การนำความยั่งยืนมาใช้ในกระบวนการผลิตท่อเหล็ก: แนวทางแบบวงกลม

บทบาทของการผลิตท่อเหล็กในเศรษฐกิจหมุนเวียน

การเข้าใจแนวคิด "เศรษฐกิจหมุนเวียนในอุตสาหกรรมเหล็ก"

การผลิตท่อเหล็กได้รับการปรับปรุงครั้งใหญ่ เมื่อเราเปลี่ยนจากการดำเนินการแบบเดิมที่ใช้แนวทาง คือ นำมามาก็ทำออกมาแล้วก็ทิ้ง ไปสู่โมเดลแนวคิดแบบวงจรปิด ซึ่งวัสดุจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ซ้ำแล้วซ้ำเล่า แทนที่จะถูกทิ้งไปเพียงอย่างเดียว วิธีการแบบดั้งเดิมนั้นขึ้นอยู่กับทรัพยากรที่มีจำกัด ซึ่งในท้ายที่สุดก็จะหมดไป แต่แนวคิดแบบวงจรปิดช่วยรักษาคุณค่าของวัสดุเหล่านั้นไว้ โดยการรีไซเคิลหรือนำสิ่งที่มีอยู่แล้วมาสร้างใหม่ เหล็กโดดเด่นเป็นพิเศษสำหรับการเปลี่ยนแปลงในลักษณะนี้ เพราะแม้จะผ่านการหลอมและผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่หลายครั้ง แต่ก็ยังคงคุณสมบัติความแข็งแรงเดิมไว้ได้ นั่นหมายความว่าเราสามารถนำเหล็กมาใช้ซ้ำได้เรื่อยๆ โดยไม่เสียคุณภาพ ตามการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2016 โดย International Journal of Life Cycle Assessment การรีไซเคิลเหล็กสามารถประหยัดพลังงานได้ระหว่าง 62 ถึง 74 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับการผลิตท่อเหล็กใหม่จากวัตถุดิบตั้งต้น การประหยัดในลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องการผลิตท่อโดยคำนึงถึงสิ่งแวดล้อม

บทบาทของเหล็กในเศรษฐกิจหมุนเวียนและความทนทานของวัสดุ

ท่อเหล็กมีความทนทานมากเมื่อนำมาใช้ในโครงสร้างพื้นฐาน โดยมักจะมีอายุการใช้งานเกินครึ่งศตวรรษ ความแข็งแรงของเหล็กทำให้ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อย ส่งผลให้ความต้องการวัสดุใหม่ลดลงประมาณ 40% ในช่วงหลายทศวรรษ บริษัทชั้นนำในอุตสาหกรรมได้คิดค้นวิธีการต่างๆ เพื่อยืดอายุการใช้งานให้นานขึ้น เช่น การเคลือบผิวด้วยสารพิเศษเพื่อป้องกันสนิม และการออกแบบระบบแบบโมดูล ซึ่งสามารถเปลี่ยนเฉพาะส่วนที่เสียหายได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนทั้งระบบ ขณะนี้ท่อบางชนิดสามารถใช้งานได้นานถึง 75 ปีหรือมากกว่านั้น ความทนทานเช่นนี้ยังช่วยให้ประเทศต่างๆ ลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย สมาคมเหล็กโลก (World Steel Association) รายงานในปี 2023 ว่า ทุกๆ หนึ่งตันของเหล็กรีไซเคิลที่นำมาผลิตท่อ จะช่วยป้องกันการปล่อย CO2 ได้ประมาณ 1.5 ตัน

ความต้องการวัสดุสำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่ยั่งยืนเพิ่มสูงขึ้น

ในปัจจุบันเราเห็นโครงการโครงสร้างพื้นฐานทั่วโลกหันมาใช้ท่อเหล็กกลมมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ความต้องการวัสดุที่ยั่งยืนเพิ่มขึ้นประมาณ 38% ตั้งแต่ปี 2020 ตามรายงาน Global Infrastructure Report เมื่อปีที่แล้ว เมืองต่างๆ และบริษัทด้านพลังงานเริ่มหันไปใช้เหล็กที่ผลิตจากวัสดุรีไซเคิลสำหรับระบบประปาและระบบพลังงานหมุนเวียนเป็นหลัก เนื่องจากข้อกำหนดด้านการปล่อยมลพิษมีความเข้มงวดมากขึ้นเรื่อยๆ และองค์กรต่างๆ ต้องการบรรลุเป้าหมายคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ที่ได้ตั้งไว้ ตลาดวัสดุก่อสร้างแบบวงจรปิดนี้คาดว่าจะขยายตัวจนมีมูลค่าประมาณ 240,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2030 สำหรับผู้ผลิตที่เปลี่ยนมาใช้วิธีการผลิตแบบวงจรปิด ก็สามารถประหยัดต้นทุนได้จริง บริษัทที่ใช้แนวทางนี้โดยทั่วไปจะเห็นประสิทธิภาพด้านต้นทุนดีขึ้นประมาณ 22% เมื่อมีการนำเศษโลหะกลับมาใช้ใหม่และปรับปรุงการใช้พลังงานตลอดกระบวนการผลิต

การออกแบบเพื่อความยั่งยืนแบบวงจรปิดในการผลิตท่อเหล็ก

การดำเนินการ "การออกแบบเพื่อความยั่งยืนแบบวงจรปิด" ในระบบสายท่อ

แนวคิดการออกแบบแบบวงกลมกําลังเปลี่ยนวิธีการผลิตท่อเหล็ก โดยเน้นเรื่องต่างๆ เช่น การแยกแยกง่าย การสามารถแก้ไขมันได้เมื่อจําเป็น และการฟื้นฟูวัสดุเมื่อมันถึงจุดสิ้นสุดของอายุการใช้งาน วิศวกรหลายคนเริ่มนําสายเชื่อมแบบมาตรฐาน เข้าไปในการออกแบบของตัวเอง การเชื่อมต่อเหล่านี้ทําให้การบํารุงรักษาอย่างเป็นประจําง่ายขึ้นมาก และทําให้ประมาณ 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ของวัสดุสามารถนํากลับมาใช้ได้ในภายหลัง ตามการวิจัยจากสมาคมเหล็กโลก เมื่อปี 2023 สิ่งที่ทําให้วิธีนี้น่าสนใจมาก คือมันลดความจําเป็นในการเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมด โดยประมาณ 38% เมื่อเทียบกับระบบผสมแบบดัดแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ ท่อพวกนี้ยังคงทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี แม้ในสภาพที่ยากจน ที่วัสดุอื่นๆ อาจล้มเหลว

ระบบท่อเหล็กแบบโมดูล ที่ทําให้สามารถนําไปใช้ใหม่และผลิตใหม่ได้

การสร้างแบบโมดูล ทําให้เครือข่ายท่อเหล็กสามารถปรับตัวได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนเต็ม การศึกษาปี 2023 แสดงว่าระบบเหล่านี้ลดความต้องการวัสดุใหม่ 30% โดย:

• ชิ้นส่วนต่อแบบถอดเปลี่ยนได้ที่ออกแบบให้มีอายุการใช้งานมากกว่า 15 ปี
• เส้นผ่านศูนย์กลางมาตรฐานที่รับประกันความเข้ากันได้ข้ามรุ่น
• แท็ก RFID ในตัวที่ทำให้สามารถติดตามสินค้าคงคลังอย่างแม่นยำ

คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถอัปเกรดได้อย่างค่อยเป็นค่อยไป สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ของเศรษฐกิจหมุนเวียนในการผลิตท่อเหล็ก

ดิจิทัลทวินสำหรับการติดตามรอบการใช้งานในกระบวนการผลิตท่อเหล็ก

เทคโนโลยีดิจิทัลทวินช่วยตรวจสอบการเสื่อมสภาพของวัสดุและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์ สถานประกอบการที่ใช้ดิจิทัลทวินสามารถเพิ่มการใช้ประโยชน์จากสินทรัพย์ได้ถึง 22% โดยการทำนายช่วงเวลาการบำรุงรักษาและการรีไซเคิลที่เหมาะสมที่สุด ความสามารถนี้ช่วยให้อัตราการรีไซเคิลเหล็กที่ 94% ถูกใช้ประโยชน์สูงสุด พร้อมทั้งรักษาระบบท่อให้มีความสมบูรณ์ตลอดการใช้งานหลายทศวรรษ

การรีไซเคิลและประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรในกระบวนการผลิตท่อเหล็ก

ความสามารถในการรีไซเคิลของเหล็กและกระบวนการรีไซเคิลสมัยใหม่ในโรงงานหลอมโลหะ

คุณสมบัติเฉพาะตัวของเหล็กทำให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หลายครั้งโดยไม่สูญเสียความแข็งแรงหรือคุณภาพใดๆ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเหล็กจึงยังคงเป็นวัสดุก่อสร้างที่ถูกเลือกมากที่สุดสำหรับการรีไซเคิลทั่วโลก ในปัจจุบัน การรีไซเคิลส่วนใหญ่ดำเนินการผ่านเตาอาร์กไฟฟ้า (EAFs) ซึ่งเป็นกระบวนการหลอมโลหะเหลือใช้ โดยมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้อยกว่าเตาเผาแบบดั้งเดิมประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ การศึกษาตลอดวงจรชีวิตยังแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่น่าประทับใจอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือ เมื่อเราทำการรีไซเคิลเหล็กหนึ่งตันแทนการผลิตเหล็กใหม่จากวัตถุดิบ เราจะสามารถป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนเข้าสู่บรรยากาศได้ประมาณ 1.5 ตัน ประสิทธิภาพในระดับนี้ทำให้การรีไซเคิลเหล็กไม่เพียงแต่มีความเหมาะสมในการใช้งาน แต่ยังจำเป็นอย่างยิ่งต่อการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง

อัตราการรีไซเคิลเหล็กทั่วโลกเกิน 90% และผลกระทบที่มีต่อการผลิตท่อ

อัตราการรีไซเคิลเหล็กทั่วโลกอยู่ที่ 92% โดยท่อเหล็กมีความเหมาะสมอย่างยิ่งต่อการนำกลับมาใช้ใหม่ เนื่องจากมีขนาดที่สม่ำเสมอและบริสุทธิ์สูง ซึ่งอัตราการนำกลับมาใช้ใหม่นี้ช่วยลดการขุดเหล็กดิบลง 1.4 ตัน ต่อเหล็กผลิต 1 ตัน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกลยุทธ์การจัดหาวัตถุดิบในอุตสาหกรรม

กลยุทธ์การอนุรักษ์ทรัพยากรในการผลิตท่อเหล็ก

โรงงานผลิตทันสมัยผสานการทำงานของเตาหลอมไฟฟ้า (EAF) เข้ากับมาตรการอนุรักษ์ทรัพยากรขั้นสูง:

• ระบบหมุนเวียนน้ำที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ถึง 90%
• หน่วยกู้คืนความร้อนเสีย ช่วยลดการใช้พลังงานลง 15–20%
• การปรับปรุงวัสดุด้วยปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อลดการสูญเสียผลผลิตให้ต่ำกว่า 0.5%

ระบบวงจรปิดและการอาศัยร่วมกันทางอุตสาหกรรมในศูนย์การผลิตแบบบูรณาการ

โรงงานนวัตกรรมร่วมมือกับผู้ผลิตซีเมนต์และโรงไฟฟ้าเพื่อสร้างระบบนิเวศอุตสาหกรรมแบบพึ่งพากันอย่างมีประสิทธิภาพ กากเหล็กจากโรงงานถลุงเหล็กกลายเป็นสารเติมแต่งสำคัญในซีเมนต์ ในขณะที่ของเสียจากขี้เลื่อยเหล็กถูกนำไปใช้ในกระบวนการผลิตเหล็กลดไดเรกต์ (DRI) โดยเปลี่ยนของเสียให้กลายเป็นปัจจัยนำเข้าที่มีค่า และช่องทางรายได้ใหม่

ประสิทธิภาพพลังงานและการลดการปล่อยมลพิษในการผลิตเหล็กอย่างยั่งยืน

ประสิทธิภาพพลังงานผ่านเตาอาร์กไฟฟ้าในอุตสาหกรรมการผลิตท่อเหล็ก

เตาอาร์กไฟฟ้า หรือที่เรียกกันสั้นๆ ว่า EAF มีบทบาทสำคัญในการผลิตท่อเหล็กให้มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานมากขึ้น โดยตามการวิจัยของ NY Engineers เมื่อปีที่แล้ว ระบุว่าเตาเหล่านี้ใช้พลังงานน้อยกว่าเตาบูร์ช (blast furnaces) แบบดั้งเดิมประมาณสองในสาม สิ่งที่ทำให้เตาเหล่านี้พิเศษคือความสามารถในการผลิตท่อเหล็กที่แข็งแรงโดยใช้เพียงเศษโลหะรีไซเคิลเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าโรงงานไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการขุดเหล็กดิบใหม่จากแร่เหล็กอีกต่อไป หากพิจารณาจากตัวเลขทั่วอเมริกา ผู้ผลิตท่อเหล็กส่วนใหญ่ (ประมาณ 70%) ได้เปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยี EAF แล้ว และยังมีข้อดีอีกอย่างหนึ่งคือ วิธีการใหม่นี้ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมีนัยสำคัญ โดยสามารถประหยัดได้ประมาณ 1.5 ตันเมตริก ต่อการผลิตเหล็กหนึ่งตัน

การลดการปล่อย CO₂ ต่อการใช้เศษโลหะหนึ่งตันในการรีไซเคิล

เมื่อพูดถึงการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การรีไซเคิลถือว่ามีบทบาทสำคัญอย่างแท้จริง ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Cleaner Production เมื่อปี 2022 ระบุว่า สำหรับทุกๆ หนึ่งตันของโลหะเหลือใช้ที่ผ่านกระบวนการในเตาอาร์กไฟฟ้า จะช่วยป้องกันไม่ให้มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 1.67 ตันเมตริกเข้าสู่บรรยากาศ อีกทั้งวงจรการรีไซเคิลทั้งหมดยังช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนลงด้วย เนื่องจากท่อเหล็กที่ผลิตจากวัสดุรีไซเคิลยังคงมีความแข็งแรงพอสมควร โดยรักษากำลังไว้ได้ประมาณ 95% เมื่อเทียบกับเหล็กใหม่ ขณะนี้ วิศวกรสามารถใช้เครื่องมือวิเคราะห์รอบอายุการใช้งาน (lifecycle analysis) รุ่นใหม่ ซึ่งช่วยให้วัดระดับความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของวัสดุต่างๆ ที่ใช้ในงานท่อประปาได้อย่างแท้จริง ทำให้เลือกวัสดุที่มีผลกระทบต่อคาร์บอนต่ำลงโดยไม่ต้องแลกกับคุณภาพ

เทคนิคการลดด้วยไฮโดรเจนในฐานะนวัตกรรมในการผลิตเหล็กกล้าอย่างยั่งยืน

ผู้ผลิตเหล็กบางรายที่มีวิสัยทัศน์ก้าวหน้า กำลังทดลองใช้ระบบเหล็กลดตรงจากไฮโดรเจน (H2 DRI) โดยเปลี่ยนถ่านหินค็อกซ์แบบดั้งเดิมมาใช้ไฮโดรเจนสีเขียวในการผลิตเหล็ก ตัวเลขเบื้องต้นดูน่าประทับใจมาก โดยการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสามารถลดการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้ประมาณ 95 ถึง 98 เปอร์เซ็นต์ในการผลิตเหล็ก ซึ่งถือว่าโดดเด่นมากเมื่อพิจารณาจากการแปรรูปแร่เหล็กเพียงอย่างเดียวคิดเป็นประมาณเจ็ดเปอร์เซ็นต์ของปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดในภาคอุตสาหกรรมทั่วโลก หากนำวิธี H2 DRI มาใช้ร่วมกับเตาอาร์กไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานหมุนเวียนแล้ว ท่อเหล็กก็จะกลายเป็นวัสดุพิเศษชนิดหนึ่ง ท่อเหล็กอาจกลายเป็นวัสดุหลักสำหรับการสร้างท่อส่งน้ำและโครงข่ายพลังงานในอนาคต โดยแทบไม่ปล่อยมลพิษสู่บรรยากาศ

คำถามที่พบบ่อย

เศรษฐกิจหมุนเวียนในอุตสาหกรรมท่อเหล็กคืออะไร

เศรษฐกิจหมุนเวียนในอุตสาหกรรมท่อเหล็กมุ่งเน้นการรีไซเคิลและนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่เพื่อลดของเสีย รักษาทรัพยากร และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เหล็กเป็นวัสดุที่เหมาะกับแนวทางนี้เนื่องจากสามารถรีไซเคิลได้และยังคงคุณสมบัติไว้ได้แม้จะผ่านกระบวนการรีไซเคิลหลายครั้ง

ระบบโมดูลาร์ท่อเหล็กช่วยสนับสนุนความยั่งยืนอย่างไร

ระบบโมดูลาร์ท่อเหล็กช่วยส่งเสริมความยั่งยืนโดยอนุญาตให้บำรุงรักษาและเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ง่าย โดยไม่จำเป็นต้องปรับปรุงระบบทั้งหมด ซึ่งช่วยลดการใช้วัสดุและสนับสนุนหลักการของเศรษฐกิจหมุนเวียน

เตาอาร์กไฟฟ้า (EAFs) มีบทบาทอย่างไรในการผลิตเหล็กอย่างยั่งยืน

เตาอาร์กไฟฟ้า (EAFs) มีความสำคัญต่อการผลิตเหล็กอย่างยั่งยืน เพราะใช้เศษเหล็กรีไซเคิลในการผลิตท่อเหล็ก ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและลดการปล่อยคาร์บอนอย่างมากเมื่อเทียบกับเตาเผาแบบดั้งเดิม

การผลิตเหล็กด้วยไฮโดรเจนช่วยสิ่งแวดล้อมอย่างไร

การผลิตเหล็กจากไฮโดรเจนใช้ไฮโดรเจนสีเขียวแทนถ่านหินคุกกิ้ง ซึ่งช่วยลดการปล่อยคาร์บอนอย่างมากในกระบวนการผลิตเหล็ก ส่งผลให้การผลิตเหล็กเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากยิ่งขึ้น