LCA's in actie: De milieueffecten van duplex- en koolstofstaal vergelijken in industriële infrastructuur

LCA's in actie: De milieueffecten van duplex- en koolstofstaal vergelijken in industriële infrastructuur

Bij het kiezen van materialen voor industriële infrastructuur - van chemische verwerkingsinstallaties tot offshore platforms en bruggen - hing het besluit traditioneel af van de initiële kosten en mechanische eigenschappen. Echter, met de opkomst van milieu-, sociale en bestuursmaatregelen (ESG) en een echt streven naar duurzaamheid, is de vraag geëvolueerd: Welk materiaal heeft over de gehele levensduur het laagste totale milieueffect?

Een levenscyclusanalyse (LCA) biedt het wetenschappelijke kader om hierop antwoord te geven. Door duplex roestvrij staal (bijvoorbeeld 2205) te vergelijken met koolstofstaal (bijvoorbeeld A516 Gr. 70), kunnen we voorbij eerste indrukken gaan en een keuze maken op basis van data.

Wat is een levenscyclusanalyse (LCA)?

Een LCA is een analyse vanaf de geboorte tot de dood die de milieueffecten van een product of systeem gedurende alle fasen van zijn levenscyclus in kaart brengt:

1. Verwerving en productie van grondstoffen (Cradle): Mijnbouw, smelten, legeren en vormgeven van het metaal.

2. Fabricage en productie (Gate): Zagen, lassen en het bouwen van het onderdeel.

3. Gebruiksperiode: Prestatie gedurende de operationele levensduur van de constructie.

4. Einde van Levenscyclus (Grave): Sloop, recycling en afvalverwijdering.

Voor constructiematerialen is de gebruiksperiode vaak het meest significant , waardoor de impact van de initiële productie in de schaduw komt te staan.

De Kandidaten: Een Overzicht

• Koolstofstaal (A516 Gr. 70): De werkpaard van de industrie. Lage initiële kosten, hoge sterkte, maar vereist een robuust corrosiebeschermingssysteem (coatings, kathodische bescherming) in agressieve omgevingen.

• Duplex RVS (2205): Een premium materiaal. Hogere initiële kosten, maar biedt uitzonderlijke sterkte en corrosieweerstand, waardoor vaak het gebruik van coatings overbodig wordt.

Vergelijking van LCA fase per fase

1. Productiefase (van bron tot poort)

• Koolstofstaal: Heeft een lagere initiële ingesloten koolstofvoetafdruk. De productie is relatief efficiënt en vereist minder energie dan roestvrij staal. De impact komt voornamelijk voort uit de winning van ijzererts en de gebruikte steenkool voor reductie in een Hoogoven-Basisoxidator (BF-BOF) proces.

  • Typische ingesloten koolstofvoetafdruk: ~1,8 - 2,2 kg CO₂e per kg staal.

• Duplex roestvrij staal: Heeft een aanzienlijk hogere initiële voetafdruk. De energie-intensieve productie van kritische legeringselementen zoals chroom, nikkel en molybdeen, plus het smeltproces in een elektrische lichtboogoven (EAF), draagt bij aan de impact. Het gebruik van gerecycled schroot (waar roestvrijstaal erg goed in is) kan dit echter verminderen.

  • Typische ingesloten koolstofvoetafdruk: ~4,5 - 6,5 kg CO₂e per kg staal.

Oordeel: Koolstofstaal heeft een duidelijk voordeel in de productiefase, met ongeveer 60-70% lagere ingesloten koolstof per kilogram.

2. Fabricage- en bewerkingsfase

• Koolstofstaal: Vraagt om uitgebreide oppervlaktevoorbereiding (slijpstralen) en het aanbrengen van meervoudige coating systemen (grondverf, epoxy's, afdeklaag). Deze coatings bevatten vluchtige organische stoffen (VOS) en hebben hun eigen milieubelasting door productie en toepassing.

• Duplex roestvrij staal: Vraagt meestal geen coating, waardoor enorme hoeveelheden energie, chemicaliën en arbeid worden bespaard. De hogere sterkte kan leiden tot dunnere doorsneden , waardoor het totale benodigde materiaalgewicht afneemt. Hoewel lassen meer expertise kan vereisen, voorkomt dit emissies van coatingprocessen.

Conclusie: duplex roestvast staal wint in deze fase vaak door de milieukosten van coatingsystemen te elimineren en een licht ontwerp mogelijk te maken.

3. Gebruiksfasen: De beslissende factor

Dit is waar het LCA-verhaal omslaat. De gebruiksfasen kunnen verantwoordelijk zijn voor meer dan 90% van het totale levenscyclus-impact van een constructie.

• Koolstofstaal: Vraagt om continue onderhoud. Coatings degraderen en moeten elke 5-15 jaar worden gerepareerd of opnieuw worden aangebracht. Dit omvat:

  • Productie van nieuwe coatings.

  • Energie-intensive oppervlaktebehandeling (vaak vereist containment van gevaarlijke straalafval).

  • Vervoer van personeel en uitrusting.

  • Productiestilstand tijdens onderhoud, wat inkomsten stopt en dwingt andere delen van de fabriek minder efficiënt te werken.

  • Risico op falen: Als de coating te vroeg faalt, kan catastrofale corrosie leiden tot lekken, spills en ongeplande reparaties met een enorme milieuschade en economische kosten.

• Duplex roestvrij staal: De passieve laag biedt onderhoudsvrije corrosiewering voor decennia. Er zijn geen terugkerende coating-gerelateerde emissies, geen stilstand voor onderhoud, en een sterk verminderd risico op falen. Een Duplex-structuur kan 40+ jaar meegaan zonder enige ingreep.

Oordeel: Duplex roestvast staal wint overweldigend in de gebruiksfase. Het vermijden van herhaalde onderhoudscycli en de daarmee gepaard gaande emissies is zijn grootste milieuvoordeel.

4. Eindfase

• Beide materialen: Zijn 100% recyclebaar zonder enig verlies van eigenschappen. Roestvrij staal heeft een hogere recyclewaarde vanwege zijn legeringssamenstelling, wat een sterk economisch voordeel voor recycling oplevert. Aan het einde van de levenscyclus worden beide materialen doorgaans gerecycled tot nieuw staal, waardoor effectief de volgende productiecyclus wordt gecrediteerd en de behoefte aan nieuw erts wordt verminderd.

Oordeel: Gelijkspel. Beide materialen presteren uitstekend op het gebied van circulariteit.

De LCA-conclusie: dat hangt van de context af

Het "beter" materiaal is niet universeel; het hangt af van de corrosiviteit van de omgeving en de ontwerp levensduur van het object.

Een praktijkvoorbeeld: Offshore loopbrug

• Optie A (koolstofstaal): 100 ton A516 staal. Vereist herbecladding elke 10 jaar. Binnen een levensduur van 30 jaar betekent dit twee grote onderhoudscampagnes, elk met aanzienlijke ingebedde koolstofuitstoot vanwege becladding, stralen, scheepsbrandstof en productiestilstand.

• Optie B (Duplex 2205): 70 ton Duplex (vanwege de hogere sterkte, dunner profiel). Vereist nul onderhoud gedurende 30+ jaar.

LCA-resultaat: Hoewel de productie van 70 ton Duplex een hogere initiële koolstofkost heeft dan 100 ton koolstofstaal, levert de vermeden onderhoudsemissies van optie B het de duurzaamste keuze over de gehele levenscyclus.

De essentie voor ingenieurs

Stop met het maken van materiaalkeuzes uitsluitend op basis van initiële kosten of ingesloten koolstof. Om echt duurzaam te bouwen:

1. Voer een vereenvoudigde LCA uit: Modelleer de verwachte onderhoudscycli voor koolstofstaal. Houd rekening met de ingesloten koolstof van coatings, transport en de kosten van stilstand.

2. Duurzaamheid staat voorop: In corrosieve omgevingen is het duurzaamste materiaal het materiaal dat het langst meegaat met zo min mogelijk ingrijpen. Levensduur is de uiteindelijke vorm van afvalreductie.

3. Specificeren voor veerkracht: Het kiezen van een materiaal zoals Duplex roestvrij staal is een investering in verminderde operationele verstoringen, lagere levenscyclusuitstoot en superieure milieuprestaties. Het verandert een kostenpost in een waardeprop ositie gebaseerd op duurzaamheid en betrouwbaarheid.