LCAs у дзеянні: параўнанне экалагічнага ўплыву дуплекснай і вуглаводароднай сталі ў прамысловай інфраструктуры

LCAs у дзеянні: параўнанне экалагічнага ўплыву дуплекснай і вуглаводароднай сталі ў прамысловай інфраструктуры

Пры выбары матэрыялаў для прамысловай інфраструктуры — ад хімічных заводаў да афшорных платформ і мастоў — рашэнне традыцыйна залежыць ад прамых выдаткаў і механічных характарыстыкаў. Але з узмацненнем экалагічных, сацыяльных і кіраванчых (ESG) патрабаванняў і сапраўдным імпульсам у бок стойкасці пытанне пераўтварылася: Які матэрыял мае меншы агульны экалагічны след на працягу ўсяго жыцця?

Ацэнка жыццёвага цыклу (LCA) забяспечвае навуковую аснову для адказу на гэтае пытанне. Параўноўваючы дуплексную нержавеючую сталь (напр. 2205) з вугляроднай стальнёй (напр. A516 Gr. 70), можна перайсці ад першых уражанняў да выбару, заснаванага на дадзеных.

Што такое ацэнка жыццёвага цыклу (LCA)?

LCA — гэта аналіз «ад нараджэння да смерці», які колькасна ацэньвае экалагічны ўплыў прадукту або сістэмы на ўсіх этапах яго жыцця:

1. Здабыча і вытворчасць сыравіны (нараджэнне): Дабыча, плаўка, асноўка і фармаванне металу.

2. Вытворчасць і выраб (брама): Рэзка, зварка і вытворчасць кампанента.

3. Эксплуатацыя: Эксплуатацыя падчас аперацыйнага тэрміну службы канструкцыі.

4. Этап заканчэння жыцця (Grave): Знішчэнне, перапрацоўка і звальванне.

Для канструкцыйных матэрыялаў этап эксплуатацыі часта мае найбольшае значэнне , змяцкаючы ўплыў пачатковага вытворчасці.

Найлепшыя варыянты: агляд

• Вуглавая сталь (A516 Gr. 70): Асноўны матэрыял індустрыі. Нізкая пачатковая кошт, высокая мцнасць, але патрабуе надзейнай абароны ад карозіі (пакрыцці, катодная абарона) ў агрэсіўных асяроддзях.

• Дуплексная нержавеючая сталь (2205): Прамы матэрыял. Вышэйшая пачатковая кошт, але забяспечвае выдатную мцнасць і стойкасць да карозіі, што часта выключае неабходнасць у пакрыццях.

Паэтапнае параўнанне ЛЖА

1. Фаза вытворчасці (ад вытворчасці да складу)

• Сталёўыя сплавы: Мае меншы пачатковы ўласны вугляродны след. Вытворчасць з'яўляецца адносна эфектыўнай, патрабуе менш энергіі, чым вытворчасць нержавеючай сталі. Яе ўздзеянне асноўваецца пераважна на здабычы жалезнай руды і вугалі, які выкарыстоўваецца для аднаўлення ў даменнай печы і сталеплавільнай печы (метод BF-BOF).

  • Тыповая вугляродная інклюзія: ~1,8 - 2,2 кг CO₂e на кілаграм сталі.

• Дуплексная нержавеючая сталь: Мае значна большы пачатковы след. Вытворчасць крытычных легіруючых элементаў, такіх як хрэм, нікель і молібден, а таксама выплаўка ў электрадугавай печы (EAF) павялічвае яе ўздзеянне. Але выкарыстанне пераплаўленага лому (што нержавеючая сталь робіць вельмі добра) можа знізіць гэты эфект.

  • Тыповая вугляродная інклюзія: ~4,5 - 6,5 кг CO₂e на кілаграм сталі.

Вердыкт: Вуглавая сталь мае відавочную перавагу на этапе вытворчасці, з уласным вугляродным следам, які на 60-70% ніжэйшы на кілаграм.

2. Фаза вытворчасці і выканання

• Сталёўыя сплавы: Патрабуе доўгай падрыхтоўкі паверхні (абразіўнае ачыстка) і нанясення шматслоевых пакрыццяў (грунтоўкі, эпоксіды, верхнія пакрыцці). Гэтыя пакрыцці змяшчаюць ЛАР (ляцучыя арганічныя злучэнні) і маюць уласны экалагічны след ад вытворчасці і нанясення.

• Дуплексная нержавеючая сталь: Звычайна не патрабуе пакрыцця, што захоўвае вялікую колькасць энергіі, хімікалаў і працоўных рэсурсаў. Яго большая магутнасць можа дазволіць для тонкіх сектараў , змяншаючы агульную вагу матэрыялу. Хаця зварка можа патрабаваць больш высокай кваліфікацыі, яна выключае эмісію пры працэсах пакрыцця.

Вердыкт: двухслойная нержавеючая сталь часта перамагае на гэтай стадыі, выключаючы экалагічныя выдаткі на сістэмы пакрыцця і дазваляючы лёгкую канструкцыю.

3. Эксплуатацыя: Вырашальная стадыя

Гэта тое месца, дзе сюжэт ЖЦА змяняецца. Эксплуатацыя можа складаць больш 90% ад агульнага ўплыву на працягу ўсяго жыццёвага цыклу канструкцыі.

• Сталёўыя сплавы: Патрабуе бясконцага тэхнічнага абслугоўвання. Пакрыцці дэградуюць і павінны быць адрамантаваны ці нанесены зноў кожныя 5-15 гадоў. Гэта ўключае ў сябе:

  • Вытворчасць новых пакрыццяў.

  • Падрыхтоўка паверхні з высокім спажываннем энергіі (часта з патрэбай утрымання небяспечных выбрасаў ад абаркі).

  • Перавозка персаналу і абсталявання.

  • Простой у вытворчасці падчас тэхнічнага абслугоўвання, што спыняе прыбытак і вымушае іншыя часткі прадпрыемства працаваць менш эфектыўна.

  • Рызык збою: Калі пакрыццё выйдзе з ладу раней часу, катэгатычная карозія можа прывесці да выпаданняў, разліваў і непрадугледжаных рамонтаў з вялікай экалагічнай і эканамічнай каштоўнасцю.

• Дуплексная нержавеючая сталь: Яе пасіўны слой забеспечвае карозійную стойкасць без тэхнічнага абслугоўвання на працягу дзесяткаў гадоў. Адсутнічаюць выбрасы, звязаныя з пакрыццямі, простой для тэхнічнага абслугоўвання, і значна паменшаны рызык збою. Дуплексная структура можа патрымаць 40 і больш гадоў без умяшання.

Вердыкт: Дуплексная нержавеючая сталь з вялікім адрывам перамагае на этапе выкарыстання. Пазбяганне паўтарных цыклаў тэхнічнага абслугоўвання і выбрасаў, звязаных з імі, з'яўляецца яе найбольшай экалагічнай перавагай.

4. Этап заканчэння жыцця

• Абодва матэрыялы: Паўнавартасна перапрацоўвацца без страты характарыстык. Нержавеючая сталь мае больш высокую каштоўнасць перапрацоўкі з-за наяўнасці сплава, што стварае моцны эканамічны стымул для перапрацоўкі. Пасля заканчэння тэрміну службы абодва матэрыялы, як правіла, перапрацоўваюцца ў новую сталь, што эфектыўна кампенсуе наступны цыкл вытворчасці і змяншае патрэбу ў выкарыстанні першаснай руды.

Вердыкт: Нічыя. Абодва матэрыялы добрая падыходзяць для замкнёнага цыклу перапрацоўкі.

Агульны вынік LCA: Залежыць ад кантэксту

«лепшы» матэрыял не з'яўляецца ўніверсальным; ён залежыць ад агрэсіўнасці навакольнага асяроддзя і рэсурс службы актыву.

Практычны прыклад: праходзішча на шэльфе

• Варыянт А (Вугаліставая сталь): 100 тон A516 сталі. Патрабуе афарбоўкі кожныя 10 гадоў. На працягу 30-гадовага тэрміну эксплуатацыі гэта прадугледжвае два вялікія рэмонтныя кампаніі, кожная з якіх мае значны ўласны вугляродны след ад афарбоўкі, абшарывання, паліва судна і прастою вытворчасці.

• Варыянт B (Duplex 2205): 70 тон Duplex (з-за павышанай мцнасці, тонкія перасекі). Не патрабуе тэхнічнага абслугоўвання на працягу 30 і больш гадоў.

Вынік LCA: Хоць вытворчасць 70 тон Duplex мае больш высокі пачатковы вугляродны след у параўнанні з 100 тонамі вугляроднай сталі, збегнутыя эмісіі ад тэхнічнага абслугоўвання варыянта B робяць яго больш стойкім выбарам на ўвесь жыццёвы цыкл.

Галоўны вывад для інжынераў

Канчайце выбіраць матэрыялы толькі з улікам пачатковай каштоўнасці ці ўласнага вугляроднага следу. Каб сапраўды будаваць стойка:

1. Правядзіце спрошчаны LCA: Мадэлюйце прагназаваныя цыклы тэхнічнага абслугоўвання для вугляроджавай сталі. Улічыце ўбудаваны вуглярод у пакрыццях, транспарцоўцы і кошт прастою.

2. Прыарытэтнасць трываласці: У агрэсіўных асяроддзях найболей стойкі матэрыял — гэта той, які служыць даўжэй за ўсё з мінімальнай інтэрвенцыяй. Трываласць — гэта асноўная форма змяншэння адходаў.

3. Пакажыце стойкасць: Выбар матэрыялу, як дуплексная нержавеючая сталь — гэта інвестыцыя ў змяншэнне аперацыйных перапынкаў, нізкія выбрасы на працягу усяго жыццёвага цыклу і высокую экалагічную эфектыўнасць. Гэта пераўтварае цэнтры выдаткаў у цэнніцную прапанову, заснаваную на стойкасці і надзейнасці.