Primjena LCA-a: Usporedba ekološkog utjecaja duplex čelika i ugljičnog čelika u industrijskoj infrastrukturi

Primjena LCA-a: Usporedba ekološkog utjecaja duplex čelika i ugljičnog čelika u industrijskoj infrastrukturi

Kada se odabiru materijali za industrijsku infrastrukturu – od kemijskih tvornica do offshore platforma i mostova – odluka je tradicionalno temeljila na početnoj cijeni i mehaničkim svojstvima. Međutim, uz porast ESG (Ekoloških, društvenih i upravljačkih) smjernica i stvarni trud za održivost, pitanje se razvilo u sljedeće: Koji materijal ima manji ukupni ekološki otisak tijekom cijelog svog vijeka trajanja?

Procjena životnog ciklusa (LCA) nudi znanstveni okvir za odgovor na ovo pitanje. Uspoređujući duplex nehrđajući čelik (npr. 2205) s ugljičnim čelikom (npr. A516 Gr. 70), možemo prijeći iznad početnih dojmova i donijeti odluku temeljenu na podacima.

Što je procjena životnog ciklusa (LCA)?

LCA je analiza od rođenja do smrti koja kvantificira ekološke utjecaje proizvoda ili sustava kroz sve faze njihovog životnog ciklusa:

1. Nabava i proizvodnja sirovina (Rođenje): Rudarenje, topljenje, legiranje i oblikovanje metala.

2. Proizvodnja i izrada (Kapija): Rezanje, zavarivanje i konstruiranje komponente.

3. Faza korištenja: Performanse tijekom radnog vijeka strukture.

4. Faza završnog života (Razgradnja): Razaranje, recikliranje i odlaganje.

Za strukturne materijale, faza korištenja često je najvažnija , što nadilazi utjecaj proizvodnje.

Kandidati: Pregled

• Ugljični čelik (A516 Gr. 70): Radni konj industrije. Niska početna cijena, visoka čvrstoća, ali zahtijeva kvalitetnu zaštitu od korozije (premazi, katodna zaštita) u agresivnim okolinama.

• Duplex nehrđajući čelik (2205): Premijski materijal. Viša početna cijena, ali nudi izuzetnu čvrstoću i otpornost na koroziju, često čime se eliminira potreba za premazima.

Usporedba LCA po fazama

1. Faza proizvodnje (Cradle-to-Gate)

• Ugljikov nafta: Ima niži početni sadržaj ugljičnog otiska. Proizvodnja je relativno učinkovita i zahtijeva manje energije u usporedbi s nehrđajućim čelikom. Njezin utjecaj uglavnom proizlazi iz rudarenja željezne ruda i uglja koji se koristi za redukciju u visokoj peći-bazenskoj peći (BF-BOF) procesu.

  • Tipični sadržaj ugljičnog otiska: ~1,8 - 2,2 kg CO₂e po kilogramu čelika.

• Dupleksni nerđavi čelik: Ima znatno veći početni otisak. Intenzivna proizvodnja kritičnih legirajućih elemenata poput kroma, nikla i molibdena, kao i proces topljenja u električnoj luku (EAF), dodatno povećavaju njezin utjecaj. Međutim, upotreba recikliranih otpadaka (što nehrđajući čelik izvrsno koristi) može ublažiti taj utjecaj.

  • Tipični sadržaj ugljičnog otiska: ~4,5 - 6,5 kg CO₂e po kilogramu čelika.

Verdict: Ugljični čelik ima jasnu prednost u fazi proizvodnje, s otprilike 60-70% nižim sadržajem ugljičnog otiska po kilogramu.

2. Faza proizvodnje i obrade

• Ugljikov nafta: Zahtijeva temeljitu pripremu površine (abrazivno pištoljno čišćenje) i nanošenje višeslojnih sustava premaza (pogrunte, epoksidi, završni premazi). Ovi premazi sadrže LZO-e (leteće organske spojeve) i imaju vlastiti ekološki otisak od proizvodnje i primjene.

• Dupleksni nerđavi čelik: Obično ne zahtijeva premazivanje, što štedi ogromne količine energije, kemikalija i rada. Njegova veća čvrstoća može omogućiti tanje presjeke , smanjujući ukupnu težinu potrebnog materijala. Iako zavarivanje može zahtijevati više stručnosti, uklanja emisije iz procesa premazivanja.

Zaključak: Duplex nehrđajući čelik često pobjeđuje u ovoj fazi time da uklanja ekološke troškove sustava premaza i omogućuje lagani dizajn.

3. Faza uporabe: Odlučujući faktor

Tu se obrne LCA priča. Faza uporabe može iznositi preko 90% ukupnog ekološkog utjecaja strukture tijekom njenog vijeka trajanja.

• Ugljikov nafta: Zahtijeva kontinuiranu održavanje. Premazi se degradiraju i moraju se popraviti ili ponovno nanijeti svakih 5-15 godina. To uključuje:

  • Proizvodnja novih premaza.

  • Površinska obrada koja zahtijeva puno energije (često zahtijeva zatvaranje prostora zbog opasnog otpada nastalog pištoljnim čišćenjem).

  • Transport osoblja i opreme.

  • Zaustavljanje proizvodnje tijekom održavanja, što zaustavlja prihode i prisiljava druge dijelove tvornice da rade manje učinkovito.

  • Rizik od kvara: Ako premaz prijevremeno izgubi svoja svojstva, katastrofalna korozija može dovesti do curenja, izlijevanja i neplaniranih popravaka s velikim ekološkim i ekonomskim troškovima.

• Dupleksni nerđavi čelik: Njegov pasivni sloj osigurava trajnu zaštitu od korozije tijekom desetljeća. Nema emisija povezanih s premazima, nema zaustavljanja rada za održavanje, a rizik od kvara je drastično smanjen. Duplex struktura može trajati i više od 40 godina bez ikakvih intervencija.

Zaključak: Duplex nehrđajući čelik jasno pobjeđuje u fazi upotrebe. Izbjegavanje ponovljenih ciklusa održavanja i povezanih emisija predstavlaju njegov najveći ekološki benefit.

4. Faza krajnjeg vijeka trajanja

• Oba materijala: Potpuno su reciklabilni bez gubitka svojstava. Nehrđajući čelik ima višu vrijednost recikliranja zbog sadržaja legure, čime se stvara jaka ekonomska poticajna za reciklažu. Na kraju vijeka trajanja, oba materijala se obično recikliraju u novi čelik, učinkovito kreditirajući sljedeći ciklus proizvoda i smanjujući potrebu za sirovim rudačama.

Verdict: Nerešeno. Oba materijala izvrsno se pokazuju u kružnom gospodarstvu.

Zaključak LCA: Ovisi o kontekstu

"bolji" materijal nije univerzalan; on je funkcija korozivnosti okoline i dizajnersko životinje imovine.

Praktični primjer: Offshore prolaz

• Opcija A (Ugljični čelik): 100 tona A516 čelika. Zahtijeva ponovno premazivanje svakih 10 godina. Tijekom 30-godišnjeg vijeka trajanja, to uključuje dvije velike kampanje održavanja, od kojih svaka ima značajnu ugrađenu emisiju ugljika iz premaza, pištoljne obrade, goriva za brodove i proizvodne stanku.

• Opcija B (Duplex 2205): 70 tona Duplexa (zbog veće čvrstoće, tanji profili). Ne zahtijeva nikakvu održavanje tijekom 30+ godina.

Rezultat LCA-a: Iako proizvodnja 70 tona Duplexa ima veće početne emisije ugljika u usporedbi s 100 tona ugljičnog čelika, emisije koje se izbjegnu tijekom održavanja čine opciju B održivijim izborom tijekom cijele životne dobe.

Zaključak za inženjere

Prestanite donositi odluke o materijalima isključivo na temelju početnih troškova ili ugrađenog ugljika. Kako biste zaista gradili održivo:

1. Provedite pojednostavljeni LCA: Modelirajte predviđene cikluse održavanja za ugljični čelik. Uključite ugrađeni ugljik premaza, transporta i troškova vremena bez rada.

2. Dajte prioritet trajnosti: U korozivnim okolinama, najtrajniji materijal je onaj koji izdrži najdulje s najmanje intervencija. Trajnost je konačni oblik smanjenja otpada.

3. Odredite za otpornost: Odabir materijala poput Duplex nehrđajućeg čelika predstavlja investiciju u smanjenje operativnih prekida, niže emisije tijekom vijeka trajanja i superiornu okolinsku učinkovitost. Pretvara troškovno mjesto u vrijednosnu ponudu zasnovanu na održivosti i pouzdanosti.