การประเมินวัฏจักรชีวิต (LCA) ในทางปฏิบัติ: เปรียบเทียบผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ (Duplex) กับเหล็กคาร์บอนในโครงสร้างพื้นฐานอุตสาหกรรม

การประเมินวัฏจักรชีวิต (LCA) ในทางปฏิบัติ: เปรียบเทียบผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของเหล็กกล้าดูเพล็กซ์ (Duplex) กับเหล็กคาร์บอนในโครงสร้างพื้นฐานอุตสาหกรรม

เมื่อเลือกวัสดุสำหรับโครงสร้างพื้นฐานอุตสาหกรรม—ตั้งแต่โรงงานแปรรูปเคมี แพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง ไปจนถึงสะพาน—การตัดสินใจมักขึ้นอยู่กับต้นทุนและคุณสมบัติทางกล อย่างไรก็ตาม ด้วยข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม สังคม และธรรมาภิบาล (Environmental, Social, and Governance - ESG) ที่เพิ่มขึ้นและการมุ่งมั่นในการพัฒนาอย่างยั่งยืน ทำให้คำถามเปลี่ยนไปว่า: วัสดุชนิดใดมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่ากัน

การประเมินวงจรชีวิต (Life Cycle Assessment - LCA) จะช่วยให้มีกรอบทางวิทยาศาสตร์ในการตอบคำถามนี้ โดยการเปรียบเทียบเหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเพล็กซ์ (เช่น 2205) กับเหล็กกล้าคาร์บอน (เช่น A516 Gr. 70) เราจะสามารถก้าวข้ามความรู้สึกแรกเริ่ม และตัดสินใจโดยอ้างอิงข้อมูลเชิงประจักษ์

การประเมินวงจรชีวิต (LCA) คืออะไร

การประเมินวงจรชีวิต (LCA) เป็นการวิเคราะห์แบบครบวงจร (Cradle-to-Grave) ที่วัดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์หรือระบบตลอดขั้นตอนต่าง ๆ ในวงจรชีวิตของมัน ดังนี้

1. การได้มาและการผลิตวัตถุดิบ (Cradle): การทำเหมือง การหลอม การผสมโลหะ และการขึ้นรูปโลหะ

2. การผลิตและการประกอบ (Gate): การตัด เชื่อม และการสร้างชิ้นส่วน

3. ช่วงการใช้งาน (Use Phase): สมรรถนะตลอดอายุการใช้งานของโครงสร้าง

4. ขั้นตอนสุดท้ายของวงจรชีวิต (Grave): การทำลาย นำกลับมาใช้ใหม่ และกำจัด

สำหรับวัสดุโครงสร้าง ช่วงการใช้งานมักเป็น ช่วงที่มีผลกระทบสำคัญที่สุด , ซึ่งมากบดบังผลกระทบจากกระบวนการผลิตในช่วงต้น

วัสดุที่เป็นตัวเลือก: สรุปภาพรวม

• เหล็กกล้าคาร์บอน (A516 Gr. 70): วัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม มีต้นทุนเริ่มต้นต่ำ ให้ความแข็งแรงสูง แต่จำเป็นต้องมีระบบป้องกันการกัดกร่อนที่มีประสิทธิภาพ (เช่น ชั้นเคลือบ หรือระบบป้องกันแบบคาโทดิก) ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนสูง

• เหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเพล็กซ์ (2205): วัสดุระดับพรีเมียม มีต้นทุนเริ่มต้นสูงกว่า แต่ให้ความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนได้ยอดเยี่ยม มักทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ชั้นเคลือบ

การเปรียบเทียบ LCA ตามขั้นตอน

1. ขั้นตอนการผลิต (Cradle-to-Gate)

• เหล็กคาร์บอน: มีคาร์บอนฟุตพริ้นท์เริ่มต้นต่ำกว่า การผลิตมีประสิทธิภาพค่อนข้างสูง ใช้พลังงานน้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม ผลกระทบส่วนใหญ่มาจากการทำเหมืองแร่เหล็กและถ่านหินที่ใช้ในการลดปริมาณในกระบวนการ Blast Furnace-Basic Oxygen Furnace (BF-BOF)

  • คาร์บอนฟุตพริ้นท์เฉลี่ย: ~1.8 - 2.2 กก. ของ CO₂e ต่อกิโลกรัมของเหล็ก

• สเตนเลสกลุ่มดูเพล็กซ์: มีคาร์บอนฟุตพริ้นท์เริ่มต้นสูงกว่าอย่างมาก การผลิตธาตุโลหะผสมสำคัญที่ใช้พลังงานสูง เช่น โครเมียม นิกเกิล และโมลิบดีนัม รวมถึงกระบวนการหลอมในเตา Electric Arc Furnace (EAF) เพิ่มผลกระทบโดยรวม อย่างไรก็ตาม การใช้วัสดุรีไซเคิล (ซึ่งเหล็กกล้าไร้สนิมทำได้ดี) สามารถลดผลกระทบดังกล่าวได้

  • คาร์บอนฟุตพริ้นท์เฉลี่ย: ~4.5 - 6.5 กก. ของ CO₂e ต่อกิโลกรัมของเหล็ก

ผลการประเมิน: เหล็กกล้าคาร์บอนมีข้อได้เปรียบชัดเจนในขั้นตอนการผลิต โดยมีคาร์บอนฟุตพริ้นท์ต่ำกว่าประมาณ 60-70% ต่อกิโลกรัม

2. ขั้นตอนการผลิตและการประกอบ

• เหล็กคาร์บอน: ต้องเตรียมพื้นผิวอย่างละเอียด (การพ่นทรายขัดผิว) และการใช้ระบบเคลือบหลายชั้น (สีรองพื้น เรซินอีพ็อกซี สีเคลือบเงา) สีเคลือบเหล่านี้มีสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตและการใช้งาน

• สเตนเลสกลุ่มดูเพล็กซ์: โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องเคลือบผิว ช่วยประหยัดพลังงาน สารเคมี และแรงงานได้มาก อีกทั้งความแข็งแรงที่สูงกว่าอาจทำให้สามารถใช้ ชิ้นส่วนที่บางลง เพื่อลดรวมน้ำหนักของวัสดุที่ต้องใช้ แม้ว่าการเชื่อมอาจต้องการความเชี่ยวชาญมากกว่า แต่ก็ช่วยกำจัดการปล่อยมลพิษจากกระบวนการเคลือบผิว

สรุป: สแตนเลส duplex มักได้เปรียบในขั้นตอนนี้ เนื่องจากกำจัดค่าผลกระทบสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการเคลือบผิว และช่วยให้ออกแบบชิ้นส่วนมีน้ำหนักเบาลง

3. ระยะการใช้งาน: ปัจจัยตัดสินใจ

นี่คือจุดที่ผลการประเมินวงจรชีวิต (LCA) เปลี่ยนไป ระยะการใช้งานสามารถก่อให้เกิดผลกระทบต่อวงจรชีวิตทั้งหมดของโครงสร้างได้ มากกว่า 90% ของอายุการใช้งานทั้งหมด

• เหล็กคาร์บอน: ต้องบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่อง สีเคลือบจะเสื่อมสภาพและต้องซ่อมแซมหรือทาใหม่ทุกๆ 5-15 ปี ซึ่งรวมถึงขั้นตอนดังต่อไปนี้:

  • การผลิตสีและสารเคลือบใหม่

  • การเตรียมพื้นผิวที่ใช้พลังงานสูง (มักต้องควบคุมเศษซากที่เกิดจากการีดพื้นผิวซึ่งอาจเป็นอันตราย)

  • การขนส่งทีมงานและอุปกรณ์

  • การหยุดทำงานของกระบวนการผลิต ระหว่างการบำรุงรักษา ทำให้หยุดการสร้างรายได้ และบังคับให้ส่วนอื่นๆ ของโรงงานทำงานอย่างไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควร

  • ความเสี่ยงต่อการเกิดความล้มเหลว: หากสารเคลือบเสียหายก่อนเวลา สนิมที่เกิดขึ้นอย่างรุนแรงอาจนำไปสู่การรั่วไหล การหกเลอะ และการซ่อมแซมฉุกเฉิน ซึ่งส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจอย่างมหาศาล

• สเตนเลสกลุ่มดูเพล็กซ์: ชั้นผิวแบบพาสซีฟ (passive layer) ของมันให้การป้องกันสนิมที่ไม่ต้องบำรุงรักษาเป็นเวลานานหลายทศวรรษ ไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจ greenhouse gases จากการบำรุงรักษา ไม่มีการหยุดดำเนินการเพื่อทำการบำรุงรักษา และความเสี่ยงต่อการเกิดความล้มเหลวลดลงอย่างมาก โครงสร้างแบบดูเพล็กซ์ (Duplex) อาจมีอายุการใช้งานได้มากกว่า 40 ปีโดยไม่ต้องบำรุงรักษาเลย

สรุป: เหล็กกล้าไร้สนิมแบบดูเพล็กซ์ชนะขาดในช่วงของการใช้งาน ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดด้านสิ่งแวดล้อมคือการหลีกเลี่ยงวงจรการบำรุงรักษาซ้ำๆ ที่มาพร้อมกับการปล่อยก๊าซเรือนกระจ greenhouse gases

4. ขั้นตอนสิ้นสุดการใช้งาน

• วัสดุทั้งสองชนิด: สามารถรีไซเคิลได้ 100% โดยไม่มีการสูญเสียคุณสมบัติใด ๆ เหล็กกล้าไร้สนิมมีมูลค่าในการรีไซเคิลที่สูงกว่าเนื่องจากมีองค์ประกอบโลหะผสม ซึ่งสร้างแรงจูงใจทางเศรษฐกิจที่แข็งแกร่งสำหรับการรีไซเคิล เมื่อถึงขั้นตอนสิ้นสุดการใช้งาน วัสดุทั้งสองชนิดมักถูกรีไซเคิลเพื่อผลิตเหล็กใหม่ ซึ่งมีประสิทธิภาพในการให้เครดิตแก่วงจรผลิตภัณฑ์ถัดไปและลดความจำเป็นในการใช้แร่ดิบ

สรุป: เท่ากัน วัสดุทั้งสองชนิดโดดเด่นในด้านการหมุนเวียน

ข้อสรุปจากการประเมินวงจรชีวิต (LCA): ขึ้นอยู่กับบริบท

วัสดุที่ "ดีกว่า" ไม่ได้มีค่าทั่วไปเหมือนกัน; มันขึ้นอยู่กับ ความกัดกร่อนของสภาพแวดล้อม และ อายุการใช้งานตามการออกแบบ ของสินทรัพย์

ตัวอย่างเชิงปฏิบัติ: ทางเดินนอกชายฝั่ง

• ตัวเลือก A (เหล็กคาร์บอน): เหล็ก A516 จำนวน 100 ตัน ต้องทาสีใหม่ทุก 10 ปี ในช่วงอายุการใช้งาน 30 ปี จะต้องดำเนินการบำรุงรักษาใหญ่ 2 ครั้ง โดยแต่ละครั้งมีคาร์บอนไดออกไซด์สะสมจากสี วัสดุขัดผิว เชื้อเพลิงสำหรับเรือ และการหยุดดำเนินการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ

• ตัวเลือก B (Duplex 2205): เหล็กกล้าสองเฟสจำนวน 70 ตัน (เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงกว่า จึงใช้แผ่นที่บางกว่า) ไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาเป็นเวลา 30 ปีขึ้นไป

ผลการประเมิน LCA: แม้ว่าการผลิตเหล็กกล้าสองเฟส 70 ตันจะมีต้นทุนคาร์บอนในช่วงเริ่มต้นสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน 100 ตัน แต่ การลดการปล่อยก๊าซจากกระบวนการบำรุงรักษา ของตัวเลือก B ทำให้เป็นทางเลือกที่ยั่งยืนมากกว่าตลอดอายุการใช้งาน

ข้อสรุปสำหรับวิศวกร

หยุดการเลือกวัสดุโดยพิจารณาเพียงแค่ต้นทุนเริ่มต้นหรือปริมาณคาร์บอนที่สะสมอยู่เท่านั้น เพื่อการก่อสร้างที่ยั่งยืนอย่างแท้จริง:

1. ดำเนินการประเมิน LCA แบบง่าย: สร้างแบบจำลองวงจรการบำรุงรักษาที่คาดการณ์ไว้สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน คำนึงถึงปริมาณคาร์บอนที่สะสมอยู่ในชั้นเคลือบ ค่าขนส่ง และต้นทุนที่เกิดจากการหยุดทำงาน

2. ให้ความสำคัญกับความทนทาน: ในสภาพแวดล้อมที่กัดกิน การเลือกใช้วัสดุที่ยั่งยืนที่สุด คือการเลือกวัสดุที่มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด และต้องการการบำรุงรักษาต่ำที่สุด ความทนทานยาวนานคือรูปแบบสูงสุดของการลดของเสีย

3. กำหนดให้มีความแข็งแกร่งทนทาน: การเลือกใช้วัสดุอย่างสแตนเลสแบบดูเพล็กซ์ (Duplex stainless steel) คือการลงทุนเพื่อลดการหยุดชะงักในการดำเนินงาน ลดการปล่อยมลพิษตลอดอายุการใช้งาน และเพิ่มประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่เหนือกว่า ซึ่งเปลี่ยนศูนย์รวมค่าใช้จ่ายให้กลายเป็นข้อเสนอเชิงมูลค่าที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของความยั่งยืนและความน่าเชื่อถือ