実践的なLCA：産業インフラにおける二相性鋼と炭素鋼の環境影響の比較

実践的なLCA：産業インフラにおける二相性鋼と炭素鋼の環境影響の比較

化学プラントから海上プラットフォーム、橋梁に至る産業インフラの材料選定において、選択はこれまでのところ主に初期コストと機械的特性に左右されてきました。しかし、環境・社会・統治（ESG）に関する規制の台頭と持続可能性への真の追求に伴い、問題は次の段階へと進化しています。 どの素材が全体的な環境負荷が最も低いでしょうか？

これに答えるためには、ライフサイクルアセスメント（LCA）が科学的な枠組みを提供します。ダブルステンレス鋼（例：2205）と炭素鋼（例：A516 Gr. 70）を比較することで、最初の印象を超えてデータに基づいた選択をすることができます。

ライフサイクルアセスメント（LCA）とは何ですか？

LCAとは、ある製品やシステムの一生を通じた環境への影響を定量化する「サプライチェーン全体」の分析手法です。

1. 原材料の取得および生産（サプライチェーンの始まり）: 金属の採掘、溶解、合金化および成形。

2. 製造および加工（ゲート）: 切断、溶接および部品の構築。

3. 使用段階: 構造物の運用期間中の性能。

4. ライフサイクル終了後（廃棄段階）： 解体、リサイクル、処分。

構造材においては、 使用段階が最も重要であることが多い 。初期生産時の環境影響を上回る場合が多い。

登場人物：ショット画像

• 炭素鋼（A516 Gr. 70）： 業界の主力素材。初期コストが低く、高強度であるが、腐食性の強い環境では強力な腐食防止対策（コーティング、陰極防食）が必要。

• 二相系ステンレス鋼（2205）： 高級素材。初期コストは高いが、優れた強度と耐腐食性を備えており、多くの場合コーティングは不要。

段階別LCA比較

1. 生産フェーズ（調達から工場出荷まで）

• 炭素鋼： 初期の内包炭素量は比較的少ないです。生産プロセスが効率的で、ステンレス鋼よりも少ないエネルギーで済みます。ただし、主に高炉－転炉（BF-BOF）プロセスにおいて鉄鉱石の採掘と還元に使用される石炭によって環境負荷が発生します。

  • 一般的な内包炭素量： ～1.8 - 2.2 kg CO₂e／kg 鉄鋼

• デュープレックスステンレス鋼： 初期の環境負荷ははるかに高いです。クロム、ニッケル、モリブデンなどの重要な合金元素の製造には大量のエネルギーを消費し、電気炉（EAF）での溶解プロセスも負荷を増加させます。ただし、ステンレス鋼は再生スクラップの使用効率が非常に良いため、この負荷を軽減することが可能です。

  • 一般的な内包炭素量： ～4.5 - 6.5 kg CO₂e／kg 鉄鋼

結論：炭素鋼は生産フェーズにおいて明確な優位性があり、ステンレス鋼に比べて1kgあたりの内包炭素量が約60～70％少ないです。

2. 製造・加工フェーズ

• 炭素鋼： 広範囲の表面処理（研磨材によるブラスト処理）および多層塗装システム（プライマー、エポキシ、トップコート）の適用が必要です。これらの塗料にはVOC（揮発性有機化合物）が含まれており、製造および塗布工程においてそれぞれ環境負荷があります。

• デュープレックスステンレス鋼： 通常、塗装を必要としないため、膨大な量のエネルギー、化学薬品および労力を節約できます。さらに高い強度により 薄肉構造 が可能となり、必要な素材総量の軽量化につながります。溶接にはより高度な技術が必要となる場合がありますが、塗装工程からの排出を完全に排除します。

結論：ダブルックス系ステンレス鋼は、塗装システムによる環境コストを排除し、軽量設計を可能にするため、この段階では多くの場合優位性を持ちます。

3. 使用段階：決定要因

ここがLCA（ライフサイクルアセスメント）評価の分岐点です。使用段階における環境影響は構造物全体のライフサイクル上 90%以上減少します 70～90％

• 炭素鋼： 継続的なメンテナンスが必要です。コーティングは劣化するため、5～15年ごとに修復または再塗布する必要があります。これには以下の工程が含まれます：

  • 新たな塗料の製造。

  • エネルギーを大量に消費する表面処理 （有害なブラスト破片を封じ込める必要がある場合がよくあります）

  • 作業員と機材の輸送

  • メンテナンスによる生産停止 メンテナンス中は収益が停止し、工場内の他の部分も効率の低下を余儀なくされます

  • 故障のリスク： コーティングが早期に劣化した場合、深刻な腐食により漏洩や流出、予期せぬ修理が必要となり、環境的および経済的な大きなコストが発生します

• デュープレックスステンレス鋼： 不動態皮膜により、何十年もの間、メンテナンスフリーで腐食に耐えることができます。コーティングに起因する排出物は発生せず、メンテナンスのための停止も不要であり、故障リスクが大幅に軽減されます。ダブルックス構造は、一切の手入れを必要とせず40年以上持つ可能性があります

結論：ダブルックス鋼は使用段階において圧倒的に優れています。繰り返されるメンテナンス作業とその際に発生する排出量を回避できることは、環境面での最大の利点です

4. ライフサイクル終了後の段階

• 両方の素材： 特性が低下することなく100％リサイクル可能です。ステンレス鋼はその合金成分により高いリサイクル価値があり、リサイクルの強い経済インセンティブを生み出します。寿命が尽きた後、両方の素材は通常新しい鋼鉄にリサイクルされ、次回の製品サイクルに実質的にクレジットを提供し、一次鉱石の必要性を減らします。

結論：引き分け。両方の素材とも循環性において優れています。

LCA（ライフサイクルアセスメント）の結論：文脈によって異なります

より"優れた"素材は普遍的ではなく、それは 環境の腐食性と および 設計寿命 資産の耐用年数

実際の例：海上用通路

• オプションA（炭素鋼）： a516鋼100トンを使用。10年ごとに再塗装が必要。30年間の使用期間では、2回の大規模なメンテナンス作業が必要であり、それぞれの作業で塗料、ブラスト処理、作業船用燃料および生産停止によるカーボンフットプリントが大幅に発生します。

• オプションB（ダブルックス2205）： 70トンのダプレックス（高強度のため、より薄い断面）。30年以上のメンテナンス不要。

LCAの結果： 70トンのダプレックスの製造には、100トンの炭素鋼よりも初期の炭素コストが高いですが、 オプションBの回避されたメンテナンス時の排出量 がライフサイクル全体を通じてより持続可能な選択肢となります。

エンジニア の 結論

初期コストや 炭素の含有量だけに 基づいて 決定を下すのをやめましょう 持続可能な建築をするために

1. 簡素化LCAを実行する 炭素鋼の 預計された メンテナンス サイクルをモデル化する コーティングに埋め込まれた炭素,輸送,停電コストの要因

2. 耐久性 を 優先 する 腐食性の環境では、最も持続可能な素材が最も長持ちし、最も少ない手入れで済みます。長寿命化は廃棄物削減の最終的な形態です。

3. レジリエンス（回復力）を重視して仕様指定を実施： ダブルフェーズ系ステンレス鋼などの素材を選定することは、運用上の中断の削減、生涯にわたる排出量の低減、そして優れた環境性能への投資となります。これによりコスト要因を、持続可能性と信頼性に基づく価値提案へと転換させます。