Производство стали и консервирование

См. лист “Производство стали” и “Цех по производству металлических банок”.

Модель содержит весь спектр стальной продукции, включая:

q Производство кокса (из угля) и производство агломерата (из железной руды),

q Производство чугуна в домне (BF, из агломерата) и жидкой стали в кислородном конвертере (BOF, из чугуна),

q Производство жидкой стали в электродуговой печи (EAF, из скрапа)

q Отливка тонкостенной плиты с последующей холодной прокаткой и

q Продолжительная отливка с последующей холодной прокаткой.

Основными материалами для производства чугуна в домне являются агломерат и кокс. Агломерат производится из железной руды; кокс сам по себе производится из угля. Термически необработанная сталь производится из чугуна (со скрапом или без) в кислородном конвертере (BOF) или иначе в электродуговой печи (EAF) из скрапа (до 100%).

Модель предполагает смешение первичной термически необработанной стали в BOF и в EAF, поскольку планируемый уровень вторичной переработки металла должен быть максимальным в модели устойчивого общества. EAF сберегает до 40% первичной энергии в сравнении с производством жидкой стали из сырого железа. Термически необработанная сталь затем первично перерабатывается в холодно- и горячекатаную продукцию. Холоднопрокатная продукция включает катушки, полосы и листы металла, в то время, как горячекатаная продукция в основном включает проволоку, планки, пруты, рельсы, профили и балки.

Типичный цех по производству стали малого размера имеет годовую выработку между 50000 и 100000 тонн в год. Из-за различного использования стали и в зависимости от отраслей в целом, начальные установочные данные о том, сколько сообщество (из 100000 человек) потребляло бы сталепродукции, не были найдены. Можно предположить, что большее количество стали будет экспортироваться.

Цех по производству металлических банок позволяет сообществу производить тару, необходимую в пищевой отрасли. Стальные банки просты в производстве и утилизации. Не было найдено никаких конкретных данных по энергетическим требованиям, вводные цифры предположительны и подлежат пересмотру. Однако не предполагается, что цех по производству металлических банок имеет большое значение для общего энергетического баланса. 

Источники: [34], [38]

Производство стекла и бутылок

См. лист “Производство стекла” и “Бутылочный цех”.

Норма выработки стекла (емкостей первичного использования) состоит из объема стекла, произведенного из сырья, из повторно использованного стекла (раздробленного и расплавленного) и от вторичного использования бутылок (нетронутых, только химически очищенных – см. раздел 1.4 Управление утилизацией отходов). Предполагается, что стекло, алюминий и сталь (а не пластик) будут ключевыми материалами для емкостей. Потенциал снижения первично затраченной энергии при многоразовом использовании бутылок может превзойти 95% в зависимости от жизненного цикла емкостей (в сравнении с производством стекла из сырья).

Производство стекла из сырья – очень энергоемкий (в основном электроэнергия) процесс. Т.к. снижение потребления первичной энергии при утилизации стекла (дробление и переплавка) может превышать 20%, ожидается, что 100% всего стекла в устойчивом обществе будет утилизироваться.

Для простоты модель устроена так, что все стекло используется как емкости (так называемое пустотелое стекло (в основном бутылки)). Бутылочный цех может разливать напитки, потребляемые в сообществе. Однако не было доступных данных по особенностям потребления энергии при бутилировании. Поэтому, вводные данные предварительные и подлежат пересмотру.

Примечание: Предполагается, что для производства листового стекла (например, для окон) требуется меньше энергии. Такие подробности могут быть включены позже.

Источники: [34]

Производство алюминия

См. лист “Производство алюминия”.

Алюминий производится из бокситной (алюминиевой) руды в три основных этапа: 1. Добыча боксита и очистка окиси алюминия (процесс Байера, Bayer), 2. Выплавка окиси алюминия (в основном в: процессе Холла-Эру), и 3. Заключительная обработка алюминия. 

Добыча боксита обычно производится открытым способом и либо перерабатывается в окись алюминия в непосредственной близости от места добычи, либо отправляется на плавильный рынок по всему миру для переработки. Добыча боксита предполагает использование больших участков земли (например, в природных лесах) и эрозию почвы с негативным воздействием на флору и фауну. С 1990 года некоторые алюминиевые компании (например, Alkem) начали применять принципы устойчивого развития на некоторых бокситных месторождениях с целью возвращения территории в первоначальное состояние (восстановление лесных массивов, флоры и фауны). При процессе Байера (Bayer) боксит дробится, варится (промывается горячем раствором едкого натра (NaOH) при 250 ºC), осаждается (охлаждается) и кальцинируется (повторно нагревается до 1050 ºC), что дает в результате окись алюминия (Al₂O₃). Добыча боксита и процесс Байера требуют большого количества энергии, воды (пара), материалов (едкий натр и известь), территории и даже переселения людей. Выбросы включают сточные воды, тепло, выбросы (металлических) частиц и пыли, рудниковые отходы (боксит содержит 10-40% включений породы) и отработанный натрий. В дополнение, транспортировка бокситов или окиси алюминия требует большого количества ископаемого топлива.

Окись алюминия перерабатывается в алюминий (Al) в основном в процессе Холла-Эру. Для производства 1 тонны необработанного алюминия требуется свыше 13 мВт.ч электроэнергии. (Среднемировой показатель 16 мВт.ч на тонну из-за использования различных производственных процессов и работ на старых, часто неэффективных предприятиях). Плавильный процесс требует большого количества углерода (0,4 – 0,5 тонн углерода на тонну алюминия) и криолита (Na₃AlF₆). Фторид алюминия (AlF₃) используется для понижения точки плавления криолита. В результате плавки окиси алюминия получают большие алюминиевые болванки (плиты, цилиндры, бруски, блоки и т.д.), которые затем транспортируются на перерабатывающее предприятие для дальнейшей переработки. Часто горячий алюминий транспортируется на короткие расстояния внутри того же предприятия. Первичный выход из плавильного процесса включает углекислоту, тепло, сточные воды, отработанный углерод и перфторкарбонаты (например, CF₄ и C₂F₆).

И, наконец, перерабатывающие алюминий предприятия расплавляют его и формируют болванки для продажи, пригодные для производства большого диапазона продукции, включая автомобили, окна, двери, рамы, строительные материалы и емкости для напитков. Производство алюминиевой продукции требует различного количества энергии и вырабатывает различные типы и количество отходов и выбросов (алюминиевый скрап и пыль и т.д.).

Модель не принимает во внимание энергию или материалы на входе/выходе, связанные с добычей бокситов, производством окиси алюминия и транспортировкой алюминиевых болванок до плавильных цехов. Предполагается, что алюминиевое предприятие в модели получает окись алюминия в необходимом для производства алюминия виде и размерах или использует вторичный алюминий (скрап, утилизация) для производства алюминиевых болванок. На этой стадии модель включает производство алюминиевой продукции и формирование в основном емкостей для напитков (банок) и рам для солнечных модулей. Для потоков энергии и материалов, связанных с производством конечной алюминиевой продукции, см. “Баночный цех” и “Солнечные системы”.

Акцент делается на утилизации алюминиевых продуктов из-за огромных экологических (и экономических) преимуществ. При стоимости свыше $1000 / метрич. тонна, алюминий является самым ценным вторичным сырьем. Переплавка алюминия требует всего 5 - 10% от энергии плавления в сравнении с первичной плавкой окиси алюминия в алюминий благодаря относительно низкой температуре плавления 700-800 ºC. Следовательно, 90-95% необходимой первичной энергии для производства алюминиевых болванок можно избежать при помощи функционального сбора алюминия и системе утилизации. В дополнение, каждая тонна вторичного алюминия предотвращает добычу нескольких тонн бокситов, огромного количества энергии, воздействие на окружающую среду и выбросы.

Утилизации подлежит алюминий от машин, дверей, каркасных конструкций, окон и банок от напитков. Каждая категория имеет различный процент утилизации и количества, которые довольно значительно разнятся в разных странах и штатах. Например, в США утилизация алюминия из машин в 2002 была около 85 - 90%. В 1998 процент утилизации банок от напитков в США был 63% (в сравнении со значением 90% в западноевропейских странах, например, в Норвегии). При проценте утилизации 60%, материал для 100 новых банок перерабатывается из 150 использованных банок. Таким образом, каждая новая банка используется 2,5 раза до окончательного уничтожения. Для сравнения, процесс утилизации в 90% дает по расчетам 11 кратное использование до конечного уничтожения.

Модель принимает в расчет утилизацию алюминиевых банок и других емкостей (домохозяйств и бизнеса) так же, как и алюминиевые отходы от производства и строительства. Выход алюминия может быть увеличен для учета более высокого потребления в производстве (например, для солнечных систем).

Источники: [34], [36], [37]

Цементный цех

См. лист “Цементный цех”.

Возможны различные методы производства цемента и цементной продукции. Для производства цемента выбран высокотемпературный, сухой производственный процесс, с использованием предварительного кальцинирования, включая предварительный нагрев. У данного процесса более низкие рабочие расходы и потребление энергии, чем у большинства простых процессов.

Цементный клинкер, необработанный полуфабрикат цемента, производится из минералов, содержащих кальций, кремний, алюминий и железо. Известняк, мергель и мел являются основными источниками кальция. Глина, глинистый сланец, боксит и железо дают компоненты кремния, алюминия и железа. Цемент производится путем смешивания тонкодисперсного размельченного клинкера с небольшим количеством сульфата кальция (гипс). В зависимости от типа производимого цемента, добавляются дополнительные компоненты, такие как зольная пыль, печной шлак или фильтрованная пыль. Например, стандартный портландцемент содержит 95% клинкера и 5% гипса. Так называемый шлаковый цемент может содержать до 95% шлака с 5% клинкера.

В ряду цементной продукции, бетон является смесью 11% портландцемента, 16% воды, 6% воздуха, 26% песка (мелкий заполнитель) и 41% гравия или дробленого камня (крупный заполнитель).

Специфические требования в отношении энергии и материалов на входе применяются при производстве портландцемента. Модель может быть обновлена для отражения более высокой номенклатуры продукции, если потребуется.

Следует заметить, что бетон как строительный материал для зданий и строений, а также для дорог, имеет несколько преимуществ при анализе жизненного цикла из-за долгосрочного использования, сопротивления теплу, силовым нагрузкам и т.д. Например, бетонная тротуарная плитка требует на 40% меньше освещения, цементные здания могут минимизировать или даже совсем исключить необходимость кондиционирования воздуха благодаря эффекту температурной регуляции, а цементные дороги дают понижение топлива до 10% (и более длительное использование) в сравнении со смесями ископаемых смол.

Источники: [34], [52]