ACV in azione: confronto dell'impatto ambientale tra acciaio duplex e acciaio al carbonio nelle infrastrutture industriali

ACV in azione: confronto dell'impatto ambientale tra acciaio duplex e acciaio al carbonio nelle infrastrutture industriali

Quando si scelgono i materiali per l'infrastruttura industriale - dalle piante di lavorazione chimica alle piattaforme offshore e ai ponti - la decisione si è tradizionalmente basata sui costi iniziali e sulle proprietà meccaniche. Tuttavia, con l'aumentare delle normative ambientali, sociali e di governance (ESG) e con una reale spinta verso la sostenibilità, la domanda è evoluta: Quale materiale offre l'impronta ambientale totale inferiore durante tutto il suo ciclo di vita?

Una valutazione del ciclo di vita (LCA) fornisce il quadro scientifico per rispondere a questa domanda. Confrontando l'acciaio inossidabile duplex (ad esempio, 2205) con l'acciaio al carbonio (ad esempio, A516 Gr. 70), possiamo andare oltre le impressioni iniziali e fare una scelta basata sui dati.

Che cos'è una valutazione del ciclo di vita (LCA)?

Una LCA è un'analisi che va dalla produzione alla fine del ciclo di vita e quantifica gli impatti ambientali di un prodotto o sistema lungo tutte le fasi della sua esistenza:

1. Acquisizione e produzione delle materie prime (Cradle): Estrazione mineraria, fusione, legatura e formatura del metallo.

2. Produzione e lavorazione (Gate): Taglio, saldatura e costruzione del componente.

3. Fase d'uso: Prestazioni durante la vita operativa della struttura.

4. Fine vita (Cimitero): Demolizione, riciclaggio e smaltimento.

Per i materiali strutturali, la fase di utilizzo è spesso la più significativa , oscurando l'impatto della produzione iniziale.

I contendenti: una panoramica

• Acciaio al carbonio (A516 Gr. 70): Il cavallo da lavoro dell'industria. Basso costo iniziale, alta resistenza, ma richiede una protezione anticorrosione robusta (rivestimenti, protezione catodica) in ambienti aggressivi.

• Acciaio inossidabile duplex (2205): Un materiale premium. Costo iniziale più elevato ma offre un'eccezionale resistenza e protezione contro la corrosione, eliminando spesso la necessità di rivestimenti.

Confronto LCA per Fasi

1. Fase di Produzione (Cradle-to-Gate)

• Acciaio al carbonio: Ha un minore impatto iniziale in termini di carbon footprint incorporata. La produzione è relativamente efficiente, richiedendo meno energia rispetto all'acciaio inossidabile. Il suo impatto principale proviene dall'estrazione del minerale di ferro e dall'uso del carbone per la riduzione nel processo Altoforno-Convertitore (BF-BOF).

  • Carbonio Incorporato Tipico: ~1,8 - 2,2 kg CO₂e per kg di acciaio.

• Acciaio Inossidabile Duplex: Presenta un'impronta iniziale significativamente maggiore. La produzione energivora di elementi leganti critici come cromo, nichel e molibdeno, oltre al processo di fusione nell'EAF (Electric Arc Furnace), aumenta il suo impatto. Tuttavia, l'utilizzo di rottami riciclati (che l'acciaio inossidabile utilizza molto bene) può mitigare questo aspetto.

  • Carbonio Incorporato Tipico: ~4,5 - 6,5 kg CO₂e per kg di acciaio.

Giudizio: L'acciaio al carbonio ha un chiaro vantaggio nella fase di produzione, con un carbonio incorporato per chilogrammo circa del 60-70% inferiore.

2. Fase di Produzione e Lavorazione

• Acciaio al carbonio: Richiede un'estesa preparazione della superficie (sabbiatura) e l'applicazione di sistemi di rivestimento multistrato (primer, epossidici, finiture superficiali). Questi rivestimenti contengono COV (Composti Organici Volatili) e hanno un proprio impatto ambientale derivante dalla produzione e dall'applicazione.

• Acciaio Inossidabile Duplex: In genere non richiede rivestimenti, risparmiando enormi quantità di energia, prodotti chimici e manodopera. La sua maggiore resistenza potrebbe permettere sezioni più sottili , riducendo il peso totale del materiale necessario. Sebbene la saldatura possa richiedere una maggiore competenza, elimina le emissioni derivanti dai processi di rivestimento.

Verdetto: l'acciaio inossidabile duplex spesso prevale in questa fase, eliminando i costi ambientali dei sistemi di rivestimento e permettendo un design leggero.

3. Fase d'uso: Il fattore decisivo

È in questa fase che la narrazione dell'ACV (Analisi del Ciclo di Vita) si capovolge. La fase d'uso può rappresentare più del 90% l'impatto complessivo del ciclo vitale di una struttura.

• Acciaio al carbonio: Richiede manutenzione continua. I rivestimenti si degradano e devono essere riparati o riapplicati ogni 5-15 anni. Questo comporta:

  • Produzione di nuovi rivestimenti.

  • Preparazione della superficie ad alta intensità energetica (spesso richiede il contenimento di detriti di sabbiatura pericolosi).

  • Trasporto di personale e attrezzature.

  • Fermo produzione durante la manutenzione, bloccando gli introiti e costringendo altre parti dell'impianto a operare in modo meno efficiente.

  • Rischio di guasto: Se il rivestimento si rompe prematuramente, la corrosione catastrofica può causare perdite, fuoriuscite e riparazioni impreviste con costi ambientali ed economici enormi.

• Acciaio Inossidabile Duplex: Il suo strato passivo offre una resistenza alla corrosione senza manutenzione per decenni. Non vi sono emissioni legate ai rivestimenti ricorrenti, nessun fermo per la manutenzione e un rischio di guasto drasticamente ridotto. Una struttura Duplex può durare oltre 40 anni senza interventi.

Giudizio: L'acciaio inossidabile Duplex vince nettamente nella fase di utilizzo. L'evitare cicli ripetuti di manutenzione e le relative emissioni costituisce il suo maggiore vantaggio ambientale.

4. Fase di fine vita

• Entrambi i materiali: Sono riciclabili al 100% senza alcuna perdita di proprietà. L'acciaio inossidabile ha un valore di riciclo più alto grazie al contenuto di lega, creando un forte incentivo economico per il riciclo. Alla fine del ciclo vitale, entrambi i materiali vengono generalmente riciclati in nuovo acciaio, accreditando efficacemente il ciclo produttivo successivo e riducendo la necessità di minerale vergine.

Verdetto: Pareggio. Entrambi i materiali si distinguono per circolarità.

Conclusione dell'analisi del ciclo di vita (LCA): Dipende dal contesto

Il materiale "migliore" non è universale; è una funzione della corrosività dell'ambiente e la durata Progettata dell'asset.

Un esempio pratico: passerella offshore

• Opzione A (Acciaio al carbonio): 100 tonnellate di acciaio A516. Richiede riverniciatura ogni 10 anni. In una vita utile di 30 anni, ciò comporta due campagne di manutenzione principali, ciascuna con un significativo carbonio incorporato derivante dai rivestimenti, dall'abrasione, dal carburante delle navi e dall'interruzione della produzione.

• Opzione B (Duplex 2205): 70 tonnellate di Duplex (grazie alla maggiore resistenza, spessori ridotti). Richiede zero manutenzione per oltre 30 anni.

Risultato LCA: Sebbene la produzione di 70 tonnellate di Duplex abbia un costo iniziale di carbonio più alto rispetto a 100 tonnellate di acciaio al carbonio, le emissioni evitate per manutenzione dell'Opzione B la rendono la scelta più sostenibile durante l'intero ciclo vitale.

La Conclusione per gli Ingegneri

Smetti di prendere decisioni sui materiali basandoti esclusivamente sul costo iniziale o sul carbonio incorporato. Per costruire realmente in modo sostenibile:

1. Esegui un'analisi LCA Semplificata: Modella i cicli di manutenzione previsti per l'acciaio al carbonio. Considera il carbonio incorporato dei rivestimenti, del trasporto e il costo delle fermate produttive.

2. Dai Priorità alla Durabilità: In ambienti corrosivi, il materiale più sostenibile è quello che dura più a lungo con il minimo intervento. La longevità è la forma più efficace di riduzione dei rifiuti.

3. Specificare per Resilienza: Scegliere un materiale come l'acciaio inossidabile Duplex rappresenta un investimento per ridurre le interruzioni operative, abbassare le emissioni durante tutto il ciclo vitale e ottenere una superiore performance ambientale. Trasforma un centro di costo in una proposta di valore basata su sostenibilità e affidabilità.