Stahls Rolle bei der Beschleunigung der Kreislaufwirtschaft

Beitrag von Stahl zur Kreislaufwirtschaft

Es gibt weltweit zwei Wirtschaftsmodelle: die lineare Wirtschaft und die Kreislaufwirtschaft. Die Kreislaufwirtschaft ist eine Alternative zur traditionellen linearen Wirtschaft, bei der Ressourcen so lange wie möglich genutzt werden, ihr maximaler Wert extrahiert wird und Produkte sowie Materialien am Ende jedes Lebenszyklus zurückgewonnen und regeneriert werden. Seit der letzten industriellen Revolution war das Wirtschaftswachstum stark an den Primärressourcenverbrauch gekoppelt; Kreislaufwirtschaftsmodelle versuchen, Wirtschaftswachstum und Ressourcennutzung zu entkoppeln, da erkannt wurde, dass die aktuellen globalen Konsummuster nicht nachhaltig sind. Derzeit findet ein Übergang vom linearen zum kreislauforientierten Wirtschaftssystem statt. Da Stahl allgegenwärtig in unserem Leben ist und das Herzstück unserer nachhaltigen Zukunft bildet, ist die Stahlindustrie ein integraler Bestandteil der globalen Kreislaufwirtschaft.

Das lineare Wirtschaftsmodell

Im Laufe seiner Entwicklung und Diversifizierung hat die industrielle Wirtschaft nie eine grundlegende Eigenschaft überwunden, die in den frühen Tagen der Industrialisierung etabliert wurde. Die industrielle Wirtschaft basiert auf einem linearen Modell des Ressourcenverbrauchs, das einem „Nehmen-Herstellen-Entsorgen“-Muster folgt. Das lineare Modell verlässt sich auf große Mengen leicht zugänglicher Ressourcen und Energie und ist daher zunehmend unpassend für die Realität, in der es operiert. Organisationen gewinnen Materialien, nutzen sie zur Produktion von Produkten, verkaufen diese an Kunden, die sie am Ende der Lebensdauer entsorgen, wenn sie nicht mehr ihrem Zweck dienen. Dies ist die Norm im linearen Wirtschaftsmodell (Abb. 1), ohne Rücksicht auf Externalitäten. Zudem baut dieses Verhalten auf der Annahme auf, dass Ressourcen unendlich sind und externe Inputs nötig sind, um das Wirtschaftswachstum zu stützen.

Im linearen Wirtschaftsmodell lag der Fokus auf Effizienzsteigerungen entlang dieser geraden Linie. Höhere Effizienz führt zu geringerem Material- und Ressourcenbedarf, was wiederum weniger Externalitäten pro produzierter Einheit bedeutet. Allerdings ändert die bloße Effizienzsteigerung – also die Reduzierung von Ressourcen und fossiler Energie pro Einheit der Produktionsleistung – nichts an der endlichen Natur der Ressourcenbestände, sondern verzögert nur das Unvermeidliche. Ein Wechsel des gesamten Betriebssystems scheint notwendig.

Doch das Denken ändert sich langsam. Die Abhängigkeit vom linearen Wirtschaftsmodell schwächt sich angesichts mächtiger disruptiver Trends ab, die die Wirtschaft in den kommenden Jahren prägen werden: (i) Ressourcenknappheit und strengere Umweltstandards sind gekommen, um zu bleiben, (ii) der Besitz von Informationstechnologie ermöglicht den Wandel, und (iii) ein allgegenwärtiger Wandel im Verbraucherverhalten ist zu beobachten.

Das Kreislaufwirtschaftskonzept

Das Kreislaufwirtschaftskonzept ist eine Reaktion auf den linearen Ansatz. Es basiert auf dem Verständnis, dass die Ressourcen unseres Planeten nicht unendlich sind und dass Wachstum und Wertschöpfung ohne Input von externen Primärmaterialien möglich sind. Statt Materialien, Energie und Produkte am Ende ihrer Lebensdauer zu entsorgen, zielt das Kreislaufwirtschaftskonzept darauf ab, diese Gerade zu biegen, das Ende mit dem Anfang zu verbinden und so einen geschlossenen Kreislauf zu bilden. Dieses Konzept ist nicht neu, wurde aber vergessen, als Menschen wohlhabender wurden und Organisationen Profit daraus schlugen, dass Menschen neue, aktualisierte Produkte kaufen müssen. Die Kreislaufwirtschaft zielt darauf ab, Kapital wiederaufzubauen – sei es finanzielles, produziertes, menschliches, soziales oder natürliches Kapital. Dieser Ansatz verbessert den Fluss von Gütern und Dienstleistungen.

Das Kreislaufwirtschaftskonzept hat tief verwurzelte Ursprünge und lässt sich nicht auf ein einzelnes Datum oder einen einzelnen Autor zurückführen. Seine praktischen Anwendungen auf moderne Wirtschaftssysteme und industrielle Prozesse haben jedoch seit den späten 1970er Jahren an Dynamik gewonnen, dank der Bemühungen einer kleinen Anzahl von Wissenschaftlern, Vordenkern und Unternehmen. Das allgemeine Konzept wurde von verschiedenen Denkschulen verfeinert und weiterentwickelt, wie (i) regeneratives Design, (ii) Performance Economy, (iii) Cradle-to-Cradle-Framework, (iv) Industrielle Ökologie und (v) Biomimikry, die auf drei Schlüsselprinzipien der Natur basiert: Natur als Modell, Natur als Maßstab, Natur als Mentor.

Eine Kreislaufwirtschaft ist ein industrielles System, das absichtlich und konzeptionell restorativ oder regenerativ ist. Sie basiert auf der Prämisse, dass Produkte oder Teile repariert, wiederaufbereitet, wiederverwendet, zurückgegeben und recycelt werden. Sie ersetzt das „End-of-Life“-Konzept durch Restauration, strebt die Nutzung erneuerbarer Energien an, eliminiert den Einsatz giftiger Chemikalien, die die Wiederverwendung beeinträchtigen, und zielt auf die Beseitigung von Abfall durch überlegenes Design von Materialien, Produkten, Systemen und Geschäftsmodellen ab. Abb. 2 zeigt das Kreislaufwirtschaftskonzept.

Der Kern der Kreislaufwirtschaft besteht darin, Wertschöpfung vom Verbrauch endlicher natürlicher Ressourcen zu entkoppeln und das End-of-Life-Konzept zu ersetzen, bei dem Produkte naturgemäß als Abfall enden. Durch Änderungen im Produktdesign, bei Materialien und Systemen sowie durch einen Wandel des Eigentumskonzepts mittels neuer Geschäftsmodelle kann Abfall begrenzt und letztlich eliminiert werden. Das vielleicht wichtigste zugrundeliegende Prinzip ist das Recycling von Materialien, bei dem Materialien zur Herstellung neuer Produkte wiederverwendet werden, anstatt durch Verbrennung oder Deponierung entsorgt zu werden. Doch die Kreislaufwirtschaft umfasst mehr als Recycling. Ein kreislauforientiertes System erfordert grundlegende Veränderungen, um nicht nur das Recycling von Materialien voll zu unterstützen, sondern auch den Wert des Naturkapitals zu maximieren. Dies erfordert neue Ansätze: (i) Materialkreislaufführung, (ii) Produkt-Materialeffizienz und (iii) neue Geschäftsmodelle, die alle zu einer reduzierten Nachfrage nach Primärmaterialien führen, was weniger Rohstoffabbau und Produktion mit geringeren CO₂-Emissionen zur Folge hat.

Die Kreislaufwirtschaft stellt sicher, dass der Wert in einem Produkt erhalten bleibt, wenn es das Ende seiner Nutzungsdauer erreicht, während gleichzeitig Abfall reduziert oder eliminiert wird. Diese Idee ist fundamental für das Triple-Bottom-Line-Konzept der Nachhaltigkeit, das sich auf das Zusammenspiel von Umwelt-, Sozial- und Wirtschaftsaspekten konzentriert. Ohne einen Lebenszyklusansatz ist eine echte Kreislaufwirtschaft unmöglich.

Prinzipien der Kreislaufwirtschaft

Das Kreislaufwirtschaftskonzept basiert auf wenigen einfachen Prinzipien. Erstens zielt eine Kreislaufwirtschaft im Kern darauf ab, Abfall „wegzudesignen“. Abfall existiert in diesem Konzept nicht. Produkte werden für einen Zyklus aus Demontage und Wiederverwendung entworfen und optimiert. Diese engen Komponenten- und Produktzyklen definieren die Kreislaufwirtschaft und unterscheiden sie von Entsorgung und sogar Recycling, bei denen große Mengen eingebetteter Energie und Arbeit verloren gehen. Zweitens führt die Zirkularität eine strenge Unterscheidung zwischen verbrauchbaren und langlebigen Komponenten eines Produkts ein. Im Gegensatz zu heute bestehen Verbrauchsmaterialien in der Kreislaufwirtschaft weitgehend aus biologischen Inhaltsstoffen „Nährstoffen“, die zumindest ungiftig und möglicherweise sogar nützlich sind und sicher in die Biosphäre zurückgeführt werden können – direkt oder in einer Kaskade aufeinanderfolgender Nutzungen. Langlebige Güter wie Motoren oder Computer hingegen bestehen aus technischen Nährstoffen, die für die Biosphäre ungeeignet sind, wie Metalle und die meisten Kunststoffe. Diese sind von Anfang an für Wiederverwendung konzipiert. Drittens soll die Energie, die diesen Zyklus antreibt, erneuerbar sein, um die Ressourcenabhängigkeit zu verringern und die Systemresilienz zu erhöhen (z. B. gegenüber Ölkrisen).

Stahl und Kreislaufwirtschaft

Stahl verfügt über hervorragende Kreislaufwirtschafts-Referenzen – sowohl als Material, das stark, langlebig, vielseitig und recycelbar ist, als auch als tragendes Rahmensystem, das leicht, flexibel, anpassbar und wiederverwendbar ist. Einer der Hauptvorteile von Stahl ist, dass er so konzipiert werden kann, dass er die spezifischen Festigkeits-, Haltbarkeits- und End-of-Life-Recyclinganforderungen fast jeder Anwendung erfüllt. Die Kombination aus Festigkeit, Recyclingfähigkeit, Verfügbarkeit, Vielseitigkeit und Erschwinglichkeit macht Stahl einzigartig.

Aktuelle Forschung führt zur Produktion neuer Stähle, die noch stärker und leichter sind als die heute verfügbaren. Windkraftanlagen, die für die Erzeugung sauberer Windenergie entscheidend sind, sind bereits 50 % leichter als vor einem Jahrzehnt. Für einen 70 Meter hohen Turm bedeutet dies eine Reduktion von 200 Tonnen CO₂-Emissionen. Dank ihres höheren Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses können die neueren Stähle zur Herstellung von Turmabschnitten von bis zu 30 Metern Länge verwendet werden. Dies reduziert Emissionen während Transport und Montage.

Hochwertige Stähle werden auch für den Bauwesen entwickelt. Sie ermöglichen den Bau größerer und höherer Gebäude auf effizientere Weise und produzieren die geringstmögliche Abfallmenge. Der Einsatz höherwertiger Stähle wird voraussichtlich die Stahlmenge im Bauwesen reduzieren. Transportkosten sinken ebenfalls dank dünnerer und damit leichterer Stahlkomponenten. Sie verkürzen auch die Bearbeitungszeit in Werken und auf der Baustelle, weitgehend aufgrund einer Reduzierung der benötigten Schweißnähte. Mit diesen Stählen lässt sich die Anzahl der Stützen in Gebäudestrukturen verringern und diese schlanker gestalten. Dies schafft größere Flächen und bietet Möglichkeiten für besseres Design und Raumnutzung. Hochwertige Stähle ermöglichen Strukturen, die Dissipationsmechanismen enthalten, um den Großteil der bei einem Erdbeben entstehenden seismischen Energie zu absorbieren.

Eine Kreislaufwirtschaft fördert längere Produktlebensdauern. Je länger ein Produkt hält, desto weniger Rohstoffe müssen beschafft werden. Produktlanglebigkeit trägt zur Reduzierung der Erschöpfung von Rohstoffen bei. Produkte so lange wie möglich auf ihrem höchsten Nutzen und Wert zu halten, ist ein Schlüsselbestandteil der Kreislaufwirtschaft. Einfach ausgedrückt: Je länger ein Produkt hält, desto weniger Rohstoffe müssen beschafft und verarbeitet werden und desto weniger Abfall entsteht. Stahlprodukte sind von Natur aus langlebig – was nicht nur bedeutet, dass sie lange halten, sondern auch, dass viele Stähle nach ihrem ersten Leben wiederverwendet werden können.

Stahl fördert auch seine eigene Langlebigkeit. Stahlrahmengebäude lassen sich leicht anpassen, wenn die Konfiguration der Struktur geändert werden muss. Das Gebäude kann abgebaut und mit minimaler Beeinträchtigung der lokalen Gemeinschaft und Umwelt wiederaufgebaut werden. Starke, langlebige äußere Stahlstrukturen können mehrere interne Umkonfigurationen aufnehmen, um sich ändernden Bedürfnissen gerecht zu werden. Lager- oder Industriegebäude aus Stahl lassen sich leicht in moderne Wohn- oder Arbeitsräume umwandeln. Dies verlängert die Nutzungsdauer des Gebäudes (und die des darin enthaltenen Stahls), spart Ressourcen und senkt Kosten.

Stahl ist ein vielseitiges Material – sowohl in Bezug auf seine Metallurgie/Chemie als auch als Produkt. Es ist ein unendlich recycelbares Material. Strukturelle Produktelemente sind langlebig, robust und dimensionsstabil, können verschraubt werden, um Baugruppen zu bilden, die von Natur aus demontierbar und wiederverwendbar sind. Stahlkonstruktionen lassen sich leicht erweitern und vor Ort umkonfigurieren. Stahl ist kein einzelnes Material. Es gibt verschiedene Stahlsorten, von konventionellen Baustählen über hochfeste Stähle, höherfeste Stähle bis hin zu Spezialstählen wie rostfreien Stählen. Jede Sorte hat Eigenschaften, die für ihre spezifische Anwendung entwickelt wurden. Tatsächlich gibt es mehr als 3.500 verschiedene Zusammensetzungen oder Sorten mit unterschiedlichen physikalischen, chemischen und umweltbezogenen Eigenschaften. Werden die verschiedenen Produktgrößen und -formen hinzugezählt, vervielfacht sich diese Zahl. Jede Stahlvariante ist auf spezifische Anwendungen in so unterschiedlichen Sektoren wie Verpackung, Maschinenbau, Weiße und Gelbe Ware, Fahrzeuge und Bauwesen zugeschnitten. Etwa 75 % der heute verfügbaren modernen Stähle wurden in den letzten zwei bis drei Jahrzehnten entwickelt. Würde der Eiffelturm heute neu gebaut, läge der Stahlbedarf nur bei einem Drittel des ursprünglich 1889 verwendeten Stahls, dank der Festigkeits- und Qualitätsverbesserungen der Stahlindustrie im letzten Jahrhundert.

Die Vielseitigkeit von Stahl fördert das Recycling, da Stahlschrott durch den Recyclingprozess gemischt werden kann, um verschiedene Stahlsorten (unterschiedliche Güten und Produkte) herzustellen, die sich ändernden Anforderungen im Laufe der Zeit gerecht werden. Zum Beispiel kann Stahl aus überflüssigen Industriemaschinen in zeitgemäßigere Produkte wie Automobile oder Weiße Ware recycelt werden, die wiederum in neue, vielleicht noch unentdeckte Anwendungen der Zukunft recycelt werden können.

Die Verlängerung der Produktlebensdauer ist ein weiterer Schlüsselaspekt der Kreislaufwirtschaft. Theoretisch kann tout neuer Stahl aus recyceltem Stahl hergestellt werden. In der Praxis ist dies jedoch aufgrund der langen Lebensdauer von Stahlprodukten – bedingt durch Festigkeit und Haltbarkeit – nicht machbar. Etwa 75 % der jemals hergestellten Stahlprodukte sind heute noch in Gebrauch. Aus Stahl gefertigte Gebäude und andere Strukturen können 40 bis 100 Jahre und länger halten, wenn sie ordnungsgemäß gewartet werden.

Die Verlängerung der Produktlebensdauer kann durch Produkte erreicht werden, die sowohl flexibel als auch anpassungsfähig an Veränderungen sind, sodass sie länger halten und mehr Wert aus den für ihre Herstellung verwendeten Materialien und Ressourcen gezogen werden kann. Der Wandel in allen Lebensbereichen war nie größer. Sich ändernde Arbeitsmuster, neue Gebäudedienstleistungen und Informationstechnologien, demografischer Wandel und neue Gesetze stellen neue und unterschiedliche Anforderungen an Stahlprodukte. Nachhaltige Produkte müssen flexibel in der Nutzungsänderung und anpassungsfähig an zukünftige Bedürfnisse und Anforderungen sein – seien sie regulatorisch oder marktgetrieben.

Große, schwere Stahlbauteile erfordern Planung für das End-of-Life-Management. Da Stahlschrott jedoch Wert hat, ist der Anreiz hoch, diese Bauteile zurückzugewinnen und zu recyceln – kosteneffizienter als die Deponierung.

In einer gut strukturierten Kreislaufwirtschaft hat Stahl signifikante Wettbewerbsvorteile gegenüber konkurrierenden Materialien. Vier Schlagworte definieren diese Vorteile: (i) Reduzieren, (ii) Wiederverwenden, (iii) Wiederaufbereiten und (iv) Recyceln, wie in Abb. 2 dargestellt.

Reduzieren

Reduzieren bedeutet, das Gewicht von Produkten und damit die Materialmenge zu verringern. Dies ist ein wichtiger Schlüssel zur Kreislaufwirtschaft. Durch Investitionen in Forschung, Technologie und gute Planung haben Stahlhersteller in den letzten 50 bis 60 Jahren die Menge an Rohstoffen und Energie, die zur Stahlherstellung benötigt wird, drastisch reduziert. Zudem fördern und entwickeln Stahlhersteller aktiv den Einsatz von hochfesten und höherfesten Stahlsorten für diverse Anwendungen. Diese Sorten tragen zur Gewichtsreduzierung bei Anwendungen von Windkraftanlagen über Automobile bis hin zu Baupaneelen bei. Dadurch wird weniger Stahl benötigt, um die gleiche Festigkeit und Funktionalität zu bieten.

Wiederverwenden

Die Wiederverwendungseigenschaften von Stahl resultieren aus seiner Langlebigkeit. Stahl kann auf viele Arten wiederverwendet oder umgenutzt werden, mit oder ohne Wiederaufbereitung. Dies geschieht bereits bei Automobilkomponenten, Gebäuden, Schienen und vielen anderen Anwendungen. Die Wiederverwendung von Stahl ist nicht auf die ursprüngliche Anwendung beschränkt. Sie reicht zurück bis in die Antike, als Schwerter zu Pflugscharen umgeschmiedet wurden. Wiederverwendung erfolgt normalerweise dort, wo sie technisch möglich ist, ohne Sicherheit, mechanische Eigenschaften und/oder Garantien zu beeinträchtigen. Die Wiederverwendungsrate wird steigen, da Ökodesign, Design für Wiederverwendung und Recycling sowie Ressourceneffizienz beliebter werden.

Wiederverwendung ist vorteilhaft, da wenig oder keine Energie für die Wiederaufbereitung benötigt wird. Die Langlebigkeit von Stahl stellt sicher, dass viele Produkte am Ende ihrer Lebensdauer teilweise oder vollständig wiederverwendet werden können. Dies kann den Lebenszyklus des Stahlprodukts erheblich verlängern. Allerdings ist ein anfängliches Design basierend auf Lebenszyklusdenken entscheidend, wenn Wiederverwendung gelingen soll.

Die Bauindustrie war eine der ersten, die die Wiederverwendung von Stahlkomponenten wie Träger, Dachelemente und Wandelemente übernahm. Zunehmend werden diese Elemente für die Wiederverwendung konzipiert. Obwohl Bewehrungsstahl derzeit eher recycelt als wiederverwendet wird, bestehen Möglichkeiten, modulare Stahlbetonelemente wie Standard-Fertigteildecken zu schaffen.

Wiederverwendung durch Umnutzung erfordert ein speziell konzipiertes Sammel- und Wiederaufbereitungssystem, um das Produkt für eine neue Anwendung fit zu machen. Der Energie- und Ressourcenbedarf für Wiederverwendungsanwendungen kann erheblich niedriger sein als die Neuproduktion aus Rohstoffen. Zum Beispiel können Stahlplatten, die zum Schiffbau verwendet wurden, gewalzt und im Bau neuer Schiffe wiederverwendet werden. Der einzige Input ist die Energie zum Erhitzen, Walzen und Transportieren des Stahls.

Wiederaufbereiten

Eine breite Palette von Stahlprodukten wird bereits wiederaufbereitet. Dazu gehören Werkzeugmaschinen, Elektromotoren, Automatikgetriebe, Büromöbel, Haushaltsgeräte, Automobilmotoren und Windkraftanlagen. Die Wiederaufbereitung zur Wiederverwendung nutzt die Langlebigkeit von Stahlkomponenten. Die Wiederaufbereitung stellt langlebige gebrauchte Produkte in einen neuwertigen Zustand wieder her. Sie unterscheidet sich von der Reparatur, die ein auf die Betriebsbereitschaft beschränkter Prozess ist, im Gegensatz zur gründlichen Demontage und Restaurierung mit möglicher Einbeziehung neuer Teile.

Die Wiederaufbereitung stellt langlebige, gebrauchte Produkte in einen neuwertigen Zustand wieder her. Sie umfasst die Demontage eines Produkts, bei der jede Komponente gründlich gereinigt, auf Schäden geprüft und entweder auf Originalausrüster-Spezifikationen (OEM) aufgearbeitet oder durch ein neues Teil ersetzt wird. Das Produkt wird dann wieder zusammengebaut und getestet, um die ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Dieser Prozess unterscheidet sich von der Reparatur, die auf die Betriebsbereitschaft beschränkt ist, im Gegensatz zur gründlichen Restaurierung. Zudem können durch das Design von Stahlprodukten für Wiederverwendung oder Wiederaufbereitung noch mehr Ressourcen geschont werden.

Recyceln

Das Recycling von Stahl wird in der Stahlindustrie seit der ersten Stahlherstellung betrieben. Es stellt sicher, dass der Wert der in die Stahlherstellung investierten Rohstoffe weit über das Ende der Lebensdauer eines Stahlprodukts hinaus erhalten bleibt und dass Stahl eine permanente Ressource für die Gesellschaft bleibt. Alle Stahlprodukte sind von Natur aus recycelbar und strukturelle Stahlelemente auch von Natur aus wiederverwendbar. Zudem ist Stahl zu 100 % recycelbar und kann immer wieder zu neuen Stahlprodukten in einem geschlossenen Materialkreislauf recycelt werden. Recycelter Stahl behält die inhärenten Eigenschaften des ursprünglichen Stahls bei. Der hohe Wert von Stahlschrott sichert die wirtschaftliche Tragfähigkeit des Recyclings. Deshalb ist Stahl heute das am meisten recycelte Material.

Zwei Hauptrohstoffe für die Stahlherstellung sind Eisenerz – eines der häufigsten Elemente der Erde – und recycelter (Schrott-)Stahl. Einmal produziert (aus Eisenerz), wird Stahl zu einer permanenten Ressource für die Gesellschaft, solange er am Ende jedes Produktlebenszyklus zurückgewonnen wird, da er zu 100 % ohne Qualitätsverlust recycelbar ist.

Die magnetische Eigenschaft von Stahl gewährleistet seine kostengünstige und einfache Rückgewinnung für das Recycling. Durch magnetische Trennung kann Stahlschrott aus Post-Consumer-Produkten leicht aus fast jedem Abfallstrom zurückgeholt werden. Eine Weltstahl-Übersicht zeigte, dass die Rückgewinnungsraten für verschiedene Sektoren von 50 % für kleine Elektro- und Haushaltsgeräte bis zu über 90 % für Maschinen reichen. Für Stahlbau in Gewerbe- und Industriegebäuden werden Rückgewinnungsraten von bis zu 98 % erreicht.

Stahl ist das am meisten recycelte Material der Welt. Jährlich werden rund 650 Millionen Tonnen Pre-Consumer- und Post-Consumer-Schrott recycelt, was zu erheblichen Einsparungen bei Energie und Rohstoffverbrauch führt. Der gesamte Schrott aus der Stahlproduktion und der nachgelagerten Verarbeitung (häufig als Pre-Consumer-Schrott bezeichnet) wird direkt in den Stahlproduktionsprozessen gesammelt und recycelt. Der Recyclinganteil eines jeden Stahlprodukts kann zwischen 5 % und 100 % liegen. Seit Beginn der Stahlproduktion wurden mehr als 23 Milliarden Tonnen Schrott recycelt.

Die Verwendung des Begriffs „Recycling“ muss geklärt werden. Alle Stahlsorten können zu neuem Stahl verschiedener Güten recycelt werden, wobei die inhärenten Materialeigenschaften erhalten bleiben. So kann Stahlschrott aus niedrigwertigen Stahlprodukten durch geeignete Verarbeitung und Metallurgie in hochwertige Stähle umgewandelt werden. Bei anderen Materialien ist dies typischerweise nicht möglich. Tatsächlich wird die Qualität von Recyclingmaterialien häufig herabgestuft oder downgecycelt, wie bei Beton, Holz und Aluminium.

Recycling ist in der Kreislaufwirtschaft wichtig, da es wertvolle Ressourcen schont. Neben den Bemühungen der Stahlindustrie zur Erhöhung der Rückgewinnungsraten gibt es auch Initiativen in Zusammenarbeit mit anderen Metallindustrien und Forschungsinstituten, um Verluste über Produktlebenszyklen hinweg zu identifizieren. Ziel ist es, diese Verluste zu minimieren und die Recyclingrate von Stahl und anderen Materialien weiter zu verbessern.

Die Stahlindustrie integriert diese Vorteile weiter in ihre Abläufe, um die Vorteile von Stahl denjenigen hervorzuheben, die Materialentscheidungen treffen. Zusammenarbeit über die gesamte Produktionskette ist essenziell, um sicherzustellen, dass wiederverwendete oder wiederaufbereitete Produkte die gleichen Eigenschaften wie neue Stähle haben. Um weiter zur Kreislaufwirtschaft beizutragen, muss sich die Stahlindustrie auf folgende Schlüsselbereiche konzentrieren:

• Wasser, das im Produktionsprozess verwendet wird, muss der Gesellschaft in demselben oder besseren Zustand zurückgegeben werden, in dem es entnommen wurde, und Emissionen in die Atmosphäre müssen so weit wie möglich minimiert werden.
• Bei verbrauchten Rohstoffen wie Koks-Kohle und Eisenerz ist strikte Nachhaltigkeit unmöglich, da verbrauchte Rohstoffe nicht ersetzt werden können und damit die Fähigkeit künftiger Generationen verringern, Stahl auf die gleiche Weise herzustellen wie heute. Diese Herausforderung kann durch das Konstrukt von Wiederverwendung, Wiederaufbereitung und Recycling überbrückt werden, um Produkte für einfache Wiederverwendung zu designen und so viel Stahl wie möglich aus Produkten am Ende ihrer Lebensdauer zu recyceln, um neue Stahlprodukte herzustellen. Dies erfordert offensichtlich, dass langfristig ausreichend Mengen an wiederverwendbarem und recycelbarem Stahl verfügbar sind, um die Marktnachfrage nach Stahl zu decken. Zudem muss das Konzept der verantwortungsvollen Beschaffung weiter adressiert werden, unter Berücksichtigung der Materialbeschaffung in der Lieferkette.
• Emissionen in die Atmosphäre (z. B. CO₂ und andere Treibhausgase) können reduziert werden, indem sichergestellt wird, dass der Einsatz von Stahl zu reduzierten Emissionen während der Nutzungsphase des Produkts führt. Dies kann durch den Einsatz von hochfesten Stählen oder effizienteren Stählen in Motoren erreicht werden.
• Viele konkurrierende Materialien haben „Leichtbau“-Eigenschaften (genauer: geringere Dichte) und können helfen, Emissionen energieintensiver Produkte in der Nutzungsphase zu reduzieren. Diese Materialien sind jedoch häufig viel energie- und CO₂-intensiver in der Herstellung als Stahlprodukte, was die Nutzungsphasenvorteile dieser Alternativen aufhebt.

Lebenszyklusdenken

Stahl ist heute allgegenwärtig im Leben der Menschen und bildet das Herzstück einer nachhaltigen Zukunft. Die Stahlindustrie ist ein integraler Bestandteil der globalen Kreislaufwirtschaft. Die Kreislaufwirtschaft fördert Null-Abfall, reduziert die Materialmenge und ermutigt zur Wiederverwendung und zum Recycling von Materialien – alles fundamentale Vorteile der Stahlanwendung. Ein Lebenszyklusansatz ist sehr wichtig für die Erreichung echter Nachhaltigkeit.

Derzeit werden Politiken oft nur auf Prämissen basierend erstellt, die die „Nutzungsphase“ eines Produkts betreffen – beispielsweise Energieverbrauch eines Kühlschranks oder CO₂-Emissionen beim Autofahren. Dieser Fokus auf die „Nutzungsphase“ kann dazu führen, dass teurere alternative Materialien geringerer Dichte eingesetzt werden, die jedoch typischerweise eine höhere Umweltbelastung aufweisen, wenn der gesamte Lebenszyklus betrachtet wird. Diese Beschränkung auf die Nutzungsphase kann nicht fortgesetzt werden. Lebenszyklusdenken (Life Cycle Thinking, LCT) ist für alle Fertigungsentscheidungen erforderlich.

Jedes verkaufte und gekaufte Produkt hat einen Lebenszyklus. Jedes Produkt wird hergestellt, genutzt und kann am Ende seiner Nutzungsdauer wiederverwendet, recycelt oder entsorgt werden. Zudem kann Stahl, der in den Abfallstrom gelangt, durch Magnete leicht von anderen Materialien getrennt und für das Recycling gesammelt werden. LCT ist ein Begriff für das ganzheitliche Denken, das für die nachhaltige Lösung gesellschaftlicher Probleme erforderlich ist. Es erfordert die Berücksichtigung der verwendeten Rohstoffe, des Energieverbrauchs, des Abfalls und der Emissionen eines Produkts über jede Phase seines Lebens – vom Design bis zum Ende der Nutzungsdauer. Im LCT wird erwartet, dass ein gut gestaltetes, stahlhaltiges Produkt am Ende seiner Lebensdauer der Wiederverwendung oder dem Recycling seiner Komponenten unterzogen wird.

Nur durch die Berechnung der an jedem Stadium dieser Reise verwendeten Ressourcen und Energie sowie der erzeugten Abfälle und Emissionen kann die wahre Umweltauswirkung eines Produkts definiert werden. Dies ermöglicht auch die Identifikation von Stellen, an denen die langfristige ökologische Nachhaltigkeit verbessert werden kann. Zum Beispiel wird der geringe Mehrenergieverbrauch oder die Zugabe von Legierungselementen zur Herstellung hochfester Stähle vielfach kompensiert, wenn der Lebenszyklus des Produkts betrachtet wird. Der Einsatz dieser hochfesten Stähle bedeutet, dass Produkte leichter sein können und daher häufig Energie in der Nutzungsphase einsparen – beispielsweise im Automobilsektor durch Kraftstoffeinsparung – und über den gesamten Produktlebenszyklus weniger Energie verbraucht wird.

Ein weiterer Grund, warum Lebenszyklusdenken sehr wichtig ist: Durch die Kenntnis der tatsächlichen Auswirkungen jeder Phase eines Produktlebens können die besten Entscheidungen darüber getroffen werden, welche Materialien verwendet werden sollen. Als Beispiel werden neben hochfesten Stählen manchmal niedrigdichte Materialien wie Aluminium, Carbonfaser, Magnesium oder Kunststoffe verwendet, um Anwendungen leichter zu machen. Auf den ersten Blick wiegen diese Materialien weniger oder haben präziser eine geringere Dichte als Stahl und können daher als interessante Alternativen erscheinen. Wenn jedoch der gesamte Lebenszyklus des Materials berücksichtigt wird, bleibt Stahl wettbewerbsfähig aufgrund seiner Festigkeit, Langlebigkeit, Recyclingfähigkeit, Vielseitigkeit und Kosten. Der Vergleich der CO₂-Emissionen dieser Materialien ist in Abb. 4 dargestellt. Zudem müssen diese Materialien am Ende der Produktlebensdauer oft deponiert werden, da es keine wirtschaftliche Möglichkeit für Recycling oder Wiederverwendung gibt. Alternativ werden sie zu einem niedrigeren Qualitätsprodukt downgecycelt. Es ist wichtig, diese Informationen zu kennen, bevor wichtige Materialentscheidungen getroffen werden. Der gesamte Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung bis zum End-of-Life-Recycling oder der Entsorgung – muss berücksichtigt werden.

Ein Lebenszyklusansatz muss im Konzept der Kreislaufwirtschaft berücksichtigt werden, um eine ressourceneffizientere Welt zu schaffen, mit Fokus auf Abfallminimierung. Die Stahlindustrie betreibt Abfallminimierung seit langem aus wirtschaftlichen Gründen. Die Kreislaufwirtschaft fördert Null-Abfall, reduziert die Materialmenge und ermutigt zur Wiederverwendung und zum Recycling von Materialien – alles fundamentale Vorteile der Stahlanwendung. Ein Lebenszyklusansatz ist sehr wichtig für die Erreichung echter Nachhaltigkeit.

Stahl-Nebenprodukte

Materialeffizienz ist ein integraler Bestandteil des modernen Stahlherstellungsprozesses. Das Ziel ist, alle Rohstoffe voll auszunutzen und Abfall aus der Stahlherstellung zu eliminieren. Dieser Ansatz umfasst industrielle Symbiose, bei der fast jedes bei der Stahlherstellung anfallende Nebenprodukt in neuen Produkten verwendet wird. Dies minimiert die Menge an Deponieabfall, reduziert Emissionen und schont Rohstoffe.

Wie bei allen großtechnischen Fertigungsprozessen fallen bei der Erzeugung von Eisen und Stahl Nebenprodukte an. Im Durchschnitt resultiert die Produktion von 1 Tonne Stahl in 200 kg (Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route) bis 400 kg (Hochofen-Basis-Sauerstoffofen-Route) Nebenprodukten. Die Hauptnebenprodukte bei der Eisen- und Stahlerzeugung sind Schlacken (90 %), Stäube und Schlämme. Die weltweite durchschnittliche Rückgewinnungsrate für Schlacke variiert von über 80 % für Stahlwerksschlacke bis fast 100 % für Hüttenschlacke. Schlacke wird zur Herstellung einer Reihe von Produkten verwendet, darunter Zement, Düngemittel und Asphalt. Prozessgase aus der Roheisenerzeugung und Stahlherstellung werden typischerweise im Stahlwerk selbst genutzt, ersetzen Dampf und Strom, oder ins lokale Netz eingespeist. Andere Nebenprodukte wie Stäube werden wegen ihres hohen Metallgehalts zurückgewonnen. Die Entstehung der Nebenprodukte und ihre Verwendungen sind in Abb. 5 dargestellt.

Um bessere Ergebnisse zu erzielen, wurden in den letzten Jahren mehrere Initiativen und Aktivitäten unternommen, um neue Ansätze und Techniken für das Nebenproduktmanagement in Eisen- und Stahlwerken anzuwenden, um deren Recycling zu erhöhen. Beispielsweise die interne Rückführung einiger Nebenprodukte in Sinter- und Pelletierungsprozesse zur Erreichung hoher Sinter- und Pelletqualität bei gleichzeitiger Reduzierung von Umweltauswirkungen und Betriebskosten. Zudem wurde Staub, der aus der Gasreinigung von Elektrolichtbogenöfen zurückgewonnen wird, als Tonersatz in der traditionellen Ziegelherstellung eingesetzt, um Energie einzusparen, Umweltauswirkungen zu reduzieren und mögliche wirtschaftliche Vorteile zu erzielen. Darüber hinaus haben Simulationsmodelle ermöglicht, die Schlackenqualität von Basis-Sauerstoffofen, Elektrolichtbogenofen und Pfannenofen für die interne Wiederverwendung zu identifizieren und signifikante wirtschaftliche und ökologische Verbesserungen im Vergleich zur aktuellen Schlackennutzung in Stahlwerken zu erzielen. Dennoch besteht noch erhebliches Verbesserungspotenzial für die Erhöhung der Rückgewinnungsrate von Nebenprodukten, die Erreichung ökologischer und ökonomischer Vorteile, auch gemäß den Prinzipien der industriellen Symbiose.