钢铁对循环经济的贡献

钢铁对循环经济的贡献

世界上有两种类型的经济体。它们是（i）线性经济，（ii）循环经济。循环经济是对传统线性经济的一种替代，在这种经济中，资源尽可能长时间地被使用，在使用中提取最大价值，然后在每个使用寿命结束时回收和再生产品和材料.自上次工业革命以来，经济增长与初级资源消耗密切相关；循环经济模型试图将经济增长和资源使用脱钩，因为人们认识到当前的全球消费模式是不可持续的。目前正在从线性经济体系向循环经济体系转变。由于钢铁在我们的生活中无处不在，并且是我们可持续发展未来的核心，因此钢铁行业是全球循环经济不可或缺的一部分。

纵观其演变和多样化，工业经济从未超越工业化初期确立的一个基本特征。工业经济基于资源消耗的线性模型，遵循“获取-制造-处置”模式。线性“采取-处置-处置”模式依赖于大量易于获取的资源和能源，因此越来越不适合其运作的现实。组织提取材料，在产品生产中使用它们，将产品出售给客户，这些客户后来在产品寿命结束时将其丢弃，不再用于其预期用途。这是线性经济概念的常态（图 1），无需担心可能发生的外部性。此外，这种行为是建立在资源无穷无尽，需要外部投入来支持经济增长的假设之上的。

图1线性经济概念

在线性经济概念中，重点一直是沿着这条直线提高效率。更高的效率导致所需的材料和资源更少，进而导致每单位生产的外部性更少。然而，仅努力提高效率，即减少每单位制造产出消耗的资源和化石能源，并不能改变资源存量的有限性质，而只能延缓不可避免的事情。似乎有必要改变整个操作系统。

然而，现在的心态正在慢慢改变。随着强大的颠覆性趋势将在未来几年塑造经济，对线性经济概念的依赖越来越弱。这些趋势是 (i) 资源稀缺和更严格的环境标准将继续存在，(ii) 拥有允许这种转变的信息技术，以及 (iii) 见证了消费者行为的普遍转变。

循环经济概念是对线性方法的反应。它源于对我们星球资源不是无穷无尽的理解，无需输入外部原始材料即可创造增长和价值。循环经济的概念不是在其生命结束时丢弃材料、能源和产品，而是旨在弯曲这条直线，重新连接起点和终点，形成一个闭环。这个概念并不是什么新鲜事物，但是随着人们变得更加富裕以及组织从人们不得不购买新的更新产品中获利而被遗忘的东西。循环经济旨在重建资本，无论是金融、制造业、人力、社会还是自然。这种方法增强了商品和服务的流动。

循环经济的概念根深蒂固，不能追溯到一个单一的日期或作者。然而，由于少数学者、思想领袖和企业的努力，自 1970 年代后期以来，它在现代经济体系和工业流程中的实际应用已经获得了动力。总体概念已经被几个学派提炼和发展，例如（i）再生设计，（ii）性能经济，（iii）从摇篮到摇篮的框架，（iv）工业生态学和（v）依赖于以自然为楷模、以自然为尺度、以自然为师的三大原则。

循环经济是一种通过意图和设计具有恢复性或再生性的工业系统。它基于产品或零件进行维修或再制造、再利用、退回和回收的前提。它以修复取代“报废”概念，转向使用可再生能源，消除有害化学物质的使用，这会损害再利用，并旨在通过材料、产品和系统的卓越设计来消除浪费，以及在此范围内的商业模式。图2展示了循环经济的概念。

图2循环经济概念和废物管理层次

循环经济的本质是将价值创造与有限自然资源的消耗脱钩，并取代产品自然成为废物的报废概念。随着产品设计、材料和系统的变化，以及通过新的商业模式改变所有权概念，可以限制并最终消除浪费。实现这一目标的最重要的基本原则可能是材料的回收利用，即材料被重新用于制造新产品，而不是通过焚烧或填埋处理。但循环经济不仅仅包含回收利用。实现循环系统需要从根本上进行变革，以充分支持材料的循环利用，同时最大限度地发挥自然资本的价值。这需要一系列新方法，即 (i) 材料再循环，(ii) 产品材料效率，以及 (iii) 新的商业模式，这些都有助于减少对原始材料的需求，从而减少原材料的提取和生产降低二氧化碳 (CO2) 排放量。

循环经济确保产品在其使用寿命结束时保持其价值，同时减少或消除浪费。这个想法是可持续性三重底线概念的基础，该概念侧重于环境、社会和经济因素之间的相互作用。没有生命周期的方法，就不可能有真正的循环经济。

循环经济概念基于几个简单的原则。首先，循环经济的核心是“设计出”废物。在这个概念中不存在浪费。这些产品针对拆卸和重复使用的循环进行设计和优化。这些紧密的组件和产品周期定义了循环经济，并将其与大量嵌入能源和劳动力损失的处置甚至回收区分开来。其次，循环性在产品的消耗性组件和耐用组件之间引入了严格的区分。与今天不同，循环经济中的消耗品主要由生物成分“营养”制成，这些营养成分至少无毒，甚至可能是有益的，并且可以直接或以级联的方式连续使用安全地返回生物圈。另一方面，发动机或计算机等耐用品是由不适合生物圈的技术营养素制成的，如金属和大多数塑料。这些从一开始就设计用于重用。第三，为这个循环提供燃料所需的能源本质上是可再生的，再次减少对资源的依赖并提高系统弹性（例如，石油冲击）。

在循环经济中，建筑产品的报废证书很重要。此外，了解再利用和回收之间的区别也很重要。这对于回收这一术语尤为重要，该术语在一般用语中具有宽松的定义，但在废物管理和循环经济中具有更具体的定义。回收是将废弃材料转化为新材料和产品的过程，新材料和产品可以与原始材料或产品相同或不同。通常回收过程需要能量。回收可以是真正的或闭环回收或向下循环。另一方面，重用是对象（以其原始形式）在其第一次生命之后的后续使用。它可以被重新利用，但该对象只有很小的改动，保持相似（或相同）的形式。区分两种不同类型的回收利用也很重要，因为环境或循环经济利益（通常使用生命周期评估）可能会有很大差异。在“真正或闭环回收”中，产品被回收成具有完全相同材料特性的产品。真正回收的一个例子是通过重熔回收钢铁。在“向下循环”的情况下，“向下循环”过程包括将材料转化为质量较低且功能降低的新材料。 “向下循环”的例子是耐火材料的破碎和研磨，以生产耐火砂浆。

Ellen MacArthur 图（图 3）从概念上根据最适合环境的方式对废物管理选项进行排名。多年来，这一直是欧盟废物政策框架的核心概念。该概念下的废弃物管理层次结构如图2所示。

图 3 艾伦麦克阿瑟循环经济图

钢铁与循环经济

钢铁作为一种坚固、耐用、多功能和可回收的材料，以及作为一种轻质、灵活、适应性强和可重复使用的结构框架系统，都具有出色的循环经济资格。钢的主要优点之一是它可以设计成满足几乎所有应用的特定强度、耐用性和报废回收要求。强度、可回收性、可用性、多功能性和可负担性的结合使钢材独一无二。

目前的研究正在生产出比当今可用的更坚固、更轻的新钢。对于生产清洁风能至关重要的风塔涡轮机已经比十年前轻了 50%。对于一座 70 米的塔，这意味着二氧化碳排放量减少了 200 吨。由于具有更高的强度重量比，新型钢材可用于制造高达 30 米的塔段。这减少了运输和组装过程中的排放。

更高等级的钢也正在开发用于建筑。它们能够以更有效的方式建造更大更高的建筑物，并产生尽可能少的废物。使用更高等级的钢材有望减少建筑中使用的钢材数量。由于更薄、因此更轻的钢部件，运输成本也降低了。它们还缩短了工厂加工和现场施工所需的时间，这主要是由于减少了所需的焊缝数量。使用这些钢材，可以减少建筑结构中的柱子数量并使其更薄。这导致更大的区域，并为更好的空间设计和使用提供了机会。更高等级的钢可以开发出结合耗散机制的结构，以吸收地震产生的大部分地震能量。

循环经济促进了更长的产品寿命。产品使用时间越长，需要采购的原材料就越少。产品的耐用性有助于减少原材料的消耗。尽可能长时间地保持产品的最高效用和价值是循环经济的关键组成部分。简而言之，产品使用时间越长，需要采购和加工的原材料就越少，产生的废物就越少。钢铁产品本质上是耐用的，这意味着它们不仅可以使用很长时间，而且几种钢材可以在首次使用后重复使用。

钢铁也有助于其自身的寿命。如果结构的配置需要改变，钢框架建筑可以很容易地适应。该建筑可以在对当地社区和环境造成最小破坏的情况下拆开和重建。坚固耐用的外部钢结构可以适应多种内部重新配置，以满足不断变化的需求。用钢制成的仓库或工业建筑可以很容易地转换成现代生活或工作空间。这延长了建筑物的使用寿命（及其所含钢材的使用寿命），从而节省资源并降低成本。

钢在冶金/化学和产品方面都是一种多功能材料。它是无限可回收的材料。结构产品元件耐用、坚固且尺寸稳定，可以用螺栓连接在一起形成本质上可拆卸和可重复使用的组件。钢结构可以很容易地在原位扩展和重新配置。钢不是单一材料。有几种不同等级的钢，从低碳传统钢到高强度钢、高级高强度钢和不锈钢等特种钢。每个等级的钢都有针对其特定应用而设计的特性。事实上，有超过 3,500 种不同成分或等级的钢具有不同的物理、化学和环境特性。如果加上不同的产品尺寸和形状，那么3500这个数字会增加几倍。每种钢材都是针对包装、工程、白色和黄色商品、车辆和建筑等行业的特定应用量身定制的。当今可用的现代钢材中约有 75% 是在过去两到三十年中开发出来的。如果要在今天重建埃菲尔铁塔，由于钢铁行业在上个世纪取得的强度和质量改进，钢材需求量仅为最初使用（1889 年）钢材的三分之一。

钢材的多功能性促进了回收利用，因为废钢可以通过回收过程进行混合，以生产不同类型的钢材（不同等级和产品），以满足随着时间的推移不断变化的需求。例如，来自多余工业机械的钢材可以回收到更现代的产品中，例如汽车或白色家电，而这些产品又可以回收到未来可能尚未发现的新应用中。

延长产品的使用寿命是循环经济的另一个关键方面。理论上，所有新钢都可以由回收钢制成。然而，考虑到钢的强度和耐用性，由于钢产品的长寿命，这实际上是不可行的。迄今为止，大约 75% 的钢铁产品仍在使用中。如果进行适当的维护，由钢制成的建筑物和其他结构可以使用 40 年到 100 年甚至更长的时间。

延长产品的使用寿命可以通过使产品既灵活又适应变化来实现，这样它们可以持续更长时间，并且可以从用于生产它们的材料和资源中提取更大的价值。各行各业的变革步伐从未如此之快。不断变化的工作模式、新的建筑服务和信息技术、不断变化的人口结构和新的立法都对钢铁产品提出了新的和不同的要求。可持续产品应灵活适应用途的变化，并适应未来的需求和要求，无论是监管还是市场驱动。

大型、重型结构钢部件需要为报废管理进行规划。然而，由于废钢具有价值，回收和再循环这些组件的动机很高，而且比花钱将它们放置在垃圾填埋场更划算。

在结构良好的循环经济中，与竞争材料相比，钢材具有显着的竞争优势。定义这些优势的四个关键词是（i）减少，（ii）再利用，（iii）再制造和（iv）回收，如图2所示。

减少意味着减少产品的重量，从而减少使用的材料量。它是循环经济的重要关键。通过对研究、技术和良好规划的投资，钢铁生产商在过去 50 至 60 年间大幅减少了炼钢所需的原材料和能源数量。此外，钢铁生产商正在积极推广和开发高强度和先进高强度钢种的多种应用。这些等级有助于减轻从风力涡轮机到汽车到建筑面板的应用的重量。因此，提供相同强度和功能所需的钢材更少。

钢材的再利用特性是因为它的耐用性。钢铁可以通过多种方式重复使用或重新利用，无论是否进行再制造。这已经发生在汽车部件、建筑物、轨道和许多其他应用中。钢材的再利用不仅限于其原始应用。它可以追溯到古代刀剑变成犁铧的时代。重复使用通常在技术上可行的区域进行，而不会降低安全性、机械性能和/或保修。随着生态设计、再利用和回收设计以及资源效率的普及，再利用率将会提高。

再利用是有利的，因为再处理需要很少或不需要能量。钢材的耐用性确保了几种产品在其使用寿命结束时可以部分或全部重复使用。这可以大大延长钢材的生命周期。然而，要想重用成功，基于生命周期思维的初始设计至关重要。

建筑行业是最早接受钢结构部件（如结构梁、屋顶和墙体元件）重复使用的行业之一。越来越多的这些元素被设计为可重复使用。虽然钢筋目前是回收而不是重复使用，但仍有机会制造模块化钢筋混凝土构件，例如标准楼板。

通过再利用进行再利用涉及专门设计的收集和再处理系统，以使产品适合新的应用。再利用应用所需的能源和资源数量可能远低于从原材料生产新应用所需的数量。例如，用于造船的钢板可以重新轧制并用于建造新船。唯一的输入是重新加热、重新轧制和运输钢材所需的能量。

可以对几种钢材进行再制造。各种各样的钢铁产品已经在进行再制造。它们包括机床、电动机、自动变速器、办公家具、家用电器、汽车发动机和风力涡轮机。重新制造以供重复使用是为了利用钢部件的耐用性。再制造将耐用的旧产品恢复到新的状态。它与修复不同，修复是一个仅限于使产品运行的过程，而不是彻底拆卸和修复，可能包含新零件。

再制造将耐用的旧产品恢复到新的状态。它涉及产品的拆卸，在此期间对每个组件进行彻底清洁，检查损坏情况，并按照原始设备制造 (OEM) 规范进行翻新或更换为新零件。然后重新组装和测试产品以确保正常运行。此过程与修复不同，修复仅限于使产品运行而不是彻底恢复。此外，通过设计可重复使用或再制造的钢铁产品，可以节省更多的资源。

自钢铁诞生以来，钢铁行业就一直在进行钢铁的回收利用。它确保投资于炼钢的原材料的价值远远超过钢铁产品的生命周期，并且钢铁仍然是社会的永久资源。所有钢铁产品本质上都是可回收的，结构钢元素也本质上是可重复使用的。此外，钢材是 100% 可回收的，并且可以一次又一次地回收，以在封闭的材料循环中创造新的钢铁产品。再生钢保持原钢的固有特性。废钢的高价值确保了回收利用的经济可行性。正因为如此，钢铁是当今最可回收的材料。

制造钢铁的两种主要原材料是铁矿石（地球上最丰富的元素之一）和回收（废钢）钢。钢铁一旦被生产出来（从铁矿石中提取），只要在每个产品生命周期结束时进行回收，它就成为社会的永久资源，因为它是 100% 可回收的而不会损失质量。

钢的磁性确保其价格低廉且易于回收以供回收利用。使用磁分离，来自消费后产品的废钢可以很容易地从几乎任何废物流中回收。一项世界钢铁评论显示，不同行业的回收率从小型电器和家用电器的 50% 到机械的 90% 以上不等。商业和工业建筑中结构钢的使用率正在达到 98%。

钢铁是世界上回收率最高的材料。每年约有 6.5 亿吨消费前和消费后废料被回收，从而显着节省能源和原材料的使用。来自钢铁生产和下游加工的所有废料（通常称为消费前废料）在钢铁生产过程中直接收集和回收。任何钢铁产品的回收含量都可以在 5% 到 100% 之间。自钢铁生产开始以来，已回收超过 230 亿吨废钢。

需要澄清“回收”一词的使用。所有类型的钢都可以回收成各种等级的新钢，保持其固有的材料特性。因此，通过适当的加工和冶金，来自低价值钢铁产品的废钢也可以转化为高价值钢材。对于其他材料，这通常是不可能的。事实上，回收材料的质量经常被降级或循环使用，例如混凝土、木材和铝。

回收在循环经济中很重要，因为它可以节省宝贵的资源。除了钢铁行业提高回收率的努力外，还与其他金属行业和研究机构一起采取了一些举措，以识别整个产品生命周期中的损失。目标是尽量减少这些损失，进一步提高钢材和其他材料的回收率。

钢铁行业继续将这些优势进一步整合到其运营中，以突出钢铁对那些决定材料选择的人的好处。整个生产链的合作对于确保再利用或再制造产品具有与新钢相同的特性至关重要。此外，为了进一步为循环经济做出贡献，钢铁行业需要重点关注的一些重点领域包括以下问题。

• 生产过程中使用的水必须以与收到时相同或更好的状态回馈社会，并尽可能减少排放到大气中。
• 关于消耗的原材料，例如焦煤和铁矿石，严格遵守可持续性是不可能的，因为原材料一旦被消耗，显然无法替代，从而降低了后代以相同方式生产钢铁的能力就像今天一样。这一挑战可以通过再利用、再制造和回收的构建来解决，以设计易于再利用的产品，并在产品寿命结束时尽可能多地回收钢材以制造新的钢铁产品。显然，这需要及时提供足够数量的可重复使用和可回收的钢材来满足市场对钢材的需求。此外，考虑到供应链中材料的采购，需要进一步解决负责任采购的概念。
• 通过确保钢铁的应用能够减少产品使用阶段的排放，可以减少向大气中的排放（例如二氧化碳和其他温室气体）。这可以通过使用例如高强度钢或更高效的用于电机的钢来实现。
• 许多竞争材料具有“轻质”特性（更具体地说是密度较低的材料），有助于减少使用阶段的能源密集型产品的排放。然而，与钢铁产品相比，生产这些材料的能源和二氧化碳排放量通常要高得多，从而抵消了这些替代材料提供的使用阶段优势。