Levenscyclusanalyse en duurzaamheid van staal

Levenscyclusanalyse en duurzaamheid van staal

De staalindustrie is na de olie- en gasindustrie de grootste industrie ter wereld. Staal wordt gebruikt in bijna elke sector, variërend van de bouw en constructie, de verpakking, de transportindustrie en de energie- en hernieuwbare energiesector. Het gebruik van staal komt overal in de huidige samenleving voor. Er zijn praktisch geen materialen of producten waar staal niet aanwezig is of geen rol heeft gespeeld bij de productie ervan.

De productie van ruw staal is de afgelopen drie decennia meer dan verdubbeld, met een productie van 2020 van 1.864 miljoen ton en een productie van 1.869 miljoen ton in 2019. Staal blijft de ruggengraat en de motor achter de evolutie en vooruitgang van de samenleving. Het maakt de wereld een betere plek om te leven. De slimme steden van de toekomst worden gebouwd op staal. Omdat staal een oneindig recyclebaar en herbruikbaar goed is, helpt het gebruik ervan de belasting van de hulpbronnen van de aarde te verminderen.

Het hoge niveau van staalproductie maakt de staalsector onvermijdelijk verantwoordelijker voor zijn milieu-impact. Daarom is het absoluut noodzakelijk om de processen van de staalindustrie te analyseren om een ​​duidelijk beeld te krijgen van de belangrijkste milieueffecten, samen met mogelijke oplossingen voor de implementatie van een circulaire economieparadigma.

Staal heeft een combinatie van eigenschappen waarmee rekening moet worden gehouden in het besluitvormingsproces in de ontwerpstaat. Deze eigenschappen omvatten (i) chemische, metallurgische en mechanische eigenschappen, (ii) corrosieweerstandseigenschappen, (iii) brandweerstandseigenschappen, (iv) recycleerbaarheid, (v) lange levensduur (vi) onderhoudsvereisten, (vii) hygiënische vereisten, (viii) esthetiek en (ix) invloed van de omgeving.

Staal kan worden gerecycled zonder kwaliteitsverlies. Aangezien metaalbindingen worden hersteld na herstolling, herstellen staal voortdurend hun oorspronkelijke prestatie-eigenschappen, zelfs na meerdere recyclingcycli. Hierdoor kunnen ze steeds opnieuw voor dezelfde toepassing worden gebruikt. Daarentegen gaan de prestatiekenmerken van de meeste niet-metalen materialen achteruit na recycling.

Doorgaans hebben staalproducten die via de geïntegreerde route worden gemaakt, een teruggevoerd gehalte aan processchroot dat beperkt is tot een waarde variërend van 10 % tot 20 %, terwijl de staalproducten aan het einde van hun levensduur worden gerecycled met snelheden variërend van 85 % tot 95 %. De 'recycled content'-methode houdt alleen rekening met de milieuvoordelen die vandaag worden gerealiseerd, in tegenstelling tot de 'end-of-life'-methode die bovendien rekening houdt met de toekomstige milieuvoordelen die voortvloeien uit schroot dat aan het einde van de levensduur wordt gegenereerd. Voor de staalindustrie is het ‘end-of-life recycling rate’ de meest geschikte indicator, terwijl de beschikbare volumes van end-of-life schroot onvoldoende zijn om aan de huidige vraag te voldoen. Fig 1 toont de levenscyclus van staal.

Fig 1 Levenscyclus van staal

De productie van primair (virgin) staal omvat doorgaans het delven en concentreren, smelten en raffineren van het erts om het staal met de gespecificeerde chemie te verkrijgen, met een aantal verwerkingsroutes beschikbaar. In elke fase worden onzuiverheden en bijproducten gescheiden en neemt de concentratie van het ijzer in het eindproduct toe. Het raffineren van staal tot voldoende zuiverheden vereist vaak energie-intensieve en nauwkeurig gecontroleerde smeltfasen, die normaal gesproken gebaseerd zijn op het gebruik van fossiele brandstoffen direct als reductiemiddel of indirect voor warmte en elektriciteit. De ijzer- en staalproductie is verantwoordelijk voor een aanzienlijke wereldwijde uitstoot van industriële koolstofdioxide (CO2).

In het mijnbouw- en verwerkingsgebied zijn er processen die bestaan ​​uit het behandelen van ertsen in vloeibare oplossing om erts te concentreren door het te scheiden van de bijbehorende mineralen. Bij sommige processen zijn normaal gesproken geen zeer hoge temperaturen nodig en kan de behandeling plaatsvinden bij hoge drukken die energie nodig hebben om de druk te handhaven. Verder is het waarschijnlijker dat de energie-intensiteit van de mijnbouw- en verrijkingsprocessen in de loop van de tijd zal toenemen naarmate mijnen verschuiven van hoogwaardige naar lagere kwaliteit ertsen en bij het starten van mijnbouw meer complexe afzettingen. Het energieverbruik kan worden verbeterd door een hogere procesefficiëntie.

Bij pyrometallurgie worden ertsconcentraten bij hoge temperaturen behandeld om het ijzer te ontdoen van de bijbehorende minerale bestanddelen. Dit vereist op zijn beurt het gebruik van fossiele brandstoffen in verwarmingsovens of elektriciteit om de ovens van stroom te voorzien. Verder produceert de staalindustrie verschillende soorten staalproducten. Deze verschillende soorten staalproducten kunnen in dezelfde staalfabriek en uit dezelfde primaire productieprocessen worden gemaakt. Elk van deze producten heeft verschillende verwerkingsroutes nodig voor de productie van de producten die door de eindgebruikers worden gebruikt. Fig 2 toont principes voor levenscyclusanalyse (LCA).

Fig 2 Principe voor levenscyclusanalyse

Materiaalwetenschappers en productontwikkelaars hebben nu een groeiend aantal tools tot hun beschikking waarmee ze de milieu-implicaties van hun materiaalkeuzes kunnen overwegen, maar over het algemeen houden deze tools rekening met een klein aantal milieu-eindpunten, en er blijven veel gegevenshiaten. Gezien de verwachte toename van de wereldwijde toekomstige vraag naar staal en het belang ervan in de huidige technologieën, is het echter belangrijk dat er hoge reproduceerbare gegevens beschikbaar zijn voor de op levenscyclus gebaseerde milieubelastingen van staalproductie en dat de implicaties van coproductie van verschillende staalproductie producten worden duidelijk begrepen.

Menselijke activiteiten die materiaal en energie nodig hebben om zich te ontwikkelen, hebben onomkeerbare effecten op ecologische systemen en het milieu, zoals klimaatverandering, de uitputting van natuurlijke hulpbronnen, afvalproductie en vervuiling enz. De meeste van deze effecten hebben gevaarlijke gevolgen voor de menselijke gezondheid en overleving en de meeste van deze effecten hebben langdurige resultaten. In het Brundtland-rapport dat in 1987 werd gepubliceerd, wordt duurzame ontwikkeling gedefinieerd als 'de ontwikkeling die voorziet in de behoeften van het heden zonder het vermogen van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen'. Een subset van duurzame ontwikkeling die al bijna 25 jaar tot 30 jaar wereldwijd evolueert, de rol van de gebouwde omgeving is erg belangrijk.

Het concept van duurzame ontwikkeling, zoals gedefinieerd in het Brundtland-rapport, is een zeer complexe en dynamische uitdaging die een bijdrage vereist van de meest uiteenlopende activiteitensectoren. Klimaatverandering en duurzaam gebruik van natuurlijke hulpbronnen behoren tot de belangrijkste uitdagingen voor de samenleving van vandaag. Dit plaatst ze bovenaan de politieke milieuagenda, waar ze in de nabije toekomst waarschijnlijk zullen blijven

Duurzaamheid betreft de hele cyclus van een productproductie, d.w.z. van de aankoop van grondstoffen, via planning, ontwerp, constructie en operaties, tot het gebruik en het afvalbeheer aan het einde van de levensduur. Het is een grote en belangrijke uitdaging voor de toekomst in de staalindustrie. De staalindustrie heeft verschillende inspanningen geleverd om haar ecologische voetafdruk te verkleinen door de recycleerbaarheid te vergroten en de processen te verbeteren.

In de duurzame ontwikkeling wordt aangemoedigd om methoden te ontwikkelen die economisch en ecologisch gezond zijn. De productie en distributie van de materialen gebeurt met een minimum aan transport. Ook worden die materialen gebruikt die zo dicht mogelijk beschikbaar zijn.

Duurzaamheid van staal bestaat uit drie componenten, namelijk (i) milieu, (ii) sociaal en (iii) economisch. De staalindustrie is een zeer effectieve industrie om sociale, economische en ecologisch duurzame ontwikkeling te verbeteren en het is in opkomst als een zeer actieve industrie in zowel ontwikkelde en ontwikkelingslanden. De industrie heeft natuurlijke hulpbronnen uit de aarde nodig voor de productie van staal dat wordt gebruikt om door mensen gemaakte constructies zoals gebouwen, bruggen en wegen te bouwen en in producten die in ons dagelijks leven worden gebruikt.

Voor het bepalen van de milieu-impact wordt levenscyclusanalyse van staal gedaan. Drie aspecten die de milieu-impact bepalen zijn (i) productie van staalproduct, (ii) gebruik van het staalproduct en (iii) recycling van het materiaal aan het einde van de levensduur. De impact op het milieu wordt beïnvloed door (i) het gebruik van natuurlijke hulpbronnen, (ii) milieubeheer en (iii) het voorkomen van vervuiling van lucht, water en land door afvalgassen, vloeistoffen en vaste stoffen.

De materiaalefficiëntie van het staalproduct wordt bepaald door drie criteria, namelijk (i) verminderen, (ii) hergebruik en (iii) recyclen. De hoeveelheden grondstoffen voor de productie van staal moeten worden verminderd door de procesefficiëntie te verbeteren om de CO2-uitstoot te verminderen. Nadat de levensduur van een staalproduct is verstreken, kan een deel van het staalgehalte van het product worden hergebruikt zonder verlies van basiseigenschappen van staal. Dit maakt het hergebruik van staal erg belangrijk. Staal is 100 % recyclebaar. Al het staalschroot wordt hergebruikt bij het maken van vers staal. Verder worden bijproducten geproduceerd tijdens de productie van staal door verschillende industrieën gebruikt en dit vermindert de behoefte aan grondstoffen in die industrieën en helpt dus bij het behoud van de natuurlijke hulpbronnen.

De maatschappelijke impact van staal is behoorlijk groot. De sociale impact wordt beïnvloed door (i) levensstandaard, (ii) opleiding van de mensen, (iii) gemeenschap en (iv) gelijke kansen voor iedereen.

Een duurzaam materiaal is niet schadelijk voor de mensen die eraan werken om het te produceren, of die ermee omgaan tijdens het gebruik, de recycling en de uiteindelijke verwijdering. Staal is niet schadelijk voor de mens tijdens de productie of het gebruik ervan. Om deze redenen is staal het primaire materiaal dat in verschillende toepassingen wordt gebruikt. De veiligheid, zoals een letselvrije en gezonde werkplek van de medewerkers, is de belangrijkste prioriteit voor de staalindustrie. Staal verbetert ook de levenskwaliteit door technische vooruitgang mogelijk te maken. Daarom zien mensen de aanwezigheid van staal in alles wat ze in hun dagelijks leven gebruiken. In feite is het leven tegenwoordig niet mogelijk zonder staal.

De economische component van duurzaamheid van staal is erg belangrijk. De factoren die de economie beïnvloeden zijn onder meer (i) productiekosten, (ii) winst, (iii) kostenbesparingen, (iv) economische groei en (v) het genereren van inkomsten voor investeringen in onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten.

Levenscycluskosten (LCC) zijn een belangrijk criterium voor de economische component van duurzaamheid van staal. LCC is de kostprijs van een asset gedurende zijn hele levenscyclus, terwijl het voldoet aan de prestatie-eisen (ISO 15686-5). Het is de som van alle kosten die verband houden met een product tijdens de levenscyclus die bestaat uit (i) ontwerp, (ii) productie/fabricage, (iii) het gebruik/de werking ervan en (iv) het einde van de levensduur. LCC is een wiskundige procedure die helpt bij het nemen van investeringsbeslissingen en/of bij het vergelijken van verschillende investeringsopties. Staal is niet duur als rekening wordt gehouden met de levenscycluskosten. De kosten van andere materialen nemen in de loop van de tijd aanzienlijk toe, terwijl de kosten van staal normaal gesproken constant blijven.

Naast ecologische, sociale en economische aspecten voor staalduurzaamheid, zijn er drie overlappende gebieden, zoals (i) milieu-sociaal, (ii) sociaal-economisch en (iii) economisch-milieu. Het milieu-sociale gebied omvat de zorg voor het behoud van het milieu en natuurlijke hulpbronnen, aangezien deze zowel lokale als mondiale effecten hebben. Het sociaal-economische gebied omvat zorgen voor ethiek, eerlijkheid en de gezondheid, veiligheid en het welzijn van werknemers. Het economisch-milieugebied omvat operationele efficiëntie, energie-efficiëntie en het gebruik van hernieuwbare bronnen. Fig 3 toont alle componenten van staalduurzaamheid.

Fig 3 Componenten van duurzaamheid van staal

De sleutel tot duurzaamheid van staal is de erkenning dat een volledige levenscyclusbenadering de beste manier is om de impact van een product op het milieu te beoordelen. Daarom is het ook de beste manier om de samenleving te helpen weloverwogen beslissingen te nemen over het gebruik van materialen en hun economisch belang. Alleen focussen op één aspect van het leven van een product, zoals de materiële productie, vervormt het echte beeld, omdat het de grotere impact tijdens een andere levenscyclusfase, zoals de gebruiksfase, kan negeren.

Het selecteren van de meest geschikte materialen voor elke toepassing hangt af van de overweging van een reeks technische en economische factoren, waaronder bijvoorbeeld functionaliteit, duurzaamheid en kosten. Een andere en steeds belangrijker factor voor de mensen die de materialen specificeren, in een wereld waar duurzame ontwikkeling een belangrijk punt is, zijn de bijbehorende milieuprestaties van materiaaltoepassingen vanuit het perspectief van productie en productprestaties.

Het kwantificeren van de milieubelasting per levenscyclusfase en de onderlinge verbondenheid van de productiesystemen voor staalproducten is nodig bij het modelleren van wereldwijde veranderingen in technologie, materiaalvervanging en productkritiek in termen van kwetsbaarheid in de toeleveringsketen en leveringsrisico. Een uitgebreid begrip zorgt voor een beter beheer van de effecten en voordelen van staalproducten en een geïnformeerd duurzaam gebruik van hulpbronnen.

Staal is een zeer duurzaam materiaal dat in veel gekwalificeerde toepassingen wordt gebruikt. Zoals alle materialen beïnvloeden de productie en het gebruik ervan op veel verschillende manieren het milieu. Om de algehele milieu-impact van producten te beoordelen, is een geïntegreerde benadering nodig die rekening houdt met het product gedurende zijn gehele levenscyclus. Deze beoordeling staat bekend als 'levenscyclusanalyse (LCA)'.

De evaluatie van de duurzaamheid van de projecten kan worden uitgevoerd met behulp van een aantal instrumenten die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld. Een van de meest complete en gedetailleerde analysemethodieken, gebaseerd op het concept van de levenscyclus, is LCA. Het houdt rekening met de hele levenscyclus van een product of systeem, van grondstofwinning, via materiaalproductie en energiebehoefte, tot gebruik en verwerking aan het einde van de levensduur. Door zo'n systematisch overzicht worden milieubelastingen in kaart gebracht en mogelijk vermeden. LCA kan helpen bij het identificeren van mogelijkheden om de milieuprestaties van de projecten op verschillende punten in hun levenscyclus te verbeteren. Het doel van een LCA is om het volledige milieuprofiel van een product over zijn gehele levenscyclus te creëren en de resultaten met behulp van milieu-indicatoren op een meer begrijpelijke manier weer te geven.

De eerste onderzoeken naar het levenscyclusconcept zijn gedaan in de periode eind jaren zestig en begin jaren zeventig. Het levenscyclusconcept van producten of functies is in de VS ontwikkeld op het gebied van openbare inkoop. Maar de eerste vermelding van 'levenscyclus' met deze naam was in een rapport dat gaat over levenscyclusanalyse van kosten, opgesteld door Novick voor RAND Corporation in 1959. Op dat moment wordt 'levenscyclusanalyse' (nog geen beoordeling) gebruikt voor kosten van wapensystemen, waaronder aankoop, gebruik en operaties aan het einde van hun levensduur. Levenscyclusanalyse werd ook gebruikt als hulpmiddel om het budgetbeheer door de overheid te verbeteren.

In 1972 werd het totale energieverbruik bij de productie van verschillende soorten drankverpakkingen, waaronder glas, plastic, staal en aluminium, berekend door Ian Boustead in 1979, waardoor zijn methodologie toepasbaar is op een verscheidenheid aan materialen. De publieke belangstelling nam toe en er werden in die tijd verschillende levenscyclusstudies gehouden. In 1992 werden workshops over levenscyclusanalyse (LCA) gehouden door de Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC), een van deze workshops was gericht op de beoordeling van de levenscyclusimpact en de andere op gegevenskwaliteit.

In 1993 werden richtlijnen gepubliceerd voor 'Life-cycle Assessment:A Code of Practice', ook wel bekend als 'LCA Bible'. In de jaren negentig werd LCA ook bestudeerd door verschillende groepen die verschillende richtlijnen publiceerden, zoals Nederlandse richtlijnen over LCA, en Scandinavische landen, namelijk Zweedse, Finse, Deense en Noorse auteurs, publiceerden Nordic Guidelines on Life Cycle Assessment. UN Environment Programme publiceerde ‘the Life-cycle Assessment:What Is and How to Do it’. Het Europees Milieuagentschap publiceerde ook ‘Life-cycle Assessment:A Guide to Approaches, Experiences and Information Sources’. De ‘producten worden in een LCA-onderzoek gedefinieerd als goed of dienst. LCA wordt ook wel eens ‘levenscyclusbenadering’, ‘van wieg tot grafanalyse’ of ‘levenscyclusanalyse’ genoemd. Een volledige wieg-tot-graf studie kijkt naar de productie van grondstof (cradle), via de gebruiksfase, tot end-of-life (graf).

In november 1993 begon de LCA-standaardisatie bij ISO (The International Organization for Standardization) met de Technical Committee (TC 207) Subcommittee SC 5 in Parijs. De standaard is gebaseerd op de Code of Practice die is ontwikkeld door SETAC. Op dit moment heeft ISO een reeks normen uitgegeven die worden aangeduid als 14040-reeksen en technische rapporten voor LCA. Deze reeks ISO 14040-normen schetst de benadering en nauwkeurigheid waaraan de LCA-oefening moet voldoen, inclusief de noodzaak voor onafhankelijke derde partijen om het werk kritisch te beoordelen.

De ISO 14000-reeks normen omvat ISO 14001 over milieubeheersystemen. De ISO 14040-normenreeks omvat ISO 14040 met titel 'Principles and Framework', ISO 14041 met titel 'Doal and Scope Definition and Inventory Analysis', ISO 14042 met titel 'Life-cycle impact assessment' (LCIA), ISO 14043 met titel 'Life-cycle interpretatie', ISO 14040 met titel 'Requirements and Guideline', ISO 14047 met titel 'Examples of Application of ISO 14042', ISO 14048 met titel 'Data Documentation Format' en ISO14049 met titel 'Examples of Application of ISO 14041'. Volgens de ISO 14040-normenreeks wordt LCA gebruikt voor productontwikkeling en -verbetering, strategische planning, openbare beleidsvorming, marketing en andere doeleinden.

LCA is een hulpmiddel voor het evalueren van de milieuaspecten van producten in alle stadia van hun levenscyclus. LCA wordt in de ISO 14040-standaard gedefinieerd als de 'compilatie en evaluatie van de inputs, outputs en potentiële milieueffecten van een productsysteem gedurende zijn levenscyclus'. De levenscyclus van een product omvat alle processen van de aankoop van grondstoffen via de productie en fabricage van het materiaal tot het gebruik en de uiteindelijke verwijdering, inclusief terugwinningsopties. Eventueel transport in deze fasen moet ook in rekening worden gebracht,

LCA omvat alle fasen inclusief transport in productie en ook operationele fase van goederen en diensten. In een vergelijkende LCA-studie moeten niet de producten zelf worden vergeleken, maar ook de functie van deze producten. LCA heeft een holistische benadering, die de milieueffecten in een consistent kader plaatst, waar en wanneer ze zich ook voordoen.

LCA is op dit moment een van de meest erkende en gebruikte methoden voor duurzaamheidsevaluatie. Het is gebaseerd op het verzamelen en beheren van milieu-impactgegevens die het vaakst worden ontleend aan beschikbare 'levenscyclusinventarisatie' (LCI)-databases. LCA-methodologie en LCI-gegevens helpen de industrie om (i) informatie te verstrekken aan de klanten, evenals hun klanten, (ii) de bijdrage van staal aan de milieuprestaties van productsystemen in verschillende toepassingen te begrijpen, (iii) technologiebeoordeling te ondersteunen ( benchmarking, bepaling en prioritering van milieuverbeteringsprogramma's), (iv) effectbeoordelingen uitvoeren om de impact van zijn eigen processen op het milieu te verminderen en nauw samen te werken met zijn klanten om kennis te vergaren over de totale impact van staalgebruik van de producten op het milieu, gedurende hun volledige levenscyclus, en (v) het vergroten van de publieke kennis over de milieuvoordelen van de levenscyclus van het gebruik van staal in toepassingen en waar het effectief kan zijn bij het verbeteren van de milieuprestaties. LCA speelt ook een cruciale rol bij de organisatorische rapportagevereisten voor milieu en broeikasgassen, marketing- en verkoopondersteuning en het zorgen voor naleving van regelgeving en vrijwillige initiatieven zoals milieuproductverklaringen.

Er is momenteel over de hele wereld een besef dat productontwerp en consumentengedrag de algehele milieuprestaties en efficiëntie van een product kunnen beïnvloeden. Organisaties die de producten maken, letten meer op de fabricage, het gebruik en het einde van de levensduur, wat een steeds belangrijkere factor is voor de ontwerpers die de materialen specificeren. LCA is 'een holistische benadering op basis van robuuste methodologie om wetenschap om te zetten in inzichten door kwantitatieve beoordeling van de milieueffecten van producten, gedurende hun levenscyclus'.

Van de beschikbare instrumenten en methodologieën om de ecologische, sociale en economische prestaties van materialen en consumentenproducten te evalueren (inclusief hun impact op klimaatverandering en natuurlijke hulpbronnen), biedt LCA een alomvattende benadering die rekening houdt met de mogelijke effecten van alle productiefasen, productfasen gebruik en einde levensduur (hergebruik, recycling of verwijdering). Het is gebaseerd op gedegen methodologie en transparante rapportage en is daarom een ​​belangrijk hulpmiddel bij het maken van beleid.

De eerste stap in het proberen de levenscyclus van producten te 'sluiten' door meer recycling en hergebruik, is het effectief en systematisch analyseren, in milieutermen, van dergelijke productsystemen door middel van LCA.

LCA is een hulpmiddel om te helpen bij de kwantificering en evaluatie van milieubelastingen en -effecten die verband houden met productsystemen en -activiteiten, vanaf de winning van grondstoffen in de aarde tot het einde van hun levensduur en afvalverwijdering. De tool wordt steeds vaker gebruikt door industrieën, overheden en milieugroeperingen om te helpen bij de besluitvorming over milieugerelateerde strategieën en materiaalkeuze.

LCI is een gestructureerde, uitgebreide en internationaal gestandaardiseerde methode. Het kwantificeert alle relevante emissies en verbruikte hulpbronnen en de gerelateerde milieu- en gezondheidseffecten en problemen met het verwijderen van hulpbronnen die verband houden met de gehele levenscyclus van producten. LCI is een van de fasen van een LCA. LCI-gegevens kwantificeren het materiaal, de energie en de emissies die verband houden met een functioneel systeem (bijvoorbeeld de productie van 1 kg warmgewalste rollen). Deze LCI-gegevens vormen de basis voor volledige LCA's, inclusief LCIA, over bredere grenzen en volledige productlevenscycli. Bovendien kunnen deze gegevens worden gebruikt om afzonderlijke problemen aan te pakken, zoals de ecologische voetafdruk van producten.

Uit verschillende LCI-databases zijn belangrijke onderzoeksgegevens beschikbaar over het levenscyclusbrede energieverbruik en de bredere milieueffecten van staal. Staal is een belangrijk bestanddeel van materiaal voor een breed scala aan markttoepassingen en producten, zoals in de automobiel-, bouw- en verpakkingssector. De staalindustrie erkende in een zeer vroeg stadium de noodzaak om een ​​degelijke methodologie te ontwikkelen om wereldwijde LCI-gegevens te verzamelen, ter ondersteuning van de markten en klanten. De LCI-gegevens van de staalindustrie, de World Steel Association, kwantificeert 'cradle to gate' inputs (hulpbronnengebruik, energie) en outputs (milieu-emissies) van staalproductie uit (i) winning van hulpbronnen en gebruik van gerecycleerde materialen, (ii) productie van staalproducten naar de poort van de staalfabriek, en (iii) terugwinning en recycling van staal aan het einde van de levensduur.

Het ULCOS-consortium (Ultra-Low Carbon dioxide Steelmaking), bestaande uit Europese staalproducenten, energie- en engineeringpartners, onderzoeksinstituten en universiteiten, probeert momenteel technologieën te ontwikkelen om de CO2-emissies van de staalproductie te verminderen en gebruikt LCA als een van de belangrijkste milieu-evaluaties hulpmiddelen. Het onderzoek heeft tot dusver meer dan 80 technologieën voor CO2-reductie onderzocht en heeft er een aantal op de shortlist gezet en evalueert nu onder meer hun milieukenmerken via het gebruik van het levenscyclusparadigma. In het bijzonder is een LCI van de geïntegreerde klassieke staalproductieroute gecombineerd met processimulatiesoftware om de CO2-emissies van mogelijk duurzamere processen te modelleren met nieuwe technologieën, reductanten en methoden voor het afvangen en opslaan van CO2.

Met LCA kan een productsysteem worden beoordeeld vanuit milieuoogpunt door holistisch alle fasen van de levenscyclus van het product in overweging te nemen, gaande van de winning van grondstoffen tot de uiteindelijke verwijdering van het product. Het wordt normaal gesproken gebruikt als een hulpmiddel om de systeembrede (cradle-to-gate of cradle-to-grave) milieubelasting van producten, diensten en technologieën te kwantificeren. Een dergelijk instrument is in het verleden gebruikt om de milieuprestaties van staalproductsystemen te evalueren.

LCA-drivers worden ondersteund door het 'nationale vrijwillige richtlijnen-principe' omdat ze (i) goederen en diensten leveren die bijdragen aan duurzaamheid gedurende hun hele levenscyclus, (ii) een optimaal gebruik van hulpbronnen verzekeren gedurende de levenscyclus van het product, van ontwerp tot verwijdering, en (iii) ervoor zorgen dat iedereen, zoals ontwerpers, producenten, leden van de waardeketen, klanten en recyclers, verbonden is en duurzame consumptie bevordert. LCA helpt ook bij de 'rapportage over bedrijfsverantwoordelijkheid', omdat het rapporten levert over de producten of diensten waarvan het ontwerp sociale of ecologische zorgen, risico's en/of kansen omvat en omdat het details geeft over reductie tijdens inkoop / productie / distributie en gebruik door consumenten met betrekking tot het gebruik van hulpbronnen (energie, water, grondstof enz.) per eenheid product

Typisch LCA-onderzoek begint met de definitie van doel en reikwijdte als de eerste fase en gaat verder naar de inventarisanalysefase, gaat verder naar de effectbeoordelingsfase en als laatste fase eindigt het onderzoek met de interpretatie. LCA is een computationeel (wiskundig) proces waarin de beoefenaars mogelijk terug moeten gaan naar andere fasen, zoals het definiëren van doelen en reikwijdte. De relatie tussen deze fasen wordt getoond in figuur 4, die het LCA-raamwerk toont dat is overgenomen van ISO 14040.

Fig 4 Kader voor levenscyclusbeoordeling  

De levenscyclus van een product wordt gemodelleerd als een productsysteem dat een of meer gedefinieerde functies vervult. Een productsysteem wordt gedefinieerd met zijn functie en onderverdeeld in een geheel van eenheidsprocessen die door stromen met elkaar verbonden zijn. Eenheidsprocessen omvatten inputs en outputs van het productsysteem en genereren de outputs voor andere processen als resultaat van zijn activiteiten. Een productsysteem kan ook andere productsystemen koppelen op productstromen.

Het doel van een LCA-onderzoek is om (i) de beoogde toepassing en doelgroep van het onderzoek op te nemen, (ii) redenen om het onderzoek uit te voeren, en (iii) of de resultaten van het onderzoek bedoeld zijn om te worden gebruikt in vergelijkende beweringen en bekendgemaakt worden aan het publiek. Het toepassingsgebied omvat (i) definitie van productsysteem, (ii) functies en functionele aspecten, (iii) systeemgrens per eenheid, (iv) toewijzingsprocedures, (v) effectcategorieën, (vi) gegevensvereisten, (vii) aannames, ( viii) beperkingen, (ix) initiële gegevenskwaliteitsvereisten, (x) type kritische beoordeling, en (xi) of enig type en formaat van het rapport vereist is voor het onderzoek. De reikwijdte moet voldoende zijn in de breedte, diepte en detail voor het onderzoek. De systeemgrens definieert de eenheidsprocessen die in het systeem moeten worden opgenomen volgens het doel en de reikwijdte van het onderzoek.

Het primaire doel van de functionele eenheid is om een ​​referentiesysteem te bieden dat meetbaar is. Om dit mogelijk te maken en om de vergelijkbaarheid van het LCA-resultaat te waarborgen, moet ook een referentiestroom worden bepaald. De referentiestroom betekent de hoeveelheid producten die nodig zijn om de functie te vervullen. Wanneer bijvoorbeeld een geverfd oppervlak wordt bestudeerd dan is het niet zinvol om twee verschillende verfsoorten te vergelijken met een functionele eenheid van één liter verf. Dit komt omdat twee verschillende verfsoorten niet dezelfde prestatie leveren. In plaats daarvan is het passend om 'één vierkante meter geverfd oppervlak met een bepaalde mate van coating en levensduur van 10 jaar' als functionele eenheid te bepalen.

De fase van de voorraadanalyse omvat het verzamelen en berekenen van relevante invoer- en uitvoergegevens van het productsysteem. Voorraadanalyse is een computationeel proces. Terwijl gegevens worden verzameld en er meer over het systeem wordt geleerd, kunnen er nieuwe gegevensvereisten of -beperkingen optreden. Soms is een herziening nodig in het doel of de reikwijdte van het onderzoek. Voorbeelden van de soorten gegevens die moeten worden verzameld, zijn onder meer grondstoffen, energie-inputs en emissies naar lucht en water, outputs enz. In deze fase, waar het gaat om systemen die een reeks producten en recyclingsystemen omvatten, moeten toewijzingsprocedures in acht worden genomen. overweging. Het is mogelijk om de inputs en outputs toe te wijzen aan de verschillende producten volgens de toewijzingsprocedure. Deze fase is een van de meest tijdrovende en dure processen in een LCA-onderzoek. 

De levenscycluseffectbeoordelingsfase is een relatieve benadering op basis van een functionele eenheid die zorgvuldig moet worden gepland om het doel en de reikwijdte van het onderzoek te implementeren. Het doel van deze fase is om de potentiële milieueffecten van het product of de dienst te evalueren op basis van de resultaten van de levenscyclusinventarisatie tijdens hun levenscyclus. De effectbeoordelingsfase omvat twee elementen, namelijk (i) die verplicht is, en (ii) die optioneel is. Verplichte elementen zijn (i) selectie van impactcategorieën, categorie-indicatoren en karakteriseringsmodellen, en (ii) classificatie en karakterisering. De optionele elementen zijn normalisatie, groepering, toewijzing van gewichten en analyse van gegevenskwaliteit.

Er zijn twee hoofdmethoden voor effectbeoordeling. Dit zijn de probleemgerichte methode (middelpunten) en de schadegerichte methode (eindpunten). De mid-point methode omvat milieueffecten zoals klimaatverandering, verzuring, eutrofiëring, mogelijke fotochemische ozonvorming en menselijke toxiciteit. De eindpuntenmethode is een op schade gerichte methode die stromen indeelt in verschillende milieuschadegroepen, zoals mensen en hulpbronnen. De verschillende impactcategorieën en hun definities worden gegeven in Tab 1.

Life cycle interpretation is the final phase of the LCA, in which the results of study is summarized and discussed. In this phase of LCA, the results of the inventory analysis and the impact assessment are evaluated together.  Life cycle interpretation reveals   conclusion which is to be consistent with the defined goal and scope and which offers suggestions.

Among the tools available to evaluate environmental performance, LCA provides a holistic approach to evaluate environmental performance by considering the potential impacts from all stages of manufacture, product use and end-of-life stages. This is referred to as the cradle-to-grave approach. LCA is well established as a sound environmental assessment tool which is easy to implement, and cost effective and produces affordable and beneficial solutions for material decision making and product design.

The use of LCA is becoming more widespread since it takes into account the environmental impacts of the manufacturing processes of a product, the extraction of the raw materials used by these processes, the use and maintenance of the product by the consumer, its end–of-life (reuse, recycling or disposal) as well as the various methods of transport occurring between every link of the chain. Presently, there is an increasing number of national or regional databases are available which cover major industrial sectors. Many manufacturing organizations have LCA departments and there are more and more LCA software packages are now available. It is also now a subject which is taught at universities.

In Europe, an environmental product declaration (EPD) is a standardized way of quantifying the environmental impact of a product or system following life cycle analysis. For a steelmaker, it is also strategically important to demonstrate this life-style approach (in terms of governments and policies) so that the long service-life, re-use and multi-recycling characteristics of steel are adequately appreciated and measured.

The LCA data can also be used for other purposes including (i) eco-design / design for recycling applications, (ii) benchmarking of specific products, (iii) procurement and supply chain decisions, (iv) inclusion in ‘Type I Ecolabel’ criteria for products, (v) inclusion in life cycle based ‘Type III environmental product declarations’ for specific products, and (vi) the analysis of specific indicators, e.g. carbon footprints or primary energy consumption.

Thinking in life cycles has an important advantage. With LCA, the whole lifespan of a product can be evaluated i.e. the production, use and disposal at the end of life. Environmental impacts occur along the entire supply chain i.e. at the production site itself as well as in the extraction of raw materials and their transport, and at power plants supplying the energy to the production site. Capturing both direct and indirect impacts can help to avoid shifting environmental burden from one life cycle stage to another. Environmental regulations which only regulate one phase (use) of a product’s life cycle can create unintended consequences, i.e. increased CO2 emissions.  Correct modelling of the recycling potential of steel products at the end-of-life phase is critical for our sector to compete with other materials and demonstrate the performance of steel solutions to meet the demand for ‘best in class’ sustainable uses.