Beitrag von Stahl zur Kreislaufwirtschaft

Beitrag von Stahl zur Kreislaufwirtschaft

Es gibt zwei Arten von Volkswirtschaften, die auf der ganzen Welt existieren. Diese sind (i) Linearwirtschaft, (ii) Kreislaufwirtschaft. Eine Kreislaufwirtschaft ist eine Alternative zu einer traditionellen linearen Wirtschaft, in der die Ressourcen so lange wie möglich in Gebrauch bleiben, während der Nutzung den maximalen Wert aus ihnen herausholen und dann Produkte und Materialien am Ende jeder Nutzungsdauer zurückgewinnen und regenerieren . Seit der letzten industriellen Revolution ist das Wirtschaftswachstum stark an den Primärressourcenverbrauch gekoppelt; Kreislaufwirtschaftsmodelle versuchen, Wirtschaftswachstum und Ressourcenverbrauch zu entkoppeln, da anerkannt wird, dass die derzeitigen globalen Konsummuster nicht nachhaltig sind. Derzeit findet eine Verlagerung vom linearen Wirtschaftssystem zum Kreislaufwirtschaftssystem statt. Da Stahl allgegenwärtig in unserem Leben ist und das Herzstück unserer nachhaltigen Zukunft bildet, ist die Stahlindustrie ein integraler Bestandteil der globalen Kreislaufwirtschaft.

Während ihrer gesamten Entwicklung und Diversifizierung ist die industrielle Wirtschaft nie über ein grundlegendes Merkmal hinausgegangen, das in den frühen Tagen der Industrialisierung etabliert wurde. Die Industrieökonomie basiert auf einem linearen Modell des Ressourcenverbrauchs, das einem „Take-Make-Dispose“-Muster folgt. Das lineare „Take-Make-Dispose“-Modell ist auf große Mengen leicht zugänglicher Ressourcen und Energie angewiesen und wird daher zunehmend ungeeignet für die Realität, in der es operiert. Organisationen extrahieren Materialien, verwenden sie bei der Herstellung von Produkten, verkaufen die Produkte an Kunden, die sie später entsorgen, wenn die Produktlebensdauer abgelaufen ist und sie nicht mehr ihren beabsichtigten Zwecken dienen. Dies ist die Norm im Fall des linearen Wirtschaftskonzepts (Abb. 1), ohne Bedenken hinsichtlich externer Effekte, die auftreten können. Darüber hinaus basiert dieses Verhalten auf der Annahme, dass Ressourcen endlos sind und der externe Input benötigt wird, um das Wirtschaftswachstum zu unterstützen.

Abb. 1 Lineares Wirtschaftskonzept

Beim Linear Economy-Konzept lag der Fokus auf Effizienzsteigerungen entlang dieser Geraden. Eine höhere Effizienz führt zu einem geringeren Material- und Ressourcenbedarf, was wiederum zu weniger externen Kosten pro produzierter Einheit führt. Das alleinige Streben nach Effizienz, d. h. einer Reduzierung des Ressourcen- und fossilen Energieaufwands pro Produktionseinheit, ändert jedoch nichts an der Endlichkeit der Ressourcenvorräte, sondern kann das Unvermeidliche nur verzögern. Ein Wechsel des gesamten Betriebssystems erscheint notwendig.

Allerdings ändert sich die Denkweise nun langsam. Die Abhängigkeit vom linearen Wirtschaftskonzept wird im Zuge starker disruptiver Trends, die die Wirtschaft in den kommenden Jahren prägen werden, immer schwächer. Diese Trends sind (i) Ressourcenknappheit und strengere Umweltstandards, die anhalten werden, (ii) Besitz der Informationstechnologie, die die Umstellung ermöglicht, und (iii) Zeuge einer allgegenwärtigen Veränderung des Verbraucherverhaltens.

Das Konzept der Kreislaufwirtschaft ist eine Reaktion auf den linearen Ansatz. Es beruht auf dem Verständnis, dass die Ressourcen unseres Planeten nicht endlos sind und dass Wachstum und Wert ohne den Einsatz von externen Neumaterialien geschaffen werden können. Anstatt Materialien, Energie und Produkte am Ende ihres Lebens wegzuwerfen, zielt das Konzept der Kreislaufwirtschaft darauf ab, diese gerade Linie zu biegen und das Ende wieder mit dem Anfang zu verbinden, um einen geschlossenen Kreislauf zu bilden. Dieses Konzept ist nichts Neues, aber etwas, das in Vergessenheit geraten ist, da Menschen wohlhabender werden und Organisationen Profit daraus ziehen, dass Menschen neue aktualisierte Produkte kaufen müssen. Die Kreislaufwirtschaft zielt darauf ab, Kapital wieder aufzubauen, sei es finanziell, industriell, menschlich, sozial oder natürlich. Dieser Ansatz verbessert den Fluss von Waren und Dienstleistungen.

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

Eine Kreislaufwirtschaft ist ein industrielles System, das durch Absicht und Design restaurativ oder regenerativ ist. Es basiert auf der Prämisse, wo Produkte oder Teile repariert oder wiederaufbereitet, wiederverwendet, zurückgegeben und recycelt werden. Es ersetzt das „End-of-Life“-Konzept durch Restaurierung, verlagert sich auf die Nutzung erneuerbarer Energien, eliminiert die Verwendung giftiger Chemikalien, die die Wiederverwendung beeinträchtigen, und zielt auf die Eliminierung von Abfall durch überlegenes Design von Materialien, Produkten und Systemen ab , und darin Geschäftsmodelle. Abb. 2 zeigt das Konzept der Kreislaufwirtschaft.

Abb. 2:Konzept der Kreislaufwirtschaft und Hierarchie der Abfallbewirtschaftung

Das Wesen der Kreislaufwirtschaft besteht darin, die Wertschöpfung vom Verbrauch endlicher natürlicher Ressourcen zu entkoppeln und das End-of-Life-Konzept zu ersetzen, bei dem Produkte naturgemäß als Abfall enden. Mit einer Änderung des Produktdesigns, der Materialien und Systeme sowie einer Änderung des Eigentumskonzepts durch neue Geschäftsmodelle kann Verschwendung begrenzt und letztendlich eliminiert werden. Das vielleicht wichtigste zugrunde liegende Prinzip, um dies zu erreichen, ist das Recycling von Materialien, bei dem Materialien wiederverwendet werden, um neue Produkte herzustellen, anstatt durch Verbrennung oder Deponie entsorgt zu werden. Aber Kreislaufwirtschaft beinhaltet mehr als Recycling. Um ein Kreislaufsystem zu erreichen, sind grundlegende Änderungen erforderlich, um das Recycling von Materialien vollständig zu unterstützen, aber auch um den Wert des Naturkapitals zu maximieren. Dies bringt eine Reihe neuer Ansätze mit sich, nämlich (i) Materialrückführung, (ii) Produktmaterialeffizienz und (iii) neue Geschäftsmodelle, die alle zu einer geringeren Nachfrage nach neuen Materialien beitragen, was zu einer geringeren Rohstoffgewinnung und Produktion führt weniger Kohlendioxid (CO2)-Emissionen.

Die Kreislaufwirtschaft stellt sicher, dass der Wert eines Produkts am Ende seiner Nutzungsdauer erhalten bleibt, während gleichzeitig Abfall reduziert oder vermieden wird. Diese Idee ist grundlegend für das Triple-Bottom-Line-Konzept der Nachhaltigkeit, das das Zusammenspiel von ökologischen, sozialen und ökonomischen Faktoren in den Mittelpunkt stellt. Ohne einen Lebenszyklusansatz ist eine echte Kreislaufwirtschaft nicht möglich.

Das Konzept der Kreislaufwirtschaft basiert auf wenigen einfachen Prinzipien. Erstens zielt eine Kreislaufwirtschaft im Kern darauf ab, Abfall zu „entwerfen“. Abfall existiert in diesem Konzept nicht. Die Produkte sind für einen Kreislauf aus Demontage und Wiederverwendung konzipiert und optimiert. Diese engen Komponenten- und Produktzyklen definieren die Kreislaufwirtschaft und heben sie von der Entsorgung und sogar dem Recycling ab, wo große Mengen an eingebetteter Energie und Arbeit verloren gehen. Zweitens führt Zirkularität eine strikte Unterscheidung zwischen verbrauchbaren und langlebigen Komponenten eines Produkts ein. Anders als heute bestehen Verbrauchsmaterialien in der Kreislaufwirtschaft größtenteils aus biologischen Inhaltsstoffen „Nährstoffen“, die mindestens ungiftig und möglicherweise sogar nützlich sind und entweder direkt oder in einer Kaskade von aufeinanderfolgenden Verwendungen sicher in die Biosphäre zurückgeführt werden können. Gebrauchsgüter wie Motoren oder Computer hingegen bestehen aus für die Biosphäre ungeeigneten technischen Nährstoffen wie Metalle und die meisten Kunststoffe. Diese sind von vornherein auf Wiederverwendung ausgelegt. Drittens muss die Energie, die benötigt wird, um diesen Kreislauf anzutreiben, von Natur aus erneuerbar sein, um wiederum die Ressourcenabhängigkeit zu verringern und die Widerstandsfähigkeit des Systems (z. B. gegenüber Ölschocks) zu erhöhen.

Innerhalb der Kreislaufwirtschaft sind die End-of-Life-Referenzen von Bauprodukten wichtig. Außerdem ist es wichtig, den Unterschied zwischen Wiederverwendung und Recycling zu verstehen. Dies ist besonders wichtig im Fall des Begriffs Recycling, der im allgemeinen Sprachgebrauch eine lockere Definition hat, aber eine spezifischere Definition in der Abfallwirtschaft und der Kreislaufwirtschaft. Recycling ist der Prozess der Umwandlung von Abfallmaterialien in neue Materialien und Produkte, die mit dem ursprünglichen Material oder Produkt identisch oder unterschiedlich sein können. Normalerweise benötigt der Recyclingprozess Energie. Recycling kann echtes oder Closed-Loop-Recycling oder Downcycling sein. Andererseits ist Wiederverwendung die spätere Verwendung eines Objekts (in seiner ursprünglichen Form) nach seinem ersten Leben. Es kann wiederverwendet werden, aber das Objekt weist nur geringfügige Änderungen auf und behält eine ähnliche (oder dieselbe) Form bei. Es ist auch wichtig, zwischen zwei verschiedenen Arten des Recyclings zu unterscheiden, da der Nutzen für die Umwelt oder die Kreislaufwirtschaft (normalerweise anhand der Ökobilanz bewertet) erheblich variieren kann. Beim „True or Closed Loop Recycling“ werden die Produkte zu Produkten mit exakt gleichen Materialeigenschaften recycelt. Ein Beispiel für echtes Recycling ist das Recycling von Stahl durch Umschmelzen. Beim „Downcycling“ besteht der „Downcycling“-Prozess darin, Materialien in neue Materialien mit geringerer Qualität und reduzierter Funktionalität umzuwandeln. Beispiele für „Downcycling“ sind das Zerkleinern und Mahlen von feuerfesten Materialien zur Herstellung von feuerfestem Mörtel.

Das Ellen-MacArthur-Diagramm (Abb. 3) ordnet die Abfallentsorgungsoptionen konzeptionell danach an, was am besten für die Umwelt ist. Dies ist seit vielen Jahren ein zentrales Konzept im Rahmen der Abfallpolitik der Europäischen Union. Die Abfallbewirtschaftungshierarchie nach diesem Konzept ist in Abb. 2 dargestellt.

Abb. 3 Ellen-MacArthur-Diagramm für die Kreislaufwirtschaft

Stahl- und Kreislaufwirtschaft

Stahl hat ausgezeichnete Kreislaufwirtschafts-Referenzen sowohl als Material, das stark, langlebig, vielseitig und recycelbar ist, als auch als strukturelles Rahmensystem, das leicht, flexibel, anpassungsfähig und wiederverwendbar ist. Einer der Hauptvorteile von Stahl besteht darin, dass er so konstruiert werden kann, dass er die spezifischen Anforderungen an Festigkeit, Haltbarkeit und Recycling am Ende der Lebensdauer von fast jeder Anwendung erfüllt. Die Kombination aus Festigkeit, Recyclingfähigkeit, Verfügbarkeit, Vielseitigkeit und Erschwinglichkeit macht den Stahl einzigartig.

Die gegenwärtige Forschung führt zur Herstellung neuer Stähle, die noch fester und leichter sind als die heute verfügbaren. Windturmturbinen, die für die Erzeugung sauberer Windenergie unerlässlich sind, sind bereits 50 % leichter als noch vor zehn Jahren. Bei einem 70-Meter-Turm bedeutet dies eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 200 Tonnen. Mit ihrem höheren Festigkeits-Gewichts-Verhältnis können die neueren Stähle zur Herstellung von Turmsektionen von bis zu 30 Metern verwendet werden. Dadurch werden die Emissionen bei Transport und Montage reduziert.

Auch höherwertige Stähle werden für den Bau entwickelt. Sie ermöglichen den Bau größerer und höherer Gebäude auf effizientere Weise und produzieren die geringstmögliche Abfallmenge. Es wird erwartet, dass die Verwendung von höherwertigen Stählen die im Bauwesen verwendete Stahlmenge reduziert. Durch die dünneren und damit leichteren Stahlkomponenten werden auch die Transportkosten reduziert. Sie verkürzen auch die Zeit, die für die Verarbeitung in den Anlagen und den Bau vor Ort benötigt wird, hauptsächlich aufgrund einer Verringerung der Anzahl der erforderlichen Schweißnähte. Mit diesen Stählen ist es möglich, die Anzahl der Stützen in Gebäudestrukturen zu reduzieren und sie dünner zu machen. Dies führt zu größeren Flächen und bietet Möglichkeiten für eine bessere Gestaltung und Nutzung des Raums. Höherwertige Stähle ermöglichen die Entwicklung von Strukturen, die Dissipationsmechanismen enthalten, um den größten Teil der durch ein Erdbeben erzeugten seismischen Energie zu absorbieren.

Eine Kreislaufwirtschaft fördert längere Produktlebensdauer. Je länger ein Produkt hält, desto weniger Rohstoffe müssen beschafft werden. Die Haltbarkeit der Produkte trägt dazu bei, den Rohstoffverbrauch zu verringern. Produkte so lange wie möglich auf ihrem höchsten Nutzen und Wert zu halten, ist eine Schlüsselkomponente der Kreislaufwirtschaft. Einfach ausgedrückt:Je länger ein Produkt hält, desto weniger Rohstoffe müssen beschafft und verarbeitet werden und es fällt weniger Abfall an. Stahlprodukte sind von Natur aus langlebig, was bedeutet, dass sie nicht nur lange halten, sondern auch, dass mehrere Stähle nach ihrem ersten Leben wiederverwendet werden können.

Stahl erleichtert auch seine eigene Langlebigkeit. Stahlskelettbauten können leicht angepasst werden, wenn die Konfiguration der Struktur geändert werden muss. Das Gebäude kann mit minimaler Beeinträchtigung der lokalen Gemeinschaften und der Umwelt zerlegt und wieder aufgebaut werden. Starke, langlebige Außenstahlkonstruktionen können mehrere interne Umkonfigurationen aufnehmen, um sich ändernden Anforderungen gerecht zu werden. Lager- oder Industriegebäude aus Stahl lassen sich problemlos in moderne Wohn- oder Arbeitsräume umwandeln. Dies verlängert die Nutzungsdauer des Gebäudes (und die Lebensdauer des darin enthaltenen Stahls), um Ressourcen zu sparen und Kosten zu senken.

Stahl ist sowohl metallurgisch/chemisch als auch als Produkt ein vielseitiger Werkstoff. Es ist ein unendlich recycelbares Material. Strukturelle Produktelemente sind langlebig, robust und formstabil, die zusammengeschraubt werden können, um Baugruppen zu bilden, die von Natur aus zerlegbar und wiederverwendbar sind. Stahlkonstruktionen können vor Ort einfach erweitert und neu konfiguriert werden. Stahl ist kein einzelnes Material. Es gibt verschiedene Stahlsorten, die von konventionellen Weichstählen bis hin zu hochfesten Stählen, fortschrittlichen hochfesten Stählen und Spezialstählen wie rostfreien Stählen reichen. Jede Stahlsorte hat Eigenschaften, die für ihre spezifische Anwendung ausgelegt sind. Tatsächlich gibt es mehr als 3.500 verschiedene Zusammensetzungen oder Stahlsorten mit unterschiedlichen physikalischen, chemischen und Umwelteigenschaften. Rechnet man noch die unterschiedlichen Produktgrößen und -formen hinzu, erhöht sich die Zahl von 3500 um ein Vielfaches. Jede Stahlsorte ist auf spezifische Anwendungen in so unterschiedlichen Branchen 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. Wenn der Eiffelturm heute wieder aufgebaut werden soll, wird aufgrund der Festigkeits- und Qualitätsverbesserungen, die die Stahlindustrie im letzten Jahrhundert erzielt hat, nur ein Drittel des Stahls benötigt, der ursprünglich (1889) verwendet wurde.

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 im Laufe der Zeit ändernden Anforderungen gerecht werden. Beispielsweise kann Stahl aus überflüssigen Industriemaschinen zu zeitgemäßeren Produkten wie Autos oder weißer Ware recycelt werden, die wiederum in Zukunft für neue, vielleicht noch unentdeckte Anwendungen recycelt werden können.

Die Verlängerung der Lebensdauer der Produkte ist ein weiterer wichtiger Aspekt der Kreislaufwirtschaft. Theoretisch kann jeder neue Stahl aus recyceltem Stahl hergestellt werden. Dies ist jedoch aufgrund der langen Lebensdauer von Stahlprodukten in Anbetracht der Festigkeit und Haltbarkeit des Stahls praktisch nicht durchführbar. Rund 75 % der jemals hergestellten Stahlprodukte sind heute noch im Einsatz. Gebäude und andere Konstruktionen aus Stahl können bei ordnungsgemäßer Wartung 40 bis 100 Jahre und länger halten.

Die Verlängerung der Lebensdauer der Produkte kann erreicht werden, indem die Produkte sowohl flexibel als auch an Veränderungen anpassbar sind, sodass sie länger halten und aus den Materialien und Ressourcen, die zu ihrer Herstellung verwendet werden, ein größerer Wert gewonnen werden kann. Das Tempo des Wandels in allen Lebensbereichen war noch nie so groß. Veränderte Arbeitsmuster, neue Gebäudetechnik und Informationstechnologien, demografische Veränderungen und neue Gesetze stellen neue und unterschiedliche Anforderungen an die Stahlprodukte. Nachhaltige Produkte müssen flexibel auf Nutzungsänderungen reagieren und an zukünftige Bedürfnisse und Anforderungen anpassbar sein, unabhängig davon, ob sie regulatorisch oder marktgesteuert sind.

Große, schwere Baustahlkomponenten müssen für das End-of-Life-Management geplant werden. Da Stahlschrott jedoch einen Wert hat, ist der Anreiz, diese Komponenten wiederzugewinnen und zu recyceln, hoch und kostengünstiger, als dafür zu bezahlen, dass sie auf Deponien entsorgt werden.

In einer gut strukturierten Kreislaufwirtschaft hat der Stahl deutliche Wettbewerbsvorteile gegenüber konkurrierenden Materialien. Vier Schlüsselwörter, die diese Vorteile definieren, sind (i) reduzieren, (ii) wiederverwenden, (iii) wiederaufbereiten und (iv) recyceln, wie in Abb. 2 gezeigt.

Reduzieren bedeutet, das Gewicht von Produkten und damit die Menge des verwendeten Materials zu reduzieren. Sie ist ein wichtiger Schlüssel zur Kreislaufwirtschaft. Durch Investitionen in Forschung, Technologie und gute Planung haben Stahlproduzenten in den letzten 50 bis 60 Jahren die Menge an Rohstoffen und Energie, die zur Herstellung von Stahl benötigt werden, drastisch reduziert. Darüber hinaus fördern und entwickeln die Stahlhersteller aktiv die Verwendung von hochfesten und hochfesten Stahlsorten für verschiedene Anwendungen. Diese Qualitäten tragen zur Leichtgewichtigkeit von Anwendungen bei, die von Windkraftanlagen über Automobile bis hin zu Bauplatten reichen. Aus diesem Grund wird weniger Stahl benötigt, um die gleiche Festigkeit und Funktionalität bereitzustellen.

Die Wiederverwendungseigenschaften von Stahl beruhen auf seiner Haltbarkeit. Stahl kann auf viele Arten wiederverwendet oder umfunktioniert werden, mit oder ohne Wiederaufbereitung. Dies geschieht bereits bei Automobilkomponenten, Gebäuden, Schienen und vielen anderen Anwendungen. Die Wiederverwendung von Stahl ist nicht auf seine ursprüngliche Anwendung beschränkt. Es stammt aus der Antike, als Schwerter in Pflugscharen umgewandelt wurden. Die Wiederverwendung erfolgt normalerweise in den Bereichen, in denen dies technisch möglich ist, ohne die Sicherheit, die mechanischen Eigenschaften und / oder die Garantien zu beeinträchtigen. Die Wiederverwendungsrate wird zunehmen, da Ökodesign, Design für Wiederverwendung und Recycling sowie Ressourceneffizienz immer beliebter werden.

Die Wiederverwendung ist vorteilhaft, da für die Wiederaufbereitung wenig oder keine Energie benötigt wird. Die Haltbarkeit von Stahl gewährleistet mehrere Produkte, die am Ende ihrer Lebensdauer teilweise oder vollständig wiederverwendet werden können. Dadurch kann der Lebenszyklus des Stahlprodukts erheblich verlängert werden. Für eine erfolgreiche Wiederverwendung ist jedoch ein anfängliches Design auf der Grundlage des Lebenszykluskonzepts von entscheidender Bedeutung.

Die Bauindustrie war eine der ersten, die sich für die Wiederverwendung von Stahlkomponenten wie Bauträgern, Dächern und Wandelementen entschieden hat. Zunehmend werden diese Elemente für die Wiederverwendung konzipiert. Obwohl Bewehrungsstahl derzeit eher recycelt als wiederverwendet wird, gibt es Möglichkeiten, modulare Stahlbetonelemente wie Standard-Bodenplatten herzustellen.

Die Wiederverwendung durch Wiederverwendung beinhaltet ein speziell entwickeltes Sammel- und Wiederaufbereitungssystem, um das Produkt für eine neue Anwendung fit zu machen. Die Menge an Energie und Ressourcen, die für Wiederverwendungsanwendungen benötigt werden, kann erheblich geringer sein als die Herstellung einer neuen Anwendung aus Rohstoffen. Zum Beispiel können Stahlplatten, die zum Bau von Schiffen verwendet werden, neu gewalzt und beim Bau neuer Schiffe verwendet werden. Der einzige Input ist die Energie, die benötigt wird, um den Stahl aufzuwärmen, neu zu walzen und zu transportieren.

Die Wiederaufbereitung mehrerer Stahlprodukte kann durchgeführt werden. Eine breite Palette von Stahlprodukten wird bereits wiederaufbereitet. Dazu gehören Werkzeugmaschinen, Elektromotoren, Automatikgetriebe, Büromöbel, Haushaltsgeräte, Automotoren und Windkraftanlagen. Die Wiederaufarbeitung zur Wiederverwendung erfolgt, um die Haltbarkeit von Stahlkomponenten zu nutzen. Die Wiederaufarbeitung versetzt langlebige gebrauchte Produkte in einen neuwertigen Zustand. Es unterscheidet sich von der Reparatur, bei der es sich um einen Prozess handelt, der darauf beschränkt ist, das Produkt betriebsbereit zu machen, im Gegensatz zu einer gründlichen Demontage und Wiederherstellung mit dem möglichen Einbau neuer Teile.

Remanufacturing versetzt langlebige, gebrauchte Produkte in einen neuwertigen Zustand. Es umfasst die Demontage eines Produkts, bei der jede Komponente gründlich gereinigt, auf Schäden untersucht und entweder gemäß den Spezifikationen des Originalgeräteherstellers (OEM) überholt oder durch ein neues Teil ersetzt wird. Das Produkt wird dann wieder zusammengebaut und getestet, um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen. Dieser Prozess unterscheidet sich von der Reparatur, die sich darauf beschränkt, das Produkt betriebsbereit zu machen, im Gegensatz zu einer gründlichen Restaurierung. Darüber hinaus können durch die Konstruktion von Stahlprodukten für die Wiederverwendung oder Wiederaufbereitung sogar noch mehr Ressourcen geschont werden.

Das Recycling von Stahl wird in der Stahlindustrie durchgeführt, seit Stahl zum ersten Mal hergestellt wurde. Es stellt sicher, dass der Wert der in die Stahlerzeugung investierten Rohstoffe weit über das Ende der Lebensdauer eines Stahlprodukts hinaus anhält und dass der Stahl eine dauerhafte Ressource für die Gesellschaft bleibt. Alle Stahlprodukte sind von Natur aus recycelbar und Stahlbauelemente sind ebenfalls von Natur aus wiederverwendbar. Darüber hinaus ist Stahl zu 100 % recycelbar und kann in einem geschlossenen Materialkreislauf immer wieder zu neuen Stahlprodukten recycelt werden. Recycelter Stahl behält die inhärenten Eigenschaften des ursprünglichen Stahls. Der hohe Wert des Stahlschrotts sichert die Wirtschaftlichkeit des Recyclings. Aus diesem Grund ist Stahl heute das am meisten recycelte Material.

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

Die magnetische Eigenschaft von Stahl sorgt für eine kostengünstige und einfache Wiederverwertung für das Recycling. Mittels Magnetabscheidung kann der Stahlschrott von Post-Consumer-Produkten problemlos aus nahezu jedem Abfallstrom zurückgewonnen werden. Ein World Steel Review hat gezeigt, dass die Verwertungsraten für verschiedene Sektoren von 50 % bei kleinen Elektro- und Haushaltsgeräten bis zu über 90 % bei Maschinen reichen. Bei Baustahl in Gewerbe- und Industriebauten werden Werte von bis zu 98 % erreicht.

Stahl ist das am meisten recycelte Material der Welt. Rund 650 Millionen Tonnen Pre-Consumer- und Post-Consumer-Schrott werden jährlich recycelt, was zu erheblichen Einsparungen beim Energie- und Rohstoffverbrauch führt. Alle Schrotte aus der Stahlproduktion und der Weiterverarbeitung (häufig als Pre-Consumer-Schrott bezeichnet) werden gesammelt und direkt in den Stahlproduktionsprozessen recycelt. Der Recyclinganteil jedes 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 wieder zu neuem Stahl verschiedener Qualitäten recycelt werden, wobei die inhärenten Materialeigenschaften erhalten bleiben. Somit kann auch Stahlschrott aus minderwertigen Stahlprodukten durch geeignete Verarbeitung und Metallurgie in hochwertige Stähle umgewandelt werden. Bei anderen Materialien ist dies typischerweise nicht möglich. Tatsächlich wird die Qualität von recyceltem Material häufig herabgestuft oder heruntergefahren, wie im Fall von Beton, Holz und Aluminium.

Recycling ist in der Kreislaufwirtschaft wichtig, da es wertvolle Ressourcen schont. Zusätzlich zu den Bemühungen der Stahlindustrie, die Rückgewinnungsraten zu erhöhen, gibt es auch Initiativen in Zusammenarbeit mit anderen Metallindustrien und Forschungsinstituten, um Verluste während des gesamten Produktlebenszyklus zu identifizieren. Ziel ist es, diese Verluste zu minimieren und die Recyclingquote von Stahl und anderen Materialien weiter zu verbessern.

Die Stahlindustrie integriert diese Vorteile weiterhin in ihre Betriebsabläufe, um die Vorteile von Stahl für diejenigen hervorzuheben, die Entscheidungen über die Materialauswahl treffen. Die Zusammenarbeit der gesamten Produktionskette ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass wiederverwendete oder wiederaufbereitete Produkte die gleichen Eigenschaften wie neue Stähle aufweisen. Um einen weiteren Beitrag zur Kreislaufwirtschaft zu leisten, muss sich die Stahlindustrie auf eine Reihe von Schlüsselbereichen konzentrieren, darunter die folgenden Themen.

• Das im Produktionsprozess verwendete Wasser muss der Gesellschaft in demselben oder einem besseren Zustand zurückgegeben werden, in dem es empfangen wurde, und die Emissionen in die Atmosphäre sind so weit wie möglich zu minimieren.
• In Bezug auf die verbrauchten Rohstoffe wie Kokskohle und Eisenerz ist eine strikte Einhaltung der Nachhaltigkeit unmöglich, da Rohstoffe, die einmal verbraucht wurden, eindeutig nicht ersetzt werden können und somit die Fähigkeit zukünftiger Generationen, daraus Stahl zu produzieren, verringert so wie heute. Diese Herausforderung kann durch das Konstrukt der Wiederverwendung, Wiederaufarbeitung und des Recyclings überbrückt werden, um Produkte für eine einfache Wiederverwendung zu konstruieren und so viel Stahl wie möglich aus den Produkten am Ende ihrer Lebensdauer zu recyceln, um neue Stahlprodukte herzustellen. Dies setzt natürlich voraus, dass rechtzeitig ausreichende Mengen an wiederverwendbarem und wiederverwertbarem Stahl verfügbar sind, um die Marktnachfrage nach Stahl zu befriedigen. Darüber hinaus muss das Konzept der verantwortungsvollen Beschaffung unter Berücksichtigung der Beschaffung von Materialien in der Lieferkette weiter behandelt werden.
• Emissionen in die Atmosphäre (z. B. CO2 und andere Treibhausgase) können reduziert werden, indem sichergestellt wird, dass die Verwendung von Stahl zu reduzierten Emissionen während der Produktnutzungsphase führt. Dies kann zum Beispiel durch die Verwendung von hochfesten Stählen oder effizienteren Stählen für Motoren erreicht werden.
• Viele konkurrierende Materialien haben „leichte“ Eigenschaften (insbesondere Materialien mit geringerer Dichte) und können dazu beitragen, die Emissionen energieintensiver Produkte in der Nutzungsphase zu reduzieren. Allerdings sind diese Materialien häufig viel energie- und CO2-intensiver in der Herstellung als Stahlprodukte, wodurch die Vorteile in der Nutzungsphase, die diese alternativen Materialien bieten, zunichte gemacht werden. 

Lebenszyklusdenken

Stahl ist heute allgegenwärtig im Leben der Menschen und steht im Mittelpunkt einer nachhaltigen Zukunft. Die Stahlindustrie ist ein integraler Bestandteil der globalen Kreislaufwirtschaft. Die Kreislaufwirtschaft fördert Null Abfall, reduziert die Menge der verwendeten Materialien und fördert die Wiederverwendung und das Recycling von Materialien, alles grundlegende Vorteile der Verwendung von Stahl. Ein Lebenszyklusansatz ist sehr wichtig, um echte Nachhaltigkeit zu liefern.

In der Regel werden derzeit auf dem Betriebsgelände Regelungen getroffen, die nur die „Nutzungsphase“ eines Produktlebens betreffen, beispielsweise der Energieverbrauch eines Kühlschranks oder der CO2-Ausstoß beim Autofahren. Dieser Fokus auf die „Nutzungsphase“ kann dazu führen, dass teurere alternative Materialien mit geringerer Dichte verwendet werden, die jedoch typischerweise eine höhere Umweltbelastung haben, wenn der gesamte Lebenszyklus betrachtet wird. Diese Nutzungsphasenbegrenzung kann nicht fortgesetzt werden. Lebenszyklusdenken (LCT) ist für alle Herstellungsentscheidungen erforderlich.

Jedes verkaufte und gekaufte Produkt hat einen Lebenszyklus. Jedes Produkt wird hergestellt, verwendet und kann am Ende seiner Nutzungsdauer wiederverwendet, recycelt oder entsorgt werden. Außerdem kann Stahl, der in den Abfallstrom gelangt, durch die Verwendung von Magneten leicht von anderen Materialien zum Recycling getrennt und gesammelt werden. LCT ist ein Begriff, der zur Beschreibung des ganzheitlichen Denkens verwendet wird, das zur nachhaltigen Lösung der Probleme der Gesellschaft erforderlich ist. Dabei müssen die verwendeten Rohstoffe, der Energieverbrauch, der Abfall und die Emissionen eines Produkts in jeder Phase seines Lebens berücksichtigt werden. Das beginnt beim Design und endet am Ende der Produktlebensdauer. Bei LCT wird davon ausgegangen, dass ein gut konzipiertes, stahlhaltiges Produkt am Ende seiner Lebensdauer einer Wiederverwendung oder einem Recycling seiner Komponenten unterzogen wird.

Nur durch die Berechnung des Ressourcen- und Energieverbrauchs sowie des Abfalls und der Emissionen, die in jeder Phase dieses Weges entstehen, kann die tatsächliche Umweltbelastung eines Produkts definiert werden. Dies ermöglicht auch die Identifizierung, wo die langfristige Umweltverträglichkeit verbessert werden kann. So kompensiert sich beispielsweise der geringe Mehrverbrauch an Energie oder die Zugabe von Legierungselementen, die zur Herstellung hochfester Stähle benötigt werden, bei Betrachtung des Produktlebenszyklus um ein Vielfaches. Durch den Einsatz dieser hochfesten Stähle können Produkte leichter werden und sparen damit in der Nutzungsphase ihres Lebens oft Energie ein, beispielsweise im Automobilbereich, und über den gesamten Lebenszyklus des Produkts weniger Energie verbraucht wird.

Es gibt noch einen weiteren Grund, warum Lebenszyklusdenken sehr wichtig ist. Durch die Kenntnis der tatsächlichen Auswirkungen jeder Lebensphase eines Produkts können die besten Entscheidungen darüber getroffen werden, welche Materialien verwendet werden sollen. Beispielsweise werden neben hochfesten Stählen manchmal Materialien mit geringer Dichte wie Aluminium, Kohlefaser, Magnesium oder Kunststoffe verwendet, um Anwendungen leichter zu machen. Diese Werkstoffe wiegen auf den ersten Blick weniger bzw. haben eine geringere Dichte als Stahl und können deshalb als interessante Alternativen erscheinen. Wenn jedoch der gesamte Lebenszyklus des Materials berücksichtigt wird, bleibt Stahl aufgrund seiner Festigkeit, Haltbarkeit, Recyclingfähigkeit, Vielseitigkeit und Kosten wettbewerbsfähig. Ein Vergleich der CO2-Emissionen dieser Materialien ist in Abb. 4 dargestellt. Darüber hinaus müssen diese Materialien am Ende der Lebensdauer des Produkts möglicherweise auf Deponien entsorgt werden, da es keine wirtschaftliche Möglichkeit zum Recycling oder zur Wiederverwendung des Materials gibt. Alternativ können sie zu einem minderwertigen Produkt heruntergefahren werden. Es ist wichtig, dass diese Informationen bekannt sind, bevor wichtige materielle Entscheidungen getroffen werden. Dabei ist der gesamte Lebenszyklus von der Rohstoffgewinnung bis zum Recycling oder der Entsorgung am Ende des Lebenszyklus zu betrachten.

Abb. 4 Vergleich der CO2-Emissionen

Innerhalb des Konzepts der Kreislaufwirtschaft muss ein Lebenszyklusansatz berücksichtigt werden, um eine ressourceneffizientere Welt zu schaffen, wobei der Schwerpunkt auf der Abfallminimierung liegt. Die Stahlindustrie betreibt die Abfallminimierung schon lange aus wirtschaftlichen Gründen. Die Kreislaufwirtschaft fördert Null Abfall, reduziert die Menge der verwendeten Materialien und fördert die Wiederverwendung und das Recycling von Materialien, alles grundlegende Vorteile der Verwendung von Stahl. Ein Lebenszyklusansatz ist sehr wichtig, um echte Nachhaltigkeit zu liefern.

Stahlnebenprodukte

Materialeffizienz ist ein wesentlicher Bestandteil des modernen Stahlherstellungsprozesses. Ziel ist es, alle Rohstoffe optimal zu nutzen und Abfälle aus der Stahlherstellung zu eliminieren. Dieser Ansatz umfasst industrielle Symbiose, bei der fast jedes Nebenprodukt, das bei der Stahlherstellung entsteht, in neuen Produkten verwendet wird. Dadurch wird die Abfallmenge minimiert, die auf Deponien entsorgt wird, Emissionen reduziert und Rohstoffe geschont.

Wie bei allen großtechnischen Herstellungsprozessen entstehen bei der Produktion von Eisen und Stahl Nebenprodukte. On average the production of 1 ton of steel results in 200 kg (scrap-electric arc furnace route) to 400 kg (blast furnace- basic oxygen furnace route) of by-products. The main by-products produced during iron and steel production are slags (90 %), dusts and sludges. The worldwide average recovery rate for slag varies from over 80 % for steelmaking slag to nearly 100 % for ironmaking slag. Slag is used to make a range of products including cement, fertilizers, and asphalt. Process gases from ironmaking and steelmaking are typically used within the steelmaking plant, replacing steam and electricity, or exported to the local grid. Other by-products such as dust are reclaimed for their high metallic content. The generation of the by-products and their uses are shown in Fig 5.

Fig 5 By-product generation and their uses

In order to achieve better results, over the last few years, several initiatives and activities have been undertaken in order to apply new approaches and techniques aiming at by-product management in iron and steel plants for increasing their recycling. For example, the internal recycling of some of the by-products in the sintering and pelletization processes for achieving high quality of sinter and pellets while simultaneously reducing the environmental impacts and operating costs. In addition, dust recovered from electric arc furnace gas treatment has been used for substituting clays in traditional brick manufacturing, for the purpose of energy savings, environmental impact reduction and possible economic benefits. Furthermore, simulation models development has allowed identifying the slag quality of basic oxygen furnace, electric arc furnace, and ladle furnace to be internally reused and to provide significant economic and environmental improvements, compared to the present slag use in the steel plants. However, there is still significant room for improvement for increasing the recovery rate of by-products, achieving environmental and economic benefits, also according to the principles of industrial symbiosis.