Вклад стали в экономику замкнутого цикла

Вклад стали в экономику замкнутого цикла

В мире существует два типа экономики. Это (i) линейная экономика, (ii) экономика замкнутого цикла. Экономика замкнутого цикла является альтернативой традиционной линейной экономике, в которой ресурсы используются как можно дольше, извлекая из них максимальную ценность во время использования, а затем восстанавливая и регенерируя продукты и материалы в конце каждого срока службы. . Со времени последней промышленной революции экономический рост был тесно связан с потреблением первичных ресурсов; Модели экономики замкнутого цикла пытаются разделить экономический рост и использование ресурсов, поскольку признается, что нынешние модели глобального потребления не являются устойчивыми. В настоящее время происходит переход от системы линейной экономики к системе экономики замкнутого цикла. Поскольку сталь повсюду в нашей жизни и лежит в основе нашего устойчивого будущего, сталелитейная промышленность является неотъемлемой частью глобальной экономики замкнутого цикла.

На протяжении всей своей эволюции и диверсификации индустриальная экономика никогда не выходила за рамки одной фундаментальной характеристики, установленной в первые дни индустриализации. Промышленная экономика основана на линейной модели потребления ресурсов, которая следует модели «бери-производи-распоряжайся». Линейная модель «возьми-сделай-утилизируй» опирается на большое количество легкодоступных ресурсов и энергии и, как таковая, становится все более непригодной для реальности, в которой она работает. Организации добывают материалы, используют их в производстве продуктов, продают продукты клиентам, которые впоследствии выбрасывают их, когда срок службы продуктов истек и они больше не служат по назначению. Это норма в случае концепции линейной экономики (рис. 1), без учета внешних факторов, которые могут иметь место. Кроме того, такое поведение основано на предположении, что ресурсы бесконечны, а внешний вклад необходим для поддержки экономического роста.

Рис. 1. Концепция линейной экономики

В концепции линейной экономики основное внимание уделялось повышению эффективности вдоль этой прямой линии. Более высокая эффективность приводит к меньшему количеству необходимых материалов и ресурсов, что, в свою очередь, приводит к меньшему количеству внешних эффектов на единицу продукции. Однако работа только в направлении эффективности, т. е. сокращение ресурсов и ископаемой энергии, потребляемых на единицу продукции, не меняет конечного характера запасов ресурсов, а может лишь отсрочить неизбежное. Кажется необходимым изменение всей операционной системы.

Однако сейчас мировоззрение постепенно меняется. Зависимость от концепции линейной экономики ослабевает вслед за мощными разрушительными тенденциями, которые будут формировать экономику на долгие годы вперед. Это следующие тенденции:(i) нехватка ресурсов и ужесточение экологических стандартов останутся, (ii) обладание информационными технологиями, позволяющими осуществить переход, и (iii) наблюдение повсеместного изменения в поведении потребителей.

Концепция экономики замкнутого цикла является реакцией на линейный подход. Это происходит из понимания того, что ресурсы нашей планеты не безграничны, и что рост и ценность могут быть созданы без использования внешних первичных материалов. Вместо того, чтобы сбрасывать материалы, энергию и продукты в конце срока службы, концепция экономики замкнутого цикла направлена ​​на то, чтобы изогнуть эту прямую линию, воссоединив конец с началом, чтобы сформировать замкнутый цикл. В этой концепции нет ничего нового, но это то, что было забыто, поскольку люди становятся более богатыми, а организации получают прибыль от того, что люди вынуждены покупать новые обновленные продукты. Экономика замкнутого цикла направлена ​​на восстановление капитала, будь то финансовый, производственный, человеческий, социальный или природный. Такой подход увеличивает поток товаров и услуг.

Концепция экономики замкнутого цикла имеет глубокие корни и не может быть прослежена до какой-то одной даты или автора. Однако его практическое применение к современным экономическим системам и промышленным процессам набрало обороты с конца 1970-х годов в результате усилий небольшого числа ученых, лидеров мнений и бизнеса. Общая концепция была уточнена и разработана несколькими школами мысли, такими как (i) регенеративный дизайн, (ii) экономика производительности, (iii) структура «от колыбели до колыбели», (iv) промышленная экология и (v) биомимикрия, которая опирается на три ключевых принципа природы как модели, природы как меры и природы как наставника.

Экономика замкнутого цикла — это промышленная система, которая является восстановительной или регенеративной по своему замыслу и замыслу. Он основан на предположении, что продукты или детали ремонтируются или восстанавливаются, повторно используются, возвращаются и перерабатываются. Он заменяет концепцию «конец срока службы» на восстановление, переходит к использованию возобновляемых источников энергии, исключает использование токсичных химикатов, которые мешают повторному использованию, и направлен на устранение отходов за счет превосходного дизайна материалов, продуктов, систем. , и в рамках этого бизнес-модели. На рис. 2 показана концепция экономики замкнутого цикла.

Рис. 2. Концепция экономики замкнутого цикла и иерархия управления отходами

Суть экономики замкнутого цикла состоит в том, чтобы отделить создание стоимости от потребления ограниченных природных ресурсов и заменить концепцию окончания срока службы, при которой продукты естественным образом превращаются в отходы. С изменением дизайна продукта, материалов и систем, а также с изменением концепции собственности посредством новых бизнес-моделей потери могут быть ограничены и в конечном итоге устранены. Возможно, наиболее важным основополагающим принципом для достижения этого является переработка материалов, при которой материалы повторно используются для производства новых продуктов, а не утилизируются путем сжигания или закапывания в землю. Но круговая экономика включает в себя больше, чем переработка. Создание круговой системы требует фундаментальных изменений, чтобы полностью поддерживать переработку материалов, а также максимизировать ценность природного капитала. Это влечет за собой ряд новых подходов, а именно (i) рециркуляция материалов, (ii) эффективность материалов продукта и (iii) новые бизнес-модели, которые способствуют снижению спроса на первичные материалы, что приводит к меньшему объему добычи сырья и производству с меньшими затратами. снижение выбросов углекислого газа (CO2).

Экономика замкнутого цикла гарантирует, что ценность продукта сохраняется по истечении срока его полезного использования, в то же время сокращая или устраняя отходы. Эта идея является фундаментальной для концепции устойчивого развития, основанной на тройном принципе, которая фокусируется на взаимодействии между экологическими, социальными и экономическими факторами. Без подхода, основанного на жизненном цикле, настоящая экономика замкнутого цикла невозможна.

Концепция экономики замкнутого цикла основана на нескольких простых принципах. Во-первых, по своей сути экономика замкнутого цикла направлена ​​на «разработку» отходов. Отходов в этом понятии не существует. Продукты разработаны и оптимизированы для цикла разборки и повторного использования. Эти тесные циклы компонентов и продуктов определяют экономику замкнутого цикла и отличают ее от утилизации и даже переработки, когда теряется большое количество встроенной энергии и труда. Во-вторых, циркулярность вводит строгую дифференциацию между расходными и долговечными компонентами продукта. В отличие от сегодняшнего дня, расходные материалы в экономике замкнутого цикла в основном состоят из биологических ингредиентов «питательных веществ», которые, по крайней мере, нетоксичны и, возможно, даже полезны, и могут быть безопасно возвращены в биосферу либо напрямую, либо в каскаде последовательных применений. С другой стороны, товары длительного пользования, такие как двигатели или компьютеры, сделаны из технических питательных веществ, непригодных для биосферы, таких как металлы и большинство пластмасс. Они с самого начала предназначены для повторного использования. В-третьих, энергия, необходимая для подпитки этого цикла, должна быть возобновляемой по своей природе, опять же, чтобы уменьшить зависимость от ресурсов и повысить устойчивость системы (например, к нефтяным потрясениям).

В рамках экономики замкнутого цикла важны характеристики строительной продукции в конце срока службы. Кроме того, важно понимать разницу между повторным использованием и переработкой. Это особенно важно в случае термина «рециркуляция», который имеет расплывчатое определение в общем языке, но более конкретное определение в сфере обращения с отходами и экономики замкнутого цикла. Переработка — это процесс преобразования отходов в новые материалы и продукты, которые могут быть такими же или отличными от исходного материала или продукта. Обычно процесс переработки требует энергии. Рециркуляция может быть истинной или замкнутой, или понижающей. С другой стороны, повторное использование — это последующее использование объекта (в его первоначальном виде) после его первой жизни. Его можно перепрофилировать, но объект претерпевает лишь незначительные изменения, сохраняя аналогичную (или ту же) форму. Также важно различать два разных типа переработки, поскольку выгода для окружающей среды или экономики замкнутого цикла (обычно оцениваемая с помощью оценки жизненного цикла) может значительно различаться. При «настоящей или замкнутой переработке» продукты перерабатываются в продукты с точно такими же свойствами материала. Примером настоящей переработки является переработка стали путем переплавки. В случае «цикла вниз» процесс «цикла вниз» состоит из преобразования материалов в новые материалы более низкого качества и с меньшей функциональностью. Примерами «цикла вниз» являются дробление и измельчение огнеупорных материалов для производства огнеупорного раствора.

Диаграмма Эллен Макартур (рис. 3) концептуально ранжирует варианты обращения с отходами в соответствии с тем, что лучше для окружающей среды. Это было центральной концепцией в рамках политики Европейского Союза в отношении отходов на протяжении многих лет. Иерархия обращения с отходами в рамках этой концепции показана на рис. 2.

Рис. 3. Диаграмма Эллен Макартур для экономики замкнутого цикла

Сталь и экономика замкнутого цикла

Сталь имеет отличные показатели экономики замкнутого цикла как в качестве материала, который является прочным, долговечным, универсальным и пригодным для вторичной переработки, так и в качестве системы структурного каркаса, который является легким, гибким, адаптируемым и пригодным для повторного использования. Одним из ключевых преимуществ стали является то, что она может быть разработана с учетом конкретных требований к прочности, долговечности и утилизации по окончании срока службы практически для любого применения. Сочетание прочности, возможности вторичной переработки, доступности, универсальности и доступности делает эту сталь уникальной.

Нынешние исследования привели к производству новых сталей, которые еще прочнее и легче, чем те, которые доступны сегодня. Турбины ветряных башен, жизненно важные для производства чистой энергии ветра, уже на 50 % легче, чем десять лет назад. Для 70-метровой башни это означает сокращение выбросов CO2 на 200 тонн. Благодаря более высокому соотношению прочности к весу новые стали могут использоваться для изготовления секций башен высотой до 30 метров. Это снижает выбросы при транспортировке и сборке.

Для строительства также разрабатываются стали более высокого качества. Они позволяют строить более крупные и высокие здания более эффективно и производят минимально возможное количество отходов. Ожидается, что использование стали более высокого качества сократит количество стали, используемой в строительстве. Транспортные расходы также снижаются благодаря более тонким и, следовательно, более легким стальным компонентам. Они также сокращают время, необходимое для обработки на заводах и при строительстве на месте, в основном за счет уменьшения количества необходимых сварных швов. Используя эти стали, можно уменьшить количество колонн в строительных конструкциях и сделать их тоньше. Это приводит к увеличению площади и дает возможности для лучшего дизайна и использования пространства. Стали более высокого качества позволяют разрабатывать конструкции, которые включают в себя механизмы рассеяния для поглощения большей части сейсмической энергии, создаваемой землетрясением.

Экономика замкнутого цикла способствует увеличению срока службы продукта. Чем дольше хранится продукт, тем меньше сырья требуется для его производства. Долговечность продукта способствует уменьшению истощения сырья. Поддержание продуктов с максимальной полезностью и ценностью как можно дольше является ключевым компонентом экономики замкнутого цикла. Проще говоря, чем дольше хранится продукт, тем меньше сырья требуется для его получения и переработки, и тем меньше отходов образуется. Изделия из стали по своей природе долговечны, что означает не только их длительный срок службы, но и то, что некоторые виды стали можно повторно использовать после первого срока службы.

Сталь также способствует долговечности. Здания со стальным каркасом можно легко адаптировать, если необходимо изменить конфигурацию конструкции. Здание можно разобрать и перестроить с минимальным ущербом для местного населения и окружающей среды. Прочные и долговечные внешние стальные конструкции могут быть приспособлены к многочисленным внутренним реконфигурациям в соответствии с меняющимися потребностями. Склады или промышленные здания из стали можно легко превратить в современные жилые или рабочие помещения. Это продлевает срок службы здания (и срок службы содержащейся в нем стали) для экономии ресурсов и снижения затрат.

Сталь — универсальный материал как с точки зрения металлургии/химии, так и в качестве продукта. Это бесконечно перерабатываемый материал. Конструктивные элементы изделия должны, прочны и стабильны по размерам, и их можно скреплять болтами, образуя сборки, которые по своей сути являются разборными и пригодными для повторного использования. Стальные конструкции могут быть легко расширены и изменены на месте. Сталь не является единственным материалом. Существует несколько различных марок стали, от мягких обычных сталей до высокопрочных сталей, усовершенствованных высокопрочных сталей и специальных сталей, таких как нержавеющие стали. Каждая марка стали имеет свойства, предназначенные для ее конкретного применения. На самом деле существует более 3 500 различных составов или марок стали с различными физическими, химическими и экологическими свойствами. Если к этому добавить разные размеры и формы изделий, то цифра 3500 увеличивается в несколько раз. Каждая разновидность стали предназначена для конкретных применений в таких разных секторах, как упаковка, машиностроение, бытовая техника, транспортные средства и строительство. Около 75 % современных сталей, доступных сегодня, были разработаны в последние два-три десятилетия. Если Эйфелеву башню нужно восстановить сегодня, потребность в стали составляет лишь одну треть от той стали, которая была первоначально использована (в 1889 г.) из-за улучшений прочности и качества, достигнутых сталелитейной промышленностью за последнее столетие.

Универсальность стали способствует вторичной переработке, поскольку стальной лом можно смешивать в процессе переработки для производства различных типов стали (разных марок и продуктов), которые со временем удовлетворяют меняющимся требованиям. Например, сталь из ненужного промышленного оборудования может быть переработана в более современные продукты, такие как автомобили или бытовая техника, которые, в свою очередь, могут быть переработаны для новых, возможно, еще не открытых приложений в будущем.

Продление срока службы продуктов — еще один ключевой аспект экономики замкнутого цикла. Теоретически вся новая сталь может быть изготовлена ​​из переработанной стали. Однако это практически не осуществимо из-за длительного срока службы стальных изделий, учитывая прочность и долговечность стали. Около 75 % когда-либо произведенной стальной продукции все еще используется сегодня. Здания и другие конструкции из стали могут прослужить от 40 до 100 лет и дольше при условии надлежащего обслуживания.

Продление срока службы продуктов может быть достигнуто путем создания продуктов, которые являются одновременно гибкими и адаптируемыми к изменениям, чтобы они могли служить дольше, а из материалов и ресурсов, используемых для их производства, можно было извлечь большую ценность. Скорость изменений во всех сферах жизни никогда не была выше. Меняющиеся модели работы, новые строительные услуги и информационные технологии, меняющаяся демография и новое законодательство предъявляют новые и разнообразные требования к продукции из стали. Экологически безопасные продукты должны быть гибкими к изменению использования и адаптироваться к будущим нуждам и требованиям, независимо от того, являются ли они нормативными или рыночными.

Крупные и тяжелые компоненты из конструкционной стали требуют планирования на предмет обращения с ними в конце срока службы. Однако, поскольку стальной лом имеет ценность, стимул для извлечения и переработки этих компонентов является высоким и более рентабельным, чем платить за их размещение на свалках.

В хорошо структурированной экономике замкнутого цикла сталь имеет значительные конкурентные преимущества по сравнению с конкурирующими материалами. Эти преимущества определяются четырьмя ключевыми словами:(i) сокращение, (ii) повторное использование, (iii) переработка и (iv) переработка, как показано на рис. 2.

Уменьшить означает уменьшить вес изделий, а значит, и количество используемого материала. Это важный ключ к экономике замкнутого цикла. Благодаря инвестициям в исследования, технологии и правильное планирование производители стали резко сократили количество сырья и энергии, необходимых для производства стали, за последние 50-60 лет. Кроме того, производители стали активно продвигают и развивают использование высокопрочных и усовершенствованных высокопрочных марок стали для ряда применений. Эти марки способствуют легкому весу приложений, начиная от ветряных турбин и заканчивая автомобилями и строительными панелями. Поэтому для обеспечения той же прочности и функциональности требуется меньше стали.

Характеристики повторного использования стали обусловлены ее долговечностью. Сталь можно повторно использовать или перепрофилировать разными способами, с переработкой или без нее. Это уже происходит с автомобильными компонентами, зданиями, рельсами и многими другими приложениями. Повторное использование стали не ограничивается ее первоначальным применением. Это восходит к древним временам, когда мечи были превращены в орала. Повторное использование обычно осуществляется в областях, где это технически возможно без снижения безопасности, механических свойств и/или гарантий. Уровень повторного использования будет увеличиваться по мере того, как экодизайн, дизайн для повторного использования и переработки, а также эффективность использования ресурсов станут более популярными.

Повторное использование выгодно, так как для переработки требуется мало энергии или она вообще не требуется. Долговечность стали гарантирует, что несколько продуктов могут быть частично или полностью повторно использованы в конце их срока службы. Это может значительно продлить жизненный цикл стального изделия. Однако первоначальный дизайн, основанный на концепции жизненного цикла, имеет решающее значение для успеха повторного использования.

Строительная отрасль была одной из первых, кто начал повторно использовать стальные компоненты, такие как несущие балки, кровельные и стеновые элементы. Все чаще эти элементы разрабатываются для повторного использования. Хотя арматурная сталь в настоящее время перерабатывается, а не используется повторно, существуют возможности для создания модульных железобетонных элементов, таких как стандартные плиты перекрытий.

Повторное использование посредством перепрофилирования включает в себя специально разработанную систему сбора и переработки, чтобы сделать продукт пригодным для нового применения. Количество энергии и ресурсов, необходимых для повторного использования приложений, может быть значительно меньше, чем для создания нового приложения из сырья. Например, стальной лист, используемый для постройки кораблей, можно перекатать и использовать при строительстве новых судов. Единственным входом является энергия, необходимая для повторного нагрева, повторной прокатки и транспортировки стали.

Возможна переработка нескольких стальных изделий. Широкий спектр стальной продукции уже перерабатывается. К ним относятся станки, электродвигатели, автоматические коробки передач, офисная мебель, бытовая техника, автомобильные двигатели и ветряные турбины. Повторное производство для повторного использования осуществляется, чтобы воспользоваться долговечностью стальных компонентов. Повторное производство восстанавливает долговечные бывшие в употреблении товары до состояния, близкого к новому. Он отличается от ремонта, который представляет собой процесс, ограничивающийся приведением изделия в рабочее состояние, а не полной разборкой и восстановлением с возможным включением новых деталей.

Восстановление восстанавливает прочные бывшие в употреблении продукты до состояния, близкого к новому. Он включает в себя разборку продукта, во время которой каждый компонент тщательно очищается, проверяется на наличие повреждений и либо восстанавливается в соответствии со спецификациями производителя оригинального оборудования (OEM), либо заменяется новой деталью. Затем изделие собирается и тестируется для обеспечения правильной работы. Этот процесс отличается от ремонта, который ограничивается приведением изделия в рабочее состояние, а не полным восстановлением. Кроме того, разрабатывая стальные изделия для повторного использования или восстановления, можно сохранить еще больше ресурсов.

Вторичная переработка стали осуществляется в сталелитейной промышленности с момента ее производства. Это гарантирует, что стоимость сырья, вложенного в производство стали, сохранится далеко за пределы срока службы стального изделия, и что сталь останется постоянным ресурсом для общества. Все стальные изделия по своей природе подлежат вторичной переработке, а элементы из конструкционной стали также по своей природе пригодны для повторного использования. Кроме того, сталь на 100 % пригодна для повторного использования и может быть переработана снова и снова для создания новых стальных изделий в замкнутом цикле материалов. Переработанная сталь сохраняет присущие свойства исходной стали. Высокая стоимость стального лома обеспечивает экономическую целесообразность переработки. Из-за этого сталь сегодня является наиболее перерабатываемым материалом.

Двумя основными видами сырья для производства стали являются железная руда, один из самых распространенных элементов на Земле, и переработанная сталь (лом). После того, как сталь произведена (из железной руды), она становится постоянным ресурсом для общества, если она восстанавливается в конце жизненного цикла каждого продукта, поскольку она на 100 % подлежит вторичной переработке без потери качества.

Магнитные свойства стали обеспечивают ее недорогое и легкое восстановление для повторного использования. С помощью магнитной сепарации стальной лом из бывших в употреблении товаров можно легко извлечь практически из любого потока отходов. Всемирный обзор сталелитейной промышленности показал, что уровень восстановления для различных секторов варьируется от 50 % для небольших электрических и бытовых приборов до более чем 90 % для машин. Достигаются уровни содержания конструкционной стали в коммерческих и промышленных зданиях до 98 %.

Сталь является наиболее перерабатываемым материалом в мире. Ежегодно перерабатывается около 650 миллионов тонн лома до и после потребления, что приводит к значительной экономии энергии и использования сырья. Весь лом от производства стали и последующей обработки (часто называемый ломом «до потребителя») собирается и перерабатывается непосредственно в процессах производства стали. Содержание вторичного сырья в любом стальном продукте может варьироваться от 5 % до 100 %. С начала производства стали было переработано более 23 миллиардов тонн металлолома.

Необходимо уточнить использование термина «переработка». Все типы стали могут быть переработаны обратно в новую сталь различных марок с сохранением присущих ей свойств материала. Таким образом, стальной лом из более дешевой стальной продукции также может быть преобразован в высококачественную сталь с использованием соответствующей обработки и металлургии. Для других материалов это обычно невозможно. Действительно, качество переработанного материала часто ухудшается или сокращается, как в случае с бетоном, деревом и алюминием.

Переработка важна в экономике замкнутого цикла, поскольку она сохраняет ценные ресурсы. В дополнение к усилиям сталелитейной промышленности по увеличению степени извлечения, существуют также инициативы совместно с другими металлургическими предприятиями и исследовательскими институтами по выявлению потерь на протяжении всего жизненного цикла продукции. Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму эти потери и повысить скорость переработки стали и других материалов.

Сталелитейная промышленность продолжает интегрировать эти преимущества в свою деятельность, чтобы подчеркнуть преимущества стали для тех людей, которые принимают решения о выборе материалов. Сотрудничество всей производственной цепочки необходимо для обеспечения того, чтобы повторно используемые или переработанные продукты имели такие же свойства, как новые стали. Кроме того, чтобы внести свой вклад в экономику замкнутого цикла, ряд ключевых областей, на которых должна сосредоточиться сталелитейная промышленность, включают следующие вопросы.

• Вода, используемая в производственном процессе, должна быть возвращена обществу в том же или лучшем состоянии, в котором она была получена, а выбросы в атмосферу должны быть максимально минимизированы.
• Что касается потребляемого сырья, такого как коксующийся уголь и железная руда, строгое соблюдение экологических норм невозможно, поскольку однажды потребленное сырье невозможно заменить, что снижает способность будущих поколений производить сталь в тех же условиях. как сегодня. Эта проблема может быть решена за счет повторного использования, восстановления и переработки, разработки продуктов для легкого повторного использования и переработки как можно большего количества стали из продуктов в конце их срока службы для производства новых стальных продуктов. Очевидно, что для этого необходимо, чтобы со временем было доступно достаточное количество повторно используемой и перерабатываемой стали для удовлетворения рыночного спроса на сталь. Кроме того, необходимо дополнительно рассмотреть концепцию ответственных поставщиков, принимая во внимание источники материалов в цепочке поставок.
• Выбросы в атмосферу (например, CO2 и других парниковых газов) можно сократить, обеспечив снижение выбросов при использовании стали на этапе использования продукта. Это можно сделать за счет использования, например, высокопрочных сталей или более эффективных сталей, применяемых в двигателях.
• Многие конкурирующие материалы обладают «легкими» свойствами (точнее, материалы с меньшей плотностью) и могут помочь сократить выбросы энергоемких продуктов на этапе использования. Однако при производстве этих материалов часто требуется гораздо больше энергии и выбросов CO2, чем при производстве стальных изделий, что сводит на нет преимущества на этапе использования, которые предлагают эти альтернативные материалы. 

Мышление жизненного цикла

Сегодня сталь повсюду в жизни людей и лежит в основе экологически устойчивого будущего. Сталелитейная промышленность является неотъемлемой частью глобальной экономики замкнутого цикла. Экономика замкнутого цикла способствует безотходному производству, сокращает количество используемых материалов и поощряет повторное использование и переработку материалов — все это фундаментальные преимущества использования стали. Подход, основанный на жизненном цикле, очень важен для обеспечения подлинной устойчивости.

Обычно в настоящее время в помещениях принимаются политики, которые влияют только на «этап использования» в течение срока службы продукта, например, потребление энергии для холодильника или выбросы CO2 при вождении автомобиля. Этот акцент на «этапе использования» может привести к использованию более дорогих альтернативных материалов с более низкой плотностью, но которые, как правило, несут более высокую нагрузку на окружающую среду, если рассматривать весь жизненный цикл. Это ограничение фазы использования не может продолжаться. Мышление жизненного цикла (LCT) требуется для всех производственных решений.

Каждый продукт, который продается и покупается, имеет жизненный цикл. Каждый продукт производится, используется, а затем может быть повторно использован, переработан или утилизирован в конце срока службы. Кроме того, сталь, которая попадает в поток отходов, может быть легко отделена и собрана от других материалов для переработки с помощью магнитов. LCT — это термин, который используется для описания целостного мышления, необходимого для устойчивого решения проблем общества. Необходимо учитывать используемое сырье, потребление энергии, отходы и выбросы продукта на каждом этапе его жизненного цикла. Это начинается с проектирования и заканчивается в момент, когда продукт достигает конца своего срока службы. В LCT предполагается, что хорошо спроектированное металлосодержащее изделие подвергается повторному использованию или переработке его компонентов в конце срока службы.

Только подсчитав используемые ресурсы и энергию, а также отходы и выбросы, образующиеся на каждом этапе этого пути, можно определить истинное воздействие продукта на окружающую среду. Это также позволяет определить, где можно улучшить его долгосрочную экологическую устойчивость. Например, небольшое увеличение энергопотребления или добавление легирующих элементов, необходимых для производства высокопрочных сталей, компенсируется в несколько раз, если учитывать жизненный цикл продукта. Использование этих высокопрочных сталей означает, что продукты могут быть легче и, следовательно, часто экономить энергию на этапе использования их жизни, например, применительно к автомобильному сектору это обеспечивает экономию топлива, а в течение всего жизненного цикла продукта, менее используется энергия.

Есть еще одна причина, почему мышление жизненного цикла очень важно. Зная фактическое влияние каждого этапа жизненного цикла продукта, можно принять наилучшее решение о том, какие материалы следует использовать. Например, в дополнение к высокопрочным сталям иногда используются материалы с низкой плотностью, такие как алюминий, углеродное волокно, магний или пластмассы, чтобы облегчить оборудование. На первый взгляд, эти материалы весят меньше или, точнее, имеют меньшую плотность, чем сталь, и из-за этого могут показаться интересными альтернативами. Однако, если принять во внимание полный жизненный цикл материала, сталь остается конкурентоспособной благодаря своей прочности, долговечности, возможности вторичной переработки, универсальности и стоимости. Сравнение выбросов CO2 этими материалами показано на рис. 4. Кроме того, в конце срока службы продукта эти материалы могут быть отправлены на свалку, поскольку нет экономичного способа переработки или повторного использования материала. В качестве альтернативы, они могут быть переведены в более низкосортный продукт. Важно, чтобы эта информация была известна до принятия ключевых существенных решений. Должен учитываться весь жизненный цикл, от добычи сырья до переработки или утилизации в конце срока эксплуатации.

Рис. 4. Сравнение выбросов CO2

В рамках концепции экономики замкнутого цикла необходимо учитывать подход на основе жизненного цикла, чтобы создать более ресурсоэффективный мир с упором на минимизацию отходов. Сталелитейная промышленность долгое время занималась минимизацией отходов по экономическим причинам. Экономика замкнутого цикла способствует безотходному производству, сокращает количество используемых материалов и поощряет повторное использование и переработку материалов — все это фундаментальные преимущества использования стали. Подход, основанный на жизненном цикле, очень важен для обеспечения подлинной устойчивости.

Побочные продукты стали

Эффективность использования материалов является неотъемлемой частью современного процесса производства стали. Цель состоит в том, чтобы использовать все сырье на полную мощность и исключить отходы производства стали. Этот подход включает промышленный симбиоз, в котором почти каждый побочный продукт, образующийся при производстве стали, используется в новых продуктах. Это сводит к минимуму количество отходов, отправляемых на свалку, сокращает выбросы и сохраняет сырье.

Как и во всех крупномасштабных производственных процессах, при производстве железа и стали образуются побочные продукты. On average the production of 1 ton of steel results in 200 kg (scrap-electric arc furnace route) to 400 kg (blast furnace- basic oxygen furnace route) of by-products. The main by-products produced during iron and steel production are slags (90 %), dusts and sludges. The worldwide average recovery rate for slag varies from over 80 % for steelmaking slag to nearly 100 % for ironmaking slag. Slag is used to make a range of products including cement, fertilizers, and asphalt. Process gases from ironmaking and steelmaking are typically used within the steelmaking plant, replacing steam and electricity, or exported to the local grid. Other by-products such as dust are reclaimed for their high metallic content. The generation of the by-products and their uses are shown in Fig 5.

Fig 5 By-product generation and their uses

In order to achieve better results, over the last few years, several initiatives and activities have been undertaken in order to apply new approaches and techniques aiming at by-product management in iron and steel plants for increasing their recycling. For example, the internal recycling of some of the by-products in the sintering and pelletization processes for achieving high quality of sinter and pellets while simultaneously reducing the environmental impacts and operating costs. In addition, dust recovered from electric arc furnace gas treatment has been used for substituting clays in traditional brick manufacturing, for the purpose of energy savings, environmental impact reduction and possible economic benefits. Furthermore, simulation models development has allowed identifying the slag quality of basic oxygen furnace, electric arc furnace, and ladle furnace to be internally reused and to provide significant economic and environmental improvements, compared to the present slag use in the steel plants. However, there is still significant room for improvement for increasing the recovery rate of by-products, achieving environmental and economic benefits, also according to the principles of industrial symbiosis.