ACD-urile în acțiune: Compararea impactului asupra mediului al oțelului duplex versus oțelului carbon în infrastructura industrială

ACD-urile în acțiune: Compararea impactului asupra mediului al oțelului duplex versus oțelului carbon în infrastructura industrială

La alegerea materialelor pentru infrastructura industrială - de la uzine de procesare chimică la platforme offshore și poduri - decizia s-a bazat tradițional pe costurile inițiale și proprietățile mecanice. Totuși, odată cu apariția cerințelor privind responsabilitatea de mediu, socială și de guvernanță (ESG) și cu dorința autentică de a fi sustenabil, întrebarea s-a schimbat: Care material oferă un impact ambiental total mai redus pe durata întregului ciclu de viață?

O evaluare a ciclului de viață (LCA) oferă cadrul științific pentru a răspunde la această întrebare. Comparând oțelul inoxidabil duplex (de exemplu, 2205) cu oțelul carbon (de exemplu, A516 Gr. 70), putem depăși impresiile inițiale și face o alegere bazată pe date.

Ce este o Evaluare a Ciclului de Viață (LCA)?

LCA este o analiză de la cradle-to-grave care cuantifică impacturile asupra mediului ale unui produs sau sistem de-a lungul tuturor etapelor ciclului său de viață:

1. Achiziția și Producția Materiilor Prime (Cradle): Mineritul, topirea, alierea și formarea metalului.

2. Producția și Fabricația (Gate): Tăierea, sudarea și construcția componentei.

3. Faza de Utilizare: Performanța pe durata vieții operaționale a structurii.

4. Fază de final de viață (Grave): Demolare, reciclare și eliminare.

Pentru materialele structurale, faza de utilizare este adesea cea mai semnificativă , eclipsând impactul producției inițiale.

Concurenții: O imagine de ansamblu

• Oțel carbon (A516 Gr. 70): Muncașul industriei. Cost inițial redus, rezistență mare, dar necesită o protecție eficientă împotriva coroziunii (acoperiri, protecție catodică) în medii agresive.

• Oțel inoxidabil duplex (2205): Un material premium. Cost inițial mai mare, dar oferă o rezistență și o protecție excelentă împotriva coroziunii, eliminând adesea necesitatea acoperirilor.

Comparatie LCA pe Etape

1. Faza de Producție (Cradle-to-Gate)

• Oțel carbon: Are o amprentă de carbon inițială mai mică. Producția este relativ eficientă, necesitând mai puțină energie decât oțelul inoxidabil. Impactul său provine în principal din exploatarea minieră a minereului de fier și din utilizarea cărbunelui pentru reducere într-un cuptor cu oxigen de bază (BF-BOF).

  • Amprenta de carbon tipică: ~1.8 - 2.2 kg CO₂e per kg de oțel.

• Oale Inoxidabile Duplex: Are o amprentă inițială semnificativ mai mare. Producția intensivă de energie a elementelor esențiale de aliere, cum ar fi cromul, nichelul și molibdenul, precum și procesul de topire în cuptor electric (EAF), contribuie la impactul său. Cu toate acestea, utilizarea deșeurilor reciclate (pe care oțelul inoxidabil o face foarte bine) poate reduce acest impact.

  • Amprenta de carbon tipică: ~4.5 - 6.5 kg CO₂e per kg de oțel.

Verdict: Oțelul carbon are un avantaj clar în faza de producție, având o amprentă de carbon cu aproximativ 60-70% mai mică pe kilogram.

2. Faza de Fabricație și Prelucrare

• Oțel carbon: Necesită o pregătire extinsă a suprafeței (abrazivare) și aplicarea unor sisteme de acoperire multi-strat (grunduri, epoxi, vopsele de suprafață). Aceste acoperiri conțin COV (compuși organici volatili) și au propria amprentă de medie generată în timpul producției și aplicării.

• Oale Inoxidabile Duplex: De regulă nu necesită acoperire, economisind cantități imense de energie, produse chimice și muncă. Rezistența sa mai mare poate permite secțiuni mai subțiri ceea ce reduce greutatea totală a materialului necesar. Deși sudarea poate necesita o expertiză mai ridicată, aceasta elimină emisiile provenite din procesele de acoperire.

Concluzie: Oțelul inoxidabil duplex câștigă adesea în această fază prin eliminarea costurilor de mediu ale sistemelor de acoperire și prin posibilitatea de a proiecta structuri ușoare.

3. Faza de utilizare: Factorul decisiv

Aici se inversează povestea ACA (analiza pe întreg ciclul de viață). Faza de utilizare poate reprezenta peste 90% din impactul total al unei structuri pe întregul ciclu de viață.

• Oțel carbon: Necesită întreținere continuă. Acoperirile se degradează și trebuie reparate sau reaplicate la fiecare 5-15 ani. Aceasta implică:

  • Producerea unor noi acoperiri.

  • Pregătirea energointensivă a suprafeței (de multe ori necesitând conținerea deșeurilor periculoase provenite de la sablare).

  • Transportul echipelor și al echipamentului.

  • Oprirea producției în timpul întreținerii, ceea ce oprește veniturile și forțează alte părți ale instalației să funcționeze mai puțin eficient.

  • Riscul de eșec: Dacă acoperirea eșuează prematur, coroziunea catastrofală poate duce la scurgeri, vărsări și reparații neplanificate, cu costuri massive, atât de mediu, cât și economice.

• Oale Inoxidabile Duplex: Stratul său pasiv oferă o rezistență la coroziune fără întreținere pe durata a decenii. Nu există emisii legate de acoperiri, nu există oprire pentru întreținere și un risc redus drastic de eșec. Un strat duplex poate dura 40+ ani fără nicio intervenție.

Concluzie: Oțelul inoxidabil duplex câștigă clar în faza de utilizare. Evitarea ciclurilor repetate de întreținere și a emisiilor asociate acestora este avantajul său principal din punct de vedere al mediului.

4. Faza de Sfârșit de Viață

• Ambele Materiale: Sunt 100% reciclabile fără pierderi ale proprietăților. Oțelul inoxidabil are o valoare reciclată mai mare datorită conținutului său de aliaj, ceea ce creează un stimulent economic puternic pentru reciclare. La sfârșitul duratei de viață, ambele materiale sunt reciclate de regulă în oțel nou, creditând eficient următorul ciclu de produs și reducând necesitatea de minereu virgen.

Verdict: Este egal. Ambele materiale se remarcă prin circularitate.

Concluzia ACM: Depinde de Context

Materialul "mai bun" nu este universal; este o funcție a corozivității mediului şi durata de viață a proiectului a activului.

Un exemplu practic: Pasarelă offshore

• Opțiunea A (Oțel carbon): 100 tone de oțel A516. Necesită reîmbrăcământare la fiecare 10 ani. Pe durata de viață de 30 de ani, aceasta implică două campanii majore de întreținere, fiecare cu un conținut semnificativ de carbon inclus în vopsele, sablare, combustibil pentru nave și oprirea producției.

• Opțiunea B (Duplex 2205): 70 tone de Duplex (datorită rezistenței mai mari, secțiuni mai subțiri). Nu necesită niciun fel de întreținere timp de 30+ ani.

Rezultat LCA: Deși producția a 70 tone de Duplex are un cost inițial de carbon mai mare decât 100 tone de oțel carbon, emisiile evitate prin întreținere ale Opțiunii B o fac pe aceasta alegerea mai sustenabilă pe întreaga durată de viață.

Concluzia pentru Ingineri

Cesați să luați decizii legate de materiale bazându-vă doar pe costul inițial sau carbonul incorporat. Pentru a construi cu adevărat în mod sustenabil:

1. Realizați o LCA Simplificată: Modelați ciclurile proiectate de întreținere pentru oțelul carbon. Includeți carbonul incorporat al acoperirilor, transportului și costul timpului de nefuncționare.

2. Prioritizați durabilitatea: În medii corozive, cel mai sustenabil material este cel care durează cel mai mult cu o intervenție minimă. Longevitatea este forma ultimă de reducere a deșeurilor.

3. Specificați pentru rezistență: Alegerea unui material precum oțelul inoxidabil duplex reprezintă o investiție în reducerea perturbărilor operaționale, emisii reduse pe durata de viață și o performanță ambientală superioară. Transformă un centru de cost într-o propunere de valoare construită pe sustenabilitate și fiabilitate.