碳纤维船体结构轻量化效果的环境影响分析

卞 慧1，夏佳伟1，韩志强1，龚希武1，刘呈伟2（1. 浙江海洋大学 船舶与海运学院；2. 舟山长宏国际船舶修造有限公司）

摘要：[目的]为揭示碳纤维船体结构轻量化效果对环境负荷的影响，[方法]以11 m 碳纤维增强复合材料高速艇为例，采用全生命周期评估方法进行环境影响评估，评价指标是大气污染相关的全球变暖潜力（GWP）和臭氧层破坏潜力（ODP）。[结果]结果表明：基于纤维含量调节的碳纤维船体结构轻量化设计方法，通过增加纤维用量、减少树脂用量，当纤维含量为55%时，能够在满足结构安全的同时实现质量最优，对比设计原案（纤维含量为40%）船体结构减重12.5%。但碳纤维在制造阶段环境负荷远远高于树脂的，导致生产阶段的GWP 与ODP 分别上升10.24%和14.37%。相反，运营阶段因船体轻量化，25 a 内节油323.98 t，GWP 与ODP 分别下降4.13%和4.19%。[结论]营运阶段的周期远远长于制造阶段，轻量化效果对营运阶段的正面影响可覆盖生产阶段的负面影响。研究可为绿色船舶设计与航运业碳中和提供参考。

关键词：碳纤维增强复合材料；船体结构；轻量化设计；环境影响评价