De rol van staal in de versnelling van de circulaire economie

Er zijn twee typen economieën die wereldwijd bestaan: de lineaire economie en de circulaire economie. Een circulaire economie is een alternatief voor de traditionele lineaire economie, waarbij grondstoffen zo lang mogelijk in gebruik blijven, de maximale waarde eruit wordt gehaald tijdens het gebruik, en producten en materialen aan het einde van elke levenscyclus worden hersteld en geregenereerd. Sinds de laatste industriële revolutie is economische groei sterk gekoppeld aan primair grondstofverbruik; circulaire economiemodellen proberen economische groei en grondstofgebruik te ontkoppelen, aangezien erkend wordt dat de huidige mondiale consumptiepatronen niet duurzaam zijn. Er is momenteel een verschuiving gaande van een lineair economisch systeem naar een circulaire economie. Omdat staal overal in ons leven aanwezig is en centraal staat in onze duurzame toekomst, is de staalindustrie een integraal onderdeel van de mondiale circulaire economie.

Van lineair naar circulair: een fundamentele verandering

Tijdens zijn evolutie en diversificatie heeft de industriële economie nooit de ene fundamentele kenmerk losgemaakt dat in de vroege dagen van de industrialisatie werd vastgelegd. De industriële economie is gebaseerd op een lineair model van grondstofverbruik dat een 'neem-maak-wegwerp'-patroon volgt. Dit lineaire model is afhankelijk van grote hoeveelheden gemakkelijk toegankelijke grondstoffen en energie, en is daardoor steeds minder geschikt voor de realiteit waarin het functioneert. Organisaties winnen materialen, gebruiken ze voor productie, verkopen de producten aan klanten die ze later weggooien wanneer de levensduur voorbij is. Dit is de norm in de lineaire economie (Fig. 1), zonder rekening te houden met externaliteiten. Bovendien gaat dit gedrag uit van de veronderstelling dat grondstoffen oneindig zijn en dat externe input nodig is om economische groei te ondersteunen.

Fig. 1 Lineair economie concept

In het lineaire economieconcept ligt de focus op efficiëntieverbeteringen langs deze rechte lijn. Hogere efficiëntie leidt tot minder benodigde materialen en grondstoffen, wat op zijn beurt leidt tot minder externaliteiten per geproduceerde eenheid. Echter, werken aan efficiëntie alleen - een reductie van grondstoffen en fossiele energie per eenheid productie - verandert niet de eindige natuur van de grondstofvoorraad, maar kan het onvermijdelijke alleen uitstellen. Een verandering van het gehele operationele systeem lijkt noodzakelijk.

Toch verandert de mentaliteit langzaam. De afhankelijkheid van het lineaire economieconcept wordt zwakker door krachtige disruptieve trends die de economie voor de komende jaren zullen vormgeven: (i) grondstofschaarste en strengere milieunormen zijn gekomen om te blijven, (ii) het bezit van informatietechnologie die de overgang mogelijk maakt, en (iii) een doorwerkende verandering in consumentengedrag.

Het circulaire economieconcept

Het circulaire economieconcept is een reactie op de lineaire benadering. Het voort uit het inzicht dat de grondstoffen van onze planeet niet oneindig zijn, en dat groei en waardeschepping mogelijk zijn zonder de input van externe virgine materialen. In plaats van materialen, energie en producten aan het einde van hun levenscyclus weg te gooien, probeert het circulaire economieconcept deze rechte lijn te buigen, het einde met het begin te verbinden, met als doel een gesloten lus te vormen. Dit concept is niet nieuw, maar is vergeten naarmate mensen welvarender werden en organisaties winst maakten door mensen nieuwe, bijgewerkte producten te laten kopen. De circulaire economie streeft ernaar kapitaal te herbouwen, of het nu financieel, productiegericht, menselijk, sociaal of natuurlijk is. Deze benadering verbetert de stroom van goederen en diensten.

De circulaire economie heeft diepgewortelde oorsprongen en kan niet worden herleid tot één enkele datum of auteur. De praktische toepassingen op moderne economische systemen en industriële processen hebben echter sinds de late jaren 70 aan dynamiek gewonnen dankzij de inspanningen van een klein aantal academici, thought leaders en bedrijven. Het algemene concept is verfijnd en ontwikkeld door verschillende stromingen van gedachte, zoals (i) regeneratief ontwerp, (ii) prestatie-economie, (iii) cradle-to-cradle framework, (iv) industriële ecologie, en (v) biomimicry, die zich baseert op drie sleutelprincipes van de natuur: natuur als model, natuur als maatstaf, en natuur als mentor.

Een circulaire economie is een industriëel systeem dat opzetmatig en ontwerpmatig herstellend of regeneratief is. Het berust op de premisse dat producten of onderdelen worden gerepareerd, gerefabriceerd, hergebruikt, teruggenomen en gerecycled. Het vervangt het 'einde-van-levensduur'-concept door herstel, verschuift naar het gebruik van hernieuwbare energie, elimineert het gebruik van giftige chemicalien die hergebruik belemmeren, en streeft naar eliminatie van afval door superieur ontwerp van materialen, producten, systemen en bedrijfsmodellen. Fig. 2 toont het circulaire economieconcept.

Fig. 2 Circulair economie concept en afvalbeheerhiërarchie

De essentie van de circulaire economie is het ontkoppelen van waardeschepping van het verbruik van eindige natuurlijke hulpbronnen, en het vervangen van het einde-van-levensduur-concept waarin producten van nature als afval eindigen. Door een verandering in productontwerp, materialen en systemen, samen met een verandering in het eigendomsconcept door nieuwe bedrijfsmodellen, kan afval worden beperkt en uiteindelijk geëlimineerd. Misschien is het belangrijkste onderliggende principe om dit te bereiken het recyclen van materialen, waarbij materialen worden hergebruikt om nieuwe producten te maken in plaats van verbrand of op de stort te dumpen. Maar de circulaire economie omvat meer dan alleen recyclen. Het bereiken van een circulair systeem vereist fundamentele veranderingen om niet alleen het recyclen van materialen volledig te ondersteunen, maar ook de waarde van het natuurlijk kapitaal te maximaliseren. Dit omvat een reeks nieuwe benaderingen: (i) materialenhercirculatie, (ii) product-materiële efficiëntie, en (iii) nieuwe bedrijfsmodellen, die allemaal bijdragen aan een verminderde vraag naar virgine materialen, leidend tot minder winning van grondstoffen en productie met lagere CO2-uitstoot.

De circulaire economie zorgt ervoor dat waarde binnen een product behouden blijft wanneer het het einde van zijn bruikbare levensduur bereikt, terwijl tegelijkertijd afval wordt verminderd of geëlimineerd. Dit idee is fundamenteel voor het driedimensionale duurzaamheidsconcept, dat zich richt op de wisselwerking tussen milieu-, maatschappelijke en economische factoren. Zonder een levenscyclusbenadering is een echte circulaire economie onmogelijk.

Principes van de circulaire economie

Het circulaire economieconcept berust op een paar eenvoudige principes. Ten eerste streeft een circulaire economie ernaar om afval 'uit te ontwerpen'. Afval bestaat niet in dit concept. Producten worden ontworpen en geoptimaliseerd voor een cyclus van demontage en hergebruik. Deze strakke componenten- en productcycli definiëren de circulaire economie en onderscheiden het van afvalverwerking en zelfs recyclen, waarbij grote hoeveelheden ingebouwde energie en arbeid verloren gaan. Ten tweede introduceert circulariteit een strikte scheiding tussen consumeerbare en duurzame componenten van een product. In tegenstelling tot vandaag de dag zijn consumeerbaren in de circulaire economie grotendeels gemaakt van biologische ingrediënten - 'voedingsstoffen' - die ten minste niet giftig zijn en mogelijk zelfs nuttig, en veilig aan de biosfeer kunnen worden teruggegeven, direct of in een cascase van opeenvolgende gebruiken. Duurzame producten, zoals motoren of computers, zijn daarentegen gemaakt van technische voedingsstoffen die ongeschikt zijn voor de biosfeer, zoals metalen en de meeste kunststoffen. Deze zijn vanaf het begin ontworpen voor hergebruik. Ten derde moet de energie die deze cyclus aandrijft, van nature hernieuwbaar zijn, opnieuw om de afhankelijkheid van grondstoffen te verminderen en de systeemweerbaarheid te vergroten (bijv. tegen olieschokken).

Staal en de circulaire economie

Staal heeft uitstekende referenties voor de circulaire economie, zowel als materiaal dat sterk, duurzaam, veelzijdig en recycleerbaar is, als als structureel framesysteem dat lichtgewicht, flexibel, aanpasbaar en herbruikbaar is. Een van de belangrijkste voordelen van staal is dat het kan worden ontworpen om te voldoen aan de specifieke eisen aan sterkte, duurzaamheid en einde-van-levensduur-recycling van bijna elke toepassing. De combinatie van sterkte, recycleerbaarheid, beschikbaarheid, veelzijdigheid en betaalbaarheid maakt staal uniek.

Huidig onderzoek leidt tot de productie van nieuwe stalen die nog sterker en lichter zijn dan de huidige. Windturbines, essentieel voor de productie van schone windenergie, zijn al 50% lichter dan tien jaar geleden. Voor een 70-meter hoge toren vertaalt dit zich in een reductie van 200 ton CO2-uitstoot. Dankzij hun hogere sterkte-gewichtsverhouding kunnen de nieuwere stalen worden gebruikt om torensegmenten van tot 30 meter te produceren. Dit verlaagt emissies tijdens transport en montage.

Hogere staalkwaliteiten worden ook voor de bouw ontwikkeld. Ze maken de constructie van grotere en hogere gebouwen op een efficiëntere manier mogelijk en produceren de laagst mogelijke hoeveelheid afval. Het gebruik van hogere staalkwaliteiten verwacht de hoeveelheid staal in de bouw te verminderen. Transportkosten dalen dankzij dunner en lichtere staalcomponenten. Ook verkorten ze de verwerkingstijd in fabrieken en op de bouwplaats, mede door een reductie in het aantal benodigde lassen. Met deze stalen is het mogelijk het aantal kolommen in bouwconstructies te verminderen en ze dunner te maken. Dit resulteert in grotere vloeroppervlakken en biedt mogelijkheden voor beter ontwerp en ruimtegebruik. Hogere staalkwaliteiten maken structuren mogelijk die dissipatiemechanismen incorporeren om het grootste deel van de seismische energie van een aardbeving te absorberen.

Een circulaire economie bevordert langere productlevensduur. Hoe langer een product meegaat, hoe minder grondstoffen hoeven te worden gewonnen. Productduurzaamheid draagt bij aan het verminderen van de uputting van grondstoffen. Producten zo lang mogelijk op hun hoogste nut en waarde te houden, is een sleutelcomponent van de circulaire economie. Eenvoudig gezegd: hoe langer een product meegaat, hoe minder grondstoffen hoeven te worden gewonnen en verwerkt, en hoe minder afval ontstaat. Staalproducten zijn van nature duurzaam, wat niet alleen betekent dat ze lang meegaan, maar ook dat verschillende stalen na hun eerste leven kunnen worden hergebruikt.

Staal vergemakkelijkt ook zijn eigen levensduur. Staalgeframede gebouwen kunnen gemakkelijk worden aangepast als de configuratie van de structuur moet veranderen. Het gebouw kan worden gedemonteerd en herbouwd met minimale storende invloed op lokale gemeenschappen en het milieu. Sterke, duurzame exterieur staalconstructies kunnen meerdere interne herconfiguraties accommoderen om aan veranderende behoeften te voldoen. Magazijnen of industriële gebouwen van staal kunnen gemakkelijk worden omgezet in moderne woon- of werkruimtes. Dit verlengt de bruikbare levensduur van het gebouw (en de levensduur van het staal dat het bevat) om grondstoffen te besparen en kosten te verlagen.

Staal is een veelzijdig materiaal, zowel in termen van zijn metallurgie/chemie als als product. Het is een oneindig recycleerbaar materiaal. Structurele productelementen zijn duurzaam, robuust en dimensioneel stabiel, kunnen samen worden gebout om assemblage te vormen die van nature demonteerbaar en herbruikbaar zijn. Staalstructuren kunnen gemakkelijk worden uitgebreid en in-situ hergeconfigureerd. Staal is geen enkel materiaal. Er zijn verschillende staalkwaliteiten, variërend van zachte conventionele stalen tot hoogsterkte stalen, geavanceerde hoogsterkte stalen, en specialiteitsstalen zoals roestvrije stalen. Elke staalkwaliteit heeft eigenschappen die zijn ontworpen voor zijn specifieke toepassing. Er zijn meer dan 3.500 verschillende samenstellingen of graden staal met verschillende fysieke, chemische en milieu-eigenschappen. Als de verschillende productafmetingen en -vormen worden meegerekend, stijgt dit aantal diverse malen. Elke staalsoort is afgestemd op specifieke toepassingen in sectoren zo uiteenlopend als verpakking, engineering, witte en gele goederen, voertuigen en bouw. Ongeveer 75% van de moderne stalen die vandaag beschikbaar zijn, zijn in de afgelopen twee tot drie decennia ontwikkeld. Als de Eiffeltoren vandaag herbouwd zou worden, is de staalbehoefte slechts een derde van het oorspronkelijk gebruikte staal (in 1889) dankzij de sterkte- en kwaliteitsverbeteringen die de staalindustrie de afgelopen eeuw heeft gerealiseerd.

De veelzijdigheid van staal bevordert recycling, aangezien staalschroot via het recyclingsproces kan worden gemengd om verschillende staalsoorten te produceren (verschillende graden en producten) die aan veranderende vraag voldoen. Staal van afgeschafte industriële machines kan bijvoorbeeld worden gerecycled tot meer hedendaagse producten zoals auto's of witte goederen, die op hun beurt weer kunnen worden gerecycled tot nieuwe, misschien nog onontdekte toepassingen in de toekomst.

Het verlengen van de productlevensduur is een ander sleutelaspect van de circulaire economie. In theorie kan al nieuw staal gemaakt worden uit gerecycled staal. In de praktijk is dit echter niet haalbaar door de lange levensduur van staalproducten, gegeven de sterkte en duurzaamheid van staal. Ongeveer 75% van de ooit geproduceerde staalproducten is vandaag nog in gebruik. Gebouwen en andere structuren van staal kunnen 40 tot 100 jaar of langer meegaan bij goed onderhoud.

Verlenging van de productlevensduur kan worden bereikt door producten te maken die zowel flexibel als aanpasbaar zijn aan verandering, zodat ze langer meegaan en meer waarde kan worden gehaald uit de materialen en hulpbronnen die voor hun productie zijn gebruikt. De veranderingssnelheid in alle levensgebieden is nog nooit zo groot geweest. Veranderende werkpatronen, nieuwe gebouwdiensten en informatietechnologieën, veranderende demografie en nieuwe wetgeving stellen allemaal nieuwe en verschillende eisen aan staalproducten. Duurzame producten moeten flexibel zijn in gebruikswijziging en aanpasbaar aan toekomstige behoeften en eisen, of deze nu wetgeving- of marktgedreven zijn.

Zware, zware structurele staalcomponenten vereisen planning voor einde-van-levensduurbeheer. Omdat staalschroot waarde heeft, is de prikkel om deze componenten te herwinnen en te recyclen hoog en kosteneffectiever dan betalen voor stortplaatsen.

In een goed gestructureerde circulaire economie heeft staal significatieve concurrentievoordelen ten opzichte van concurrerende materialen. Vier trefwoorden die deze voordelen definiëren zijn: (i) reduceren, (ii) hergebruiken, (iii) refereerderen, en (iv) recyclen, zoals weergegeven in Fig. 2.

Reduceren

Reduceren betekent het gewicht van producten verminderen, en dus de hoeveelheid gebruikte materialen. Het is een belangrijke sleutel tot de circulaire economie. Door investeringen in onderzoek, technologie en goed plannen hebben staalproducenten de afgelopen 50 tot 60 jaar de hoeveelheid grondstoffen en energie die nodig is om staal te maken drastisch verminderd. Bovendien bevorderen en ontwikkelen staalproducenten actief het gebruik van hoogsterkte- en geavanceerde hoogsterkte-staalkwaliteiten voor diverse toepassingen. Deze graden dragen bij aan het verlichten van toepassingen variërend van windturbines tot auto's tot bouwpanelen. Hierdoor is minder staal nodig om dezelfde sterkte en functionaliteit te bieden.

Hergebruiken

De herbruikbaarheid van staal is te danken aan zijn duurzaamheid. Staal kan op veel manieren worden hergebruikt of herbestemd, met of zonder refabricatie. Dit gebeurt al met auto-onderdelen, gebouwen, rails en veel andere toepassingen. Hergebruik van staal is niet beperkt tot de oorspronkelijke toepassing. Het dateert uit oude tijden toen zwaarden werden omgevormd tot ploegscharen. Hergebruik vindt normaal plaats in gebieden waar het technisch mogelijk is zonder veiligheid, mechanische eigenschappen en/of garanties te reduceren. Het hergebruikscijfer zal stijgen naarmate ecologisch ontwerp, ontwerp voor hergebruik en recycling, en hulpbronnenefficiëntie populairder worden.

Hergebruik is voordelig omdat weinig tot geen energie nodig is voor herverwerking. De duurzaamheid van staal zorgt ervoor dat diverse producten na hun levensduur gedeeltelijk of volledig kunnen worden hergebruikt. Dit kan de levenscyclus van het staalproduct aanzienlijk verlengen. Echter, initiële ontwerp gebaseerd op levenscyclusdenken is cruciaal als hergebruik moet slagen.

De bouwindustrie is een van de eerste die hergebruik van staalcomponenten zoals structurele balken, dakelementen en wandelementen omarmde. Deze elementen worden steeds vaker ontworpen voor hergebruik. Hoewel wapeningsstaal momenteel wordt gerecycled in plaats van hergebruikt, bestaan er mogelijkheden om modulaire gewapende betonelementen te creëren, zoals standaard vloerplaten.

Hergebruik door herbestemming omvat een speciaal ontworpen verzamel- en herverwerkingssysteem om het product geschikt te maken voor een nieuwe toepassing. De hoeveelheid energie en hulpbronnen die nodig is voor hergebruikstoepassingen, kan aanzienlijk lager zijn dan het produceren van een nieuwe toepassing uit grondstoffen. Staalplaten die voor scheepsbouw worden gebruikt, kunnen bijvoorbeeld opnieuw worden gewalst en gebruikt in de constructie van nieuwe schepen. De enige input is de energie die nodig is om het staal op te warmen, opnieuw te walzen en te transporteren.

Refabriceren

Een breed scala aan staalproducten kan worden gerefabriceerd. Er worden al diverse staalproducten gerefabriceerd, waaronder werktuigen, elektromotoren, automatische versnellingsbakken, kantoormeubels, huishoudapparaten, automobielmotoren en windturbines. Refabricatie voor hergebruik wordt gedaan om te profiteren van de duurzaamheid van staalcomponenten. Refabricatie herstelt duurzame gebruikte producten in een als-nieuw-toestand. Het verschilt van reparatie, wat een proces is dat beperkt is tot het operationeel maken van het product, in tegenstelling tot grondige demontage en herstel met mogelijke inclusie van nieuwe onderdelen.

Refabricatie omvat de demontage van een product, waarbij elk onderdeel grondig wordt gereinigd, op schade wordt gecontroleerd, en ofwel wordt hersteld tot de originele OEM-specificaties of vervangen door een nieuw onderdeel. Het product wordt vervolgens gemonteerd en getest om correcte werking te garanderen. Dit proces verschilt van reparatie, dat beperkt is tot het operationeel maken van het product in plaats van grondige herstelling. Bovendien kunnen door het ontwerpen van staalproducten voor hergebruik of refabricatie nog meer hulpbronnen worden bespaard.

Recyclen

Recycling van staal wordt in de staalindustrie al uitgevoerd sinds staal voor het eerst gemaakt werd. Het zorgt ervoor dat de waarde van de grondstoffen die in staalproductie zijn geïnvesteerd, ver ver voorbij het einde van de levensduur van een staalproduct blijft bestaan, en dat staal een permanente hulpbron voor de samenleving blijft. Alle staalproducten van nature recycleerbaar en structurele staalelementen zijn van nature herbruikbaar. Bovendien is staal 100% recycleerbaar en kan het keer op keer worden gerecycled om nieuwe staalproducten te maken in een gesloten materiaallus. Gerecycled staal behoudt de inherente eigenschappen van het oorspronkelijke staal. De hoge waarde van staalschroot zorgt voor de economische haalbaarheid van recycling. Hierdoor is staal vandaag het meest gerecycled materiaal.

Twee hoofgrondstoffen voor het maken van staal zijn ijzererts, een van de meest voorkomende elementen op aarde, en gerecycled (schroot) staal. Eenmaal geproduceerd (van ijzererts), wordt staal een permanente hulpbron voor de samenleving, zolang het aan het einde van elke productlevenscyclus wordt herwonnen, omdat het 100% recycleerbaar is zonder kwaliteitsverlies.

De magnetische eigenschap van staal zorgt voor zijn goedkope en gemakkelijke herwinning voor recycling. Met magnetische scheiding kan staalschroot uit post-consumer producten gemakkelijk uit bijna elke afvalstroom worden opgehaald. Een wereldstaalreview toonde aan dat herwinningspercentages voor verschillende sectoren variëren van 50% voor kleine elektrische en huishoudelijke apparaten, tot meer dan 90% voor machines. Percentages van tot 98% voor structureel staal in commerciële en industriële gebouwen worden behaald.

Staal is het meest gerecycled materiaal ter wereld. Jaarlijks worden ongeveer 650 miljoen ton pre-consumer en post-consumer schroot gerecycled, wat leidt tot significante besparingen in energie en grondstofgebruik. Al het schroot van staalproductie en downstream verwerking (vaak aangeduid als pre-consumer schroot) wordt verzameld en direct in de staalproductieprocessen gerecycled. De gerecycled inhoud van elk staalproduct kan variëren van 5% tot 100%. Meer dan 23 miljard ton schroot is gerecycled sinds de start van de staalproductie.

Het gebruik van de term 'recycling' moet worden verduidelijkt. Alle soorten staal kunnen worden gerecycled tot nieuw staal van verschillende graden, waarbij de inherente materiaaleigenschappen behouden blijven. Daarom kan staalschroot van lagere waarde staalproducten ook worden omgezet in hogere waarde stalen door gebruik te maken van geschikte verwerking en metallurgie. Voor andere materialen is dit doorgaans niet mogelijk. Inderdaad wordt de kwaliteit van gerecycled materiaal vaak gedowngraded of 'downcycled', zoals in het geval van beton, hout en aluminium.

Recycling is belangrijk in de circulaire economie omdat het waardevolle hulpbronnen bewaart. Naast de inspanningen van de staalindustrie om herwinningspercentages te verhogen, zijn er ook initiatieven, in samenwerking met andere metaalindustrieën en onderzoeksinstituten, om verliezen door de hele productlevenscyclus te identificeren. Het doel is deze verliezen te minimaliseren en het recyclingspercentage van staal en andere materialen verder te verbeteren.

De staalindustrie integreert deze voordelen steeds verder in haar operaties om de voordelen van staal te benadrukken voor mensen die materiaalkeuzes maken. Samenwerking van de gehele productieketen is essentieel om te garanderen dat hergebruikte of gerefabriceerde producten dezelfde eigenschappen hebben als nieuw staal. Om verder bij te dragen aan de circulaire economie, zijn een aantal sleutelgebieden waarop de staalindustrie zich moet richten:

• Water dat in het productieproces wordt gebruikt, moet aan de samenleving worden teruggegeven in dezelfde of betere conditie dan waarop het is ontvangen, en emissies naar de atmosfeer moeten zoveel mogelijk worden geminimaliseerd.
• Wat de verbruikte grondstoffen betreft, zoals cokeskool en ijzererts, is strikte naleving van duurzaamheid onmogelijk omdat grondstoffen, eenmaal verbruikt, duidelijk niet kunnen worden vervangen en als zodanig de capaciteit van toekomstige generaties om staal op dezelfde manier te produceren als vandaag verminderen. Deze uitdaging kan worden overbrugd door het construct van hergebruik, refabricatie en recycling, om producten te ontwerpen voor gemakkelijk hergebruik en zoveel mogelijk staal uit producten aan het einde van hun leven te recyclen om nieuwe staalproducten te maken. Duidelijk is dat dit in de tijd voldoende hoeveelheden herbruikbaar en recycleerbaar staal vereist om de marktvraag naar staal te voldoen. Bovendien moet het concept van verantwoorde winning verder worden aangepakt, met inachtneming van de winning van materialen in de toeleveringsketen.
• Emissies naar de atmosfeer (bijv. CO2 en andere broeikasgassen) kunnen worden verminderd door te zorgen dat de toepassing van staal leidt tot verminderde emissies tijdens de gebruiksfase van het product. Dit kan door gebruik van bijvoorbeeld hoogsterkte stalen of efficiëntere stalen in motoren.
• Veel concurrerende materialen hebben 'lichtgewicht'-eigenschappen (meer specifiek lagere dichtheid materialen) en kunnen helpen de emissies van energie-intensieve producten in de gebruiksfase te verminderen. Deze materialen zijn echter vaak zoveel meer energie- en CO2-intensief om te produceren dan staalproducten, wat de gebruiksfas voordelen die deze alternatieve materialen bieden teniet doet.

Levenscyclusdenken

Staal is overal in het leven van mensen vandaag en staat centraal in de duurzame toekomst. De staalindustrie is een integraal onderdeel van de mondiale circulaire economie. De circulaire economie bevordert nul afval, vermindert de hoeveelheid gebruikte materialen, en moedigt hergebruik en recycling van materialen aan, alle fundamentele voordelen van het gebruik van staal. Een levenscyclusbenadering is zeer belangrijk voor het leveren van echte duurzaamheid.

Normaal worden beleidsregels momenteel gemaakt op basis van premises die alleen de 'gebruiksfase' van het leven van een product beïnvloeden, bijvoorbeeld energieverbruik voor een koelkast of CO2-uitstoot tijdens het rijden van een auto. Deze focus op de 'gebruiksfase' kan leiden tot duurdere alternatieve lagere-dichtheid materialen die doorgaans een hogere milieubelasting hebben wanneer de hele levenscyclus in overweging wordt genomen. Deze beperking van de gebruiksfase kan niet voortduren. Levenscyclusdenken (LCD) is vereist voor alle productiebeslissingen.

Elk product dat wordt verkocht en gekocht heeft een levenscyclus. Elk product wordt geproduceerd, gebruikt, en kan daarna worden hergebruikt, gerecycled of afgevoerd aan het einde van zijn bruikbare levensduur. Bovendien kan staal dat de afvalstroom binnenkomt gemakkelijk van andere materialen worden gescheiden en verzameld voor recycling, door het gebruik van magneten. LCD is een term die wordt gebruikt voor het beschrijven van de holistische denkwijze die vereist is voor het duurzaam oplossen van maatschappelijke problemen. Het vereist overweging van de gebruikte grondstoffen, energieverbruik, afval, en emissies van een product over elke fase van zijn leven. Dit begint bij het ontwerp en eindigt op het moment dat het product het einde van zijn bruikbare levensduur bereikt. In LCD wordt verwacht dat een goed ontworpen, staalbevattend product aan het einde van zijn levensduur onderworpen wordt aan hergebruik of recycling van zijn componenten.

Alleen door de gebruikte hulpbronnen en energie, en het geproduceerde afval en emissies op elke stap van deze reis te berekenen, kan de echte milieueffect van een product worden gedefinieerd. Dit maakt ook de identificatie mogelijk waar de lange-termijn milieuduurszaamheid kan worden verbeterd. De kleine toename in energieverbruik of de toevoeging van legeringselementen die nodig zijn om hoogsterkte stalen te produceren, wordt bijvoorbeeld meerdere keren gecompenseerd wanneer de levenscyclus van het product in overweging wordt genomen. Het gebruik van deze hoogsterkte stalen betekent dat producten lichter kunnen zijn en dus vaak energie besparen tijdens de gebruiksfase van hun leven, bijvoorbeeld in de automobielsector voor brandstofzuinigheid, en over de hele levenscyclus van het product wordt minder energie gebruikt.

Er is nog een reden waarom levenscyclusdenken heel belangrijk is. Door de daadwerkelijke impact van elke fase van het leven van een product te kennen, kunnen de beste beslissingen worden genomen over welke materialen gebruikt moeten worden. Als voorbeeld, naast hoogsterkte stalen, worden lage-dichtheid materialen zoals aluminium, koolstofvezel, magnesium, of kunststoffen soms gebruikt om toepassingen lichter te maken. Op het eerste gezicht wegen deze materialen minder of, preciezer, hebben een lagere dichtheid dan staal en kunnen daardoor interessante alternatieven lijken. Echter, wanneer de totale levenscyclus van het materiaal in overweging wordt genomen, blijft staal concurrerend, dankzij zijn sterkte, duurzaamheid, recycleerbaarheid, veelzijdigheid en kosten. Vergelijking van CO2-emissies van deze materialen is weergegeven in Fig. 4. Bovendien aan het einde van de levensduur van het product, kunnen deze materialen naar de stort moeten worden gestuurd omdat er geen economische manier is voor recycling of hergebruik van het materiaal. Alternatief kunnen ze worden gedowngraded naar een lagerwaardig product. Het is belangrijk dat deze informatie bekend is voordat cruciale materiaalbeslissingen worden genomen. De gehele levenscyclus, van grondstofwinning tot einde-van-levensduur recycling of afvalverwerking, moet in overweging worden genomen.

Fig. 4 Vergelijking van CO2 emissies

Een levenscyclusbenadering moet worden overwogen binnen het concept van de circulaire economie om een meer hulpbronnefficiënte wereld te creëren, met focus op afvalminimalisatie. De staalindustrie doet al lange tijd afvalminimalisatie om economische redenen. De circulaire economie bevordert nul afval, vermindert de hoeveelheid gebruikte materialen, en moedigt hergebruik en recycling van materialen aan, alle fundamentele voordelen van het gebruik van staal. Een levenscyclusbenadering is zeer belangrijk in het leveren van echte duurzaamheid.

Staalbijproducten

Materiële efficiëntie is een integraal onderdeel van het moderne staalproductieproces. Het doel is om alle grondstoffen tot hun volle capaciteit te benutten en afval uit staalproductie te elimineren. Deze benadering omvat industriële symbiosis waarbij bijna elk bijproduct dat tijdens staalproductie ontstaat, wordt gebruikt in nieuwe producten. Dit minimaliseert de hoeveelheid afval dat naar stortplaatsen gaat, verlaagt emissies, en bewaart grondstoffen.

Zoals bij alle grootschalige productieprocessen genereert de productie van ijzer en staal bijproducten. Gemiddeld resulteert de productie van 1 ton staal in 200 kg (schroot-elektrische boogoven route) tot 400 kg (hoogovens-basische zuurstofoven route) aan bijproducten. De belangrijkste bijproducten geproduceerd tijdens ijzer- en staalproductie zijn slakken (90%), stoven en slibben. Het wereldwijde gemiddelde herwinningspercentage voor slak varieert van meer dan 80% voor staalmakingsslak tot bijna 100% voor ijzermakingsslak. Slak wordt gebruikt om een reeks producten te maken waaronder cement, meststoffen en asfalt. Procesgassen van ijzer- en staalmaking worden doorgaans binnen de staalmakerij gebruikt, ter vervanging van stoom en elektriciteit, of geëxporteerd naar het lokale net. Andere bijproducten zoals stof worden herwonnen vanwege hun hoge metaalinoud. De generatie van de bijproducten en hun toepassingen worden weergegeven in Fig. 5.

Fig. 5 Bijproductgeneratie en hun toepassingen

Om betere resultaten te bereiken, zijn de afgelopen jaren diverse initiatieven en activiteiten ondernomen om nieuwe benaderingen en technieken toe te passen gericht op bijproductbeheer in ijzer- en staalfabrieken om hun recycling te vergroten. Bijvoorbeeld, de interne recycling van sommige bijproducten in de sinter- en pelletiseringsprocessen voor het bereiken van hoge kwaliteit sinter en pellets terwijl gelijktijdig milieueffecten en exploitatiekosten worden verminderd. Bovendien is stof herwonnen van de gasbehandeling van de elektrische boogoven gebruikt voor het substitueren van klei in traditionele baksteenproductie, voor energiebesparing, milieueffectreductie en mogelijke economische voordelen. Verder heeft de ontwikkeling van simulatiemodellen het mogelijk gemaakt de slakkwaliteit van basische zuurstofoven, elektrische boogoven, en panoven te identificeren die intern hergebruikt kunnen worden en significante economische en milieumateriële verbeteringen opleveren, vergeleken met het huidige slakgebruik in de staalfabrieken. Er is echter nog aanzienlijke ruimte voor verbetering voor het verhogen van het herwinningspercentage van bijproducten, het behalen van milieue en economische voordelen, ook volgens de principes van industriële symbiosis.