درج پایداری در تولید لوله فولادی: یک رویکرد دایره‌ای

نقش تولید لوله‌های فولادی در اقتصاد دایر

درک مفهوم "اقتصاد دایر در صنعت فولاد"

تولید لوله‌های فولادی دگرگونی بزرگی می‌یابد هنگامی که از رویکرد قدیمی گرفتن-تولید-دورریختن به سمت الگویی چرخشی حرکت می‌کنیم که در آن مواد بارها و بارها مجدداً استفاده می‌شوند نه اینکه صرفاً دور انداخته شوند. روش‌های سنتی به شدت به منابع محدودی وابسته‌اند که در نهایت تمام خواهند شد، اما تفکر چرخشی با بازیافت کردن مواد یا بازسازی آنچه از قبل وجود دارد، ارزش آنها را حفظ می‌کند. فولاد به ویژه برای این نوع تغییر مناسب است، زیرا حتی پس از ذوب شدن و تبدیل به محصولات جدید، تمام خواص استحکامی خود را حفظ می‌کند. این بدین معناست که می‌توانیم بارها از فولاد استفاده کنیم بدون اینکه با کاهش کیفیت مواجه شویم. طبق تحقیقات منتشرشده در سال ۲۰۱۶ توسط مجله بین‌المللی ارزیابی چرخه عمر، بازیافت فولاد بین ۶۲ تا ۷۴ درصد از انرژی مورد نیاز برای تولید لوله‌های فولادی کاملاً جدید از مواد اولیه را صرفه‌جویی می‌کند. این نوع صرفه‌جویی زمانی اهمیت واقعی پیدا می‌کند که بخواهیم لوله‌ها را به شیوه‌ای سازگار با محیط زیست تولید کنیم.

نقش فولاد در اقتصاد چرخشی و دوام مواد

لوله‌های فولادی در موارد زیرساختی بسیار مقاوم هستند و اغلب بیش از پنجاه سال دوام می‌آورند. استحکام آنها باعث می‌شود نیاز به تعویض مکرر کم شود و این موضوع در طول چندین دهه، مصرف مواد جدید را تقریباً ۴۰٪ کاهش می‌دهد. شرکت‌های پیشرو در این صنعت راه‌هایی برای افزایش عمر لوله‌ها یافته‌اند. آنها از پوشش‌های ویژه‌ای استفاده می‌کنند که در برابر زنگ‌زدگی مقاومت می‌کنند و سیستم‌های ماژولاری طراحی می‌کنند که بخش‌های جداگانه قابل تعویض هستند، نه کل سیستم. برخی از لوله‌ها اکنون به عمری بالاتر از ۷۵ سال می‌رسند. این نوع دوام به کشورها کمک می‌کند تا انتشار کربن را کاهش دهند. انجمن جهانی فولاد در گزارشی در سال ۲۰۲۳ اعلام کرد که هر تن فولاد بازیافتی که در تولید لوله‌ها استفاده می‌شود، حدود ۱٫۵ تن دی‌اکسید کربن از ورود به جو جلوگیری می‌کند.

افزایش تقاضا برای مواد زیرساختی پایدار

امروزه شاهد افزایش پروژه‌های زیرساختی جهانی هستیم که به سمت استفاده از لوله‌های فولادی دایره‌ای حرکت می‌کنند و این امر تقاضا برای مواد پایدار را از سال ۲۰۲۰ تاکنون حدود ۳۸ درصد افزایش داده است، بر اساس گزارش زیرساخت‌های جهانی سال گذشته. شهرها و شرکت‌های انرژی برای سیستم‌های آبی و نصب‌های انرژی تجدیدپذیر خود به فولاد تولیدشده با مواد بازیافتی روی می‌آورند، عمدتاً به این دلیل که مقررات مربوط به انتشارات همواره سخت‌گیرانه‌تر می‌شوند و شرکت‌ها می‌خواهند به اهداف صفر متعادل (net-zero) تعیین‌شده دست یابند. بازار مواد ساختمانی دوره‌ای (circular) تا سال ۲۰۳۰ به احتمال زیاد به حدود ۲۴۰ میلیارد دلار رسیده و رشد قابل توجهی خواهد داشت. برای تولیدکنندگانی که به روش‌های تولید حلقه‌بسته (closed loop) روی آورده‌اند، صرفه‌جویی واقعی در هزینه‌ها نیز ممکن است. شرکت‌هایی که این رویکرد را به کار می‌گیرند، معمولاً حدود ۲۲ درصد بهبود در کارایی هزینه دارند، زمانی که ضایعات فلزی را بازیابی کرده و مصرف انرژی خود را در عملیات بهینه می‌کنند.

طراحی برای چرخش در تولید لوله‌های فولادی

اجراي "طراحي براي چرخش" در سيستم‌هاي لوله‌كشي

مفهوم طراحی چرخشی در حال تغییر دادن روش ساخت لوله‌های فولادی است و بر مواری مانند قابلیت جداسازی آسان، تعمیرپذیری هنگام نیاز و بازیابی مواد پس از پایان عمر مفید تمرکز دارد. بسیاری از مهندسان شروع به استفاده از اتصالات استاندارد در طراحی‌های خود کرده‌اند. این اتصالات تعمیر و نگهداری معمولی را بسیار آسان‌تر می‌کنند و امکان بازیابی حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد از مواد را در آینده فراهم می‌کنند، مطابق تحقیقات انجمن جهانی فولاد در سال ۲۰۲۳. چیزی که این روش را بسیار جذاب می‌کند، کاهش نیاز به تعویض کامل زیرساخت‌ها تا حدود ۳۸ درصد در مقایسه با سیستم‌های جوشی سنتی است. علاوه بر این، این لوله‌ها در شرایط سخت که سایر مواد ممکن است دچار خرابی شوند، همچنان مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارند.

سیستم‌های ماژولار لوله‌های فولادی که امکان استفاده مجدد و ساخت مجدد را فراهم می‌کنند

ساخت ماژولار اجازه می‌دهد شبکه‌های لوله‌های فولادی بدون نیاز به تعویض کامل تطبیق یابند. یک مطالعه در سال ۲۰۲۳ نشان داد که این سیستم‌ها نیاز به مواد جدید را از طریق موارد زیر تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهند:

• قطعات متصلشونده قابل تعویض با عمر مفید ارزیابی‌شده 15 ساله یا بیشتر
• قطرهای استاندارد شده که سازگاری بین نسل‌ها را تضمین می‌کنند
• برچسب‌های RFID توکار که ردیابی دقیق موجودی را فراهم می‌کنند

این ویژگی‌ها به اپراتورها امکان می‌دهند به‌صورت تدریجی ارتقا دهند و با اهداف اقتصاد چرخشی در تولید لوله‌های فولادی هماهنگ شوند.

دوقلوهای دیجیتال برای ردیابی چرخه حیات در تولید لوله فولادی

فناوری دوقلوی دیجیتال، پایش بلادرنگ تخریب مواد و عملکرد را فراهم می‌کند. واحدهایی که از دوقلوهای دیجیتال استفاده می‌کنند، با پیش‌بینی زمان‌بندی بهینه تعمیر و نگهداری و بازیافت، میزان استفاده از دارایی‌ها را تا 22٪ افزایش می‌دهند. این قابلیت، نرخ بازیافت 94٪ فولاد را به حداکثر می‌رساند و در عین حال یکپارچگی خطوط لوله را در طول دهه‌ها خدمات حفظ می‌کند.

بازیافت و کارایی منابع در تولید لوله فولادی

قابلیت بازیافت فولاد و فرآیندهای مدرن بازیافت در کارخانه‌های فولاد

ویژگی‌های منحصر به فرد فولاد امکان بازیافت آن را بارها و بارها بدون از دست دادن استحکام یا کیفیت آن فراهم می‌کند، به همین دلیل فولاد در سراسر جهان به عنوان برترین انتخاب برای بازیافت در میان مواد ساختمانی باقی مانده است. امروزه اکثر فرآیندهای بازیافت از طریق کوره‌های قوس الکتریکی (EAFs) انجام می‌شود، فرآیندی که در آن ضایعات فلزی ذوب می‌شوند و حدود ۶۰ درصد انتشار دی اکسید کربن کمتری نسبت به کوره‌های قدیسی دارد. مطالعات چرخه حیات نیز چیز خیره‌کننده‌ای نشان می‌دهند — زمانی که یک تن فولاد را بازیافت کنیم به جای تولید فولاد جدید از مواد اولیه، در واقع حدود ۱٫۵ تن از انتشار کربن را از ورود به جو جلوگیری می‌کنیم. این سطح از کارایی، بازیافت فولاد را نه تنها عملی، بلکه ضروری برای کاهش تأثیرات زیست‌محیطی در صنعت ساخت‌وساز می‌سازد.

بیش از ۹۰٪ نرخ بازیافت جهانی فولاد و پیامدهای آن برای تولید لوله

نرخ بازیافت فولاد در سطح جهانی به ۹۲٪ می‌رسد، که لوله‌های فولادی به دلیل ابعاد یکنواخت و خلوص مواد، به‌ویژه برای بازیافت مناسب هستند. این نرخ بالای بازیافت، استخراج سنگ‌آهن را به میزان ۱٫۴ تن در هر تن فولاد تولیدی کاهش می‌دهد و استراتژی‌های تهیه مواد اولیه را در سراسر صنعت دگرگون می‌کند.

راهبردهای حفظ منابع در تولید لوله فولادی

کارخانه‌های مدرن عملیات کوره قوس الکتریکی (EAF) را با اقدامات پیشرفته حفظ منابع تلفیق می‌کنند:

• سیستم‌های گردش مجدد آب که به نرخ استفاده مجدد ۹۰٪ دست می‌یابند
• واحدهای بازیابی گرمای هدر رفته که مصرف انرژی را ۱۵ تا ۲۰٪ کاهش می‌دهند
• بهینه‌سازی مواد مبتنی بر هوش مصنوعی که تلفات تولید را به کمتر از ۰٫۵٪ کاهش می‌دهد

سیستم‌های حلقه بسته و همزیستی صنعتی در مراکز تولید یکپارچه

کارخانه‌های نوآورانه با تولیدکنندگان سیمان و ایستگاه‌های برق برای ایجاد اکوسیستم‌های صنعتی همزیست همکاری می‌کنند. سرباره حاصل از کارخانه‌های فولاد به افزودنی کلیدی در تولید سیمان تبدیل می‌شود، در حالی که ضایعات پوسته فلزی ورودی فرآیندهای تولید آهن مستقیم را تغذیه می‌کند و جریان‌های ضایعاتی را به نهاده‌های ارزشمند و کانال‌های درآمدی جدید تبدیل می‌کند.

بهره‌وری انرژی و کاهش انتشارات در تولید پایدار فولاد

بهره‌وری انرژی از طریق کوره‌های قوس الکتریکی در تولید لوله فولادی

کورهای قوس الکتریکی، یا به اختصار EAF، نقش بزرگی در افزایش بازدهی انرژی در تولید لوله‌های فولادی ایفا می‌کنند. بر اساس تحقیق سال گذشته موسسه NY Engineers، این کورها حدود دو سوم کمتر از کورهای قدیمی نوع همه‌پی (Blast Furnaces) انرژی مصرف می‌کنند. آنچه این کورها را خاص می‌کند، توانایی آنها در تولید فولادهای محکم تنها با استفاده از ضایعات فلزی بازیافتی است. این بدین معناست که کارخانه‌ها دیگر نیازی به استخراج مجدد سنگ آهن تازه ندارند. با نگاه به آمارهای آمریکا، اکثر تولیدکنندگان لوله فولادی (حدود ۷۰ درصد) به این فناوری EAF روی آورده‌اند. و این مزیت دیگری نیز دارد: این روش‌های جدید به طور قابل توجهی از انتشار دی‌اکسید کربن می‌کاهند، به نحوی که حدود ۱٫۵ تن دی‌اکسید کربن برای هر تن فولاد تولیدی صرفه‌جویی می‌شود.

پس‌انداز CO₂ در هر تن ضایعات مصرفی در بازیافت

در مبارزه با تغییرات آب و هوایی، بازیافت واقعاً تأثیرگذار است. طبق تحقیقات منتشرشده در مجله Journal of Cleaner Production در سال ۲۰۲۲، برای هر تن فلز قراضه‌ای که در کوره‌های قوس الکتریکی پردازش می‌شود، حدود ۱٫۶۷ تن دی‌اکسید کربن از ورود به جو جلوگیری می‌شود. کل چرخه بازیافت نیز به کاهش انتشار کربن کمک می‌کند، زیرا لوله‌های فولادی ساخته‌شده از مواد بازیافتی همچنان عملکرد خوبی دارند و حدود ۹۵ درصد از خواص فولاد تازه را حفظ می‌کنند. مهندسان امروزه ابزارهای تحلیل چرخه حیات جدیدی در اختیار دارند که به آنها امکان می‌دهد میزان سبز بودن مواد مختلف را برای کارهای لوله‌کشی اندازه‌گیری کنند و انتخاب گزینه‌هایی با ردپای کربن کمتر را بدون قربانی کردن کیفیت، آسان‌تر سازند.

تکنیک‌های کاهش مبتنی بر هیدروژن به عنوان نوآوری در تولید پایدار فولاد

برخی از تولیدکنندگان فولاد با نگرشی پیشرو در حال آزمایش سیستم‌های تولید آهن کاهش‌یافته مستقیم مبتنی بر هیدروژن (H2 DRI) هستند که در آن‌ها زغال کک سنتی را در فرآیند تولید آهن با هیدروژن سبز جایگزین می‌کنند. اعداد اولیه نیز امیدوارکننده به نظر می‌رسند؛ آزمایش‌ها کاهش دی‌اکسید کربن در حدود ۹۵ تا ۹۸ درصد را در تولید آهن نشان داده‌اند. این رقم قابل توجه است، با توجه به اینکه تنها فرآوری سنگ‌آهن حدود هفت درصد از کل انتشارات صنعتی در سطح جهان را تشکیل می‌دهد. با ترکیب این روش‌های H2 DRI و کوره‌های قوس الکتریکی که با انرژی‌های تجدیدپذیر کار می‌کنند، ناگهان لوله‌های فولادی ماده‌ای ویژه خواهند شد. این لوله‌ها می‌توانند ماده اصلی ساخت شبکه‌های آب و انرژی فردای جهان باشند و تقریباً هیچ چیزی را به جو منتشر نکنند.

سوالات متداول

اقتصاد چرخشی در صنعت لوله فولادی چیست؟

اقتصاد چرخشی در صنعت لوله‌های فولادی بر بازیافت و استفاده مجدد از مواد تمرکز دارد تا از هدررفت منابع بکاهد، منابع را حفظ کند و تأثیرات زیست‌محیطی را به حداقل برساند. فولاد به دلیل قابلیت بازیافت بالا و حفظ خواص خود حتی پس از چندین بار بازیافت، ماده‌ای ایده‌آل برای این رویکرد است.

سیستم‌های ماژولار لوله فولادی چگونه به پایداری کمک می‌کنند؟

سیستم‌های ماژولار لوله فولادی با امکان تعمیر و تعویض آسان قطعات بدون نیاز به بازسازی کامل سیستم‌ها، به پایداری کمک می‌کنند. این امر مصرف مواد را کاهش می‌دهد و اصول اقتصاد چرخشی را پشتیبانی می‌کند.

کوره‌های قوس الکتریکی (EAFs) چه نقشی در تولید پایدار فولاد ایفا می‌کنند؟

کوره‌های قوس الکتریکی (EAFs) در تولید پایدار فولاد بسیار مهم هستند، زیرا از ضایعات فولادی بازیافتی برای تولید لوله‌های فولادی استفاده می‌کنند و به این ترتیب مصرف انرژی و انتشار کربن را در مقایسه با کوره‌های قدیسی به شدت کاهش می‌دهند.

تولید آهن مبتنی بر هیدروژن چگونه به محیط زیست کمک می‌کند؟

تولید آهن مبتنی بر هیدروژن، زغال کک را با هیدروژن سبز جایگزین می‌کند که به‌طور چشمگیری انتشار کربن را در فرآیند تولید آهن کاهش می‌دهد و به تولید فولاد دوستدار محیط‌زیست کمک می‌کند.