینکه دوام را از بین ببریم. این وزن سبک‌تر مستقیماً کارایی سوخت خودرو را بهبود می‌بخشد: تیم تحقیق و توسعه ما محاسبه کرده است که تغییر ناوگان از توپی‌های استاندارد تریلر فولادی به هاب‌های HSLA ما، 1.2 گالن گازوئیل در هر 1000 مایل صرفه‌جویی می‌کند، که سالانه بیش از 140 گالن در هر تریلر برای مسیرهای طولانی‌مدت افزایش می‌یابد. ما همچنین طراحی اجزای خود را برای کاهش مواد اضافی بهینه کرده‌ایم: به جای ماشینکاری کل شفت از یک میله فولادی جامد، اکنون قطعاتی را طراحی می‌کنیم که می‌توانند با شکل‌های نزدیک به شبکه ریخته‌گری یا آهنگری شوند و ضایعات مواد را تا ۲۸ درصد در فرآیند تولید برش دهیم. این امر نه تنها ضایعاتی را که به محل های دفن زباله می رود کاهش می دهد، بلکه انرژی مورد نیاز برای ماشین آلات را نیز کاهش می دهد.
یکی دیگر از پیشرفت های کلیدی در تولید انرژی است. زمانی که من در این صنعت شروع به کار کردم، اکثر کارگاه های فلزکاری با برق شبکه کار می کردند که 50 درصد آن سوخت فسیلی بود، اما این دیگر برای ما صدق نمی کند. در سال 2018، ما یک آرایه خورشیدی 1.2 مگاواتی را در تأسیسات اصلی تولید خود نصب کردیم و اکنون 82 درصد از برق خود را از خرید انرژی خورشیدی و بادی در محل از طریق شرکت محلی خود تأمین می کنیم. ما همچنین تجهیزات ماشینکاری خود را برای کار بر روی درایوهای فرکانس متغیر ارتقا داده‌ایم، که مصرف انرژی را به جای کارکردن با ظرفیت کامل 24/7 بر اساس وظیفه تنظیم می‌کنند و مصرف انرژی را به ازای هر قطعه 19% کاهش می‌دهند. حتی فرآیند تکمیل ما تغییر کرده است: ما در سال 2017 آبکاری کادمیوم را حذف کردیم، به روکش کروم سه ظرفیتی روی آوردیم که 90 درصد سمی تر و 20 درصد بادوام تر است، عمر سرویس هاب های ما را 30 درصد افزایش داد و خطر زباله های خطرناک را در پایان عمر کاهش داد. ما همچنین در یک سیستم فاضلاب حلقه بسته سرمایه گذاری کرده ایم که 95 درصد از آب مورد استفاده در فرآیندهای آبکاری و ماشینکاری ما را بازیافت می کند و سالانه 1.2 میلیون گالن مصرف آب را کاهش می دهد.
اما شاید تاثیرگذارترین برد زیست محیطی برای محورهای هاب ناشی از اقتصاد دایره ای باشد، چیزی که ما از سال 2020 در اولویت قرار داده ایم. شرکت ما اکنون یک برنامه بازپس گیری برای اجزای محور هاب قدیمی اجرا می کند و با کارگاه های ضایعاتی و مدیران ناوگان کار می کند تا هاب ها و شفت های مستعمل را به جای اجازه دادن به آنها در محل دفن زباله جمع آوری کند. پس از جمع آوری، آنها را پردازش می کنیم تا هرگونه آبکاری یا آلودگی باقیمانده را حذف کنیم، سپس آنها را به تامین کننده فولاد خود برگردانیم تا ذوب شوند و به عنوان ماده اولیه برای قطعات جدید استفاده شوند. سال گذشته، ما بیش از 1200 تن از اجزای هاب را از طریق این برنامه بازیافت کردیم که برای ساخت بیش از 8000 هاب چرخ تریلر کافی بود. فولادی که از ضایعات بازیافتی به دست می آوریم دارای ردپای کربنی است که 75 درصد کمتر از فولاد ساخته شده از سنگ معدن بکر است، به طوری که انتشار قطعات جدید ما را به طور چشمگیری کاهش می دهد. ما همچنین با یک آزمایشگاه تست فلزات شخص ثالث کار می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که تمام فولادهای بازیافتی که استفاده می کنیم از استانداردهای مقاومت و دوام مشابه با فولاد بکر برخوردار هستند، بنابراین مشتریان ما هرگز مجبور به معاوضه عملکرد با پایداری نیستند.
البته هنوز خلأهایی وجود دارد. برای محورهای هاب سبک، که در خودروهای سواری و SUV های کوچک استفاده می شود، معاوضه های محیطی کمی متفاوت است. این قطعات اغلب از آلومینیوم ساخته می‌شوند که سبک‌تر از فولاد است و راندمان سوخت را بهبود می‌بخشد، اما تولید آلومینیوم حتی کربن فشرده‌تر از فولاد است - تقریباً دو برابر CO2 در هر تن، در صورت استفاده از بوکسیت بکر. به همین دلیل است که برای کاربردهای سبک، ما شروع به استفاده از آلومینیوم بازیافتی برای 65 درصد از اجزای هاب خود کرده‌ایم که در مقایسه با آلومینیوم بکر، ردپای کربن آن قطعات را 80 درصد کاهش می‌دهد. ما همچنین در حال آزمایش طرح‌های هیبریدی برای محورهای هاب خودروهای الکتریکی (EV) هستیم که نیاز به تحمل گشتاور و وزن بالاتر از باتری‌های سنگین EV دارند. تیم ما در حال کار بر روی طرحی است که از یک توپی آلومینیومی سبک با درج فولادی برای دوام استفاده می‌کند و نیاز به وزن کم را برای به حداکثر رساندن برد EV و قدرت تحمل بارهای سنگین متعادل می‌کند. آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهد که این طراحی می‌تواند محدوده خودروهای برقی را تا ۲.۵ درصد در هر وسیله نقلیه افزایش دهد، که با رشد ناوگان خودروهای برقی یک دستاورد کوچک اما معنادار است.
در مورد آینده چطور؟ بزرگترین چالش زیست محیطی برای محورهای هاب و برای کل بخش حمل و نقل، گذار به وسایل نقلیه بدون آلایندگی و تولید دایره ای است. در حال حاضر، حتی کارآمدترین محور هاب هنوز هم ردپایی با تولید فولاد اولیه دارد، اما پیشرفت در فولاد سبز - ساخته شده با استفاده از هیدروژن به جای زغال سنگ در ذوب - می تواند این وضعیت را تغییر دهد. تامین‌کننده فولاد ما بخشی از کنسرسیومی است که تولید فولاد سبز را در یک کارخانه آزمایشی در ایالات متحده آزمایش می‌کند و ما قصد داریم تا سال 2028 40 درصد از منابع فولاد خود را به فولاد سبز تغییر دهیم، که باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای محور هاب تا 40 درصد بیشتر می‌شود. ما همچنین در حال سرمایه‌گذاری در تولید افزودنی (چاپ سه بعدی) برای اجزای توپی کوچک، مانند قطعات فلنج و قطعات ماشین‌آلات ساختمانی پین‌های ماشینکاری شده هستیم، که می‌تواند ضایعات مواد را تا 90 درصد در مقایسه با ماشینکاری سنتی از استوک میله‌های جامد کاهش دهد. آزمایش‌های اولیه پین‌های پرینت سه‌بعدی نشان می‌دهد که آنها از استانداردهای بارگذاری و دوام مشابه قطعات ماشینکاری شده برخوردارند، بنابراین این می‌تواند یک تغییر بازی برای قطعات کوچک و با دقت بالا باشد که زمانی منبع بزرگی از ضایعات بودند.
حوزه دیگری که ما روی آن تمرکز کرده‌ایم، افزایش طول عمر محورهای هاب از طریق طراحی و نگهداری بهتر است. یک محور توپی که به جای 7 سال، 10 سال دوام می آورد، تعداد کل قطعات تولید شده را کاهش می دهد، که استخراج مواد خام و انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد. به همین دلیل است که ما یک ضمانت 5 ساله برای تمام محورهای هاب خود ارائه می دهیم و با مدیران ناوگان کار می کنیم تا دستورالعمل های بازرسی و نگهداری منظم را ارائه دهیم - مانند بررسی بلبرینگ چرخ ها برای کاهش اصطکاک، که نه تنها کارایی سوخت را بهبود می بخشد بلکه از سایش زودرس که منجر به تعویض قطعه می شود نیز جلوگیری می کند. ما متوجه شدیم که ناوگانی که از دستورالعمل‌های تعمیر و نگهداری ما پیروی می‌کنند، نرخ تعویض محور توپی خود را تا 22 درصد کاهش می‌دهند که به معنی ضایعات کمتر و کاهش انتشار کلی در طول زمان است.
در پایان روز، اثرات زیست محیطی محور هاب اجتناب ناپذیر نیست. آنها نتیجه انتخاب هایی هستند که ما می کنیم: از چه موادی استفاده می کنیم، چگونه آنها را تولید می کنیم، چگونه قطعات را برای ماندگاری طراحی می کنیم، و چگونه آنها را در پایان عمر آنها کار می کنیم. به عنوان یک تامین کننده، کار من فقط فروش قطعات نیست، بلکه کمک به مشتریان در انتخابی است که تاثیر محیطی آنها را بدون به خطر انداختن ایمنی، قابلیت اطمینان یا هزینه کاهش می دهد.
اگر مدیر ناوگان، تولید کننده تجهیزات یا بخشی از یک تجارت حمل و نقل هستید که به دنبال منبع محوری هاب هستید که عملکرد، دوام و پایداری را متعادل می کند، از فرصتی برای گفتگو استقبال می کنیم. ما می‌توانیم شما را از طریق خط تولید فعلی‌مان، برنامه بازپس‌گیری و اینکه چگونه طرح‌های سفارشی ما می‌تواند به ناوگان شما در صرفه‌جویی در مصرف سوخت و کاهش ضایعات کمک کند، راهنمایی کنیم. فرقی نمی‌کند به دنبال توپی استاندارد چرخ‌های تریلر، محورهای محرک ماشینکاری دقیق، یا قطعات فلنج سفارشی متناسب با کاربرد خود باشید، ما می‌توانیم با شما برای یافتن راه‌حلی متناسب با نیازتان همکاری کنیم.
مراجع
- آژانس بین المللی انرژی (IEA). (2023). انتشارات فولاد و CO2: وضعیت جهانی و نقشه راه برای کربن زدایی انتشارات آژانس بین المللی انرژی، پاریس.
- انجمن های حمل و نقل آمریکا (ATA). (2022). بهبود بهره وری سوخت برای خودروهای تجاری سنگین. بنیاد تحقیقات ATA، اسکندریه، ویرجینیا.
- آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA). (2021). بخش تکمیل و آبکاری فلز: فرصت های پیشگیری از آلودگی. دفتر آب سازمان حفاظت محیط زیست، واشنگتن، دی سی
- انجمن جهانی فولاد (2023). نرخ بازیافت محصولات فولادی: روندها و فرصت های جهانی انجمن جهانی فولاد، بروکسل
- موسسه بین المللی آلومینیوم (IAI). (2022). ارزیابی چرخه زندگی آلومینیوم اولیه در مقابل بازیافت. انتشارات IAI، لندن.
