|
Ressourceeffektivitet - forslag til definition samt praktiske eksempler på anvendelse af begrebet 6 Galvanisk overfladebehandling
6.1 IntroduktionInden for galvanoområdet er det valgt at se på tre af de mest almindelige processer til overfladebehandling af stål, nemlig:
Disse processer er ikke ligetil at indpasse i et livscyklusforløb som de foregående aktiviteter, hvor produktet og dets livsforløb kunne identificeres. Her er valgt at se på processen i et livscyklusperspektiv som beskrevet i kapitel 2. Grafisk kan dette illustreres som vist i figur 6.1.
Figur 6.1 Galvanisk overfladebehandling i et livscyklusperspektiv I det følgende er hver af processerne kortlagt. 6.2 Kortlægning af fornikling/forchromningFornikling/forchromning er efter elforzinkning den mest almindelige galvaniske proces i Danmark. Processen udføres af ca. 75 danske virksomheder i større eller mindre skala. Der bruges årligt 125 ton nikkelanoder til fornikling, hvilket svarer til 1.170.000 m² overflade ved en lagtykkelse på 12 ìm. Der forkobres ca. 25 % af den behandlede overflade svarende til 295.000 m². Omkring 80% af den samlede behandlede overflade bliver forchromet svarende til ca. 936.000 m². Kortlægningen er gennemført ud fra en opgørelse baseret på 1.000 m² behandlet overflade. Der er taget udgangspunkt i, at det er stålplader, der er overfladebehandlet. Procestrinnene ved en fornikling/forchromning er:
Processerne samt opgørelse af råvareforbrug, kemikalier, energi og andet er anført i bilag D. 6.2.1 Opgørelse af mængder for fornikling/forchromningI det følgende er vist en opgørelse af forbruget af metaller, kemikalier, vand og energi til fornikling/forchromning. Data er beskrevet i bilag D. Ved 1000 m² overfladebehandling med fornikling/forchromning findes der på emnerne efter overfladebehandlingen som et gennemsnit:
Disse størrelser er opgjort ud fra en massebalance over forbrug og affaldsmængder ved processen. 6.2.1.1 Materialeforbrug ved fornikling/forchromningDer er gennemført en opgørelse af, hvilke metaller og kemikalier der anvendes i de enkelte procesbade, og hvilke hovedbestanddele disse kemikalier har. Resultaterne er vist i Tabel 6.1. Tabel 6.1 Kemikalieforbrug ved fornikling/forchromning
* Da der ved renseprocesserne af stålpladerne sker en vis mængde afætsning af jern, som bl.a. findes i affaldsstrømmene, er disse medtaget i materialeforbruget. Vandforbruget ligger på omkring 120.000 m³ pr. år svarende til ca. 100 m³ pr. 1.000 m² overflade. 6.2.1.2 EnergiforbrugDer anvendes energi til fremstilling af råvarer og til selve overfladebehandlingsprocessen. Det samlede energiforbrug i råvarefasen er vist i tabel 6.2. Tabel 6.2 Energiforbrug ved fornikling/forchromning
Energiforbruget til fremstilling af cyanider og andet er skønnet til i størrelsesordnen 4.000 MJ/1000 m². Det samlede energiforbrug i råvarefasen kan således opgøres til 36.000 MJ primær energi pr. 1.000 m². Energiforbruget til overfladebehandlingsprocesserne er udelukkende elforbrug og opgjort til 29.400 kWh pr. 1.000 m² overflade. Dette energiforbrug svarer til 265.000 MJ pr. 1.000 m². Der vil være et mindre energiforbrug ved behandling af affald i form af kasserede bade og slam, men dette er skønnet at udgøre meget lidt og er ikke medtaget. Det samlede energiforbrug ligger på omkring 300.000 MJ primær energi pr. 1.000 m² behandlet overflade – 12 % i råvarefasen og 88% i produktionsfasen. 6.2.1.3 Godskrivning af materialer og energiDa metallerne pålagt ved overfladebehandling ikke udvindes særskilt ved oparbejdning af stål, er genvinding ikke medtaget. Der sker ikke noget oparbejdning af metallerne fra affaldsbehandlingen – slam og kasserede bade. Da der ikke er nogen muligheder for genvinding af energi, især fra procesbadene, er dette ikke medtaget. 6.2.1.4 RåstofforbrugForbruget af råstoffer er estimeret ud fra forbruget af materialer. Opgørelsen er vist i tabel 6.3. Tabel 6.3 Estimering af forbrug af råstoffer for fornikling/forchromning
1): Data fra SigmaPro. 6.2.2 Opgørelse af vurderede mængder for fornikling/forchromningI det følgende er materialer og energiforbrug omregnet til vurderede størrelse i mPR. 6.2.2.1 Vurdering af materialeforbrug ved fornikling/forchromningDet væsentligste ressourceforbrug findes for metallerne. Opgørelsen herfor er vist i Tabel 6.4. Tabel 6.4 Forbrug af metaller ved fornikling/forchromning
Det samlede ressourceforbrug er på 12.358 mPR for metallerne, og i produktet findes 11.863 mPR. Tabet udgør 500 mPR svarende til 4% af ressourceforbruget. Ressourceforbruget til kemikalierne er skønnet til at udgøre 340 mPR, da en eksakt beregning ikke kunne gennemføres. Det samlede ressourceforbrug er derfor:
Ressourcerne i produktet det vil sige overfladen tabes ligeledes ved oparbejdning af stålpladen. 6.2.2.2 Vurdering af energiforbrug ved fornikling/forchromningDet samlede energiforbrug er opgjort til 300 GJ pr. 1.000 m² overflade. Fremstilles denne energimængde ud fra olie, svarer det til et forbrug på 289,5 mPR. 6.3 Ressourceeffektivitet for fornikling/forchromning6.3.1 Ressourceeffektivitet på materialeniveau6.3.1.1 Materialeforbrug, produktion og brugDen samlede mængde materialer i form af metaller, der findes i produktet, overfladebehandling af 1.000 m² , er opgjort til 159,2 kg. Det samlede forbrug af metaller og kemikalier udgør 182,9 kg metaller og 230,8 kg kemikalier. Ressourceeffektiviteten kan derfor beregnes til:
Den beregnede effektivitet viser, at omkring 2/3 af de anvendte materialer tabes i processen. Tabet forekommer i selve overfladebehandlingsprocessen og udgør dels den samlede mængde kemikalier og dels en del af metallerne. Vandforbruget er opgjort til 100 m³ pr. 1.000 m² behandlet overflade. 6.3.1.2 Materialeforbrug, produktion, brug og bortskaffelseSom tidligere nævnt sker der ingen genvinding af materialer. Effektiviteten Mmat. P+B+A/N vil derfor være lig Mmat, P+B. 6.3.1.3 Materialeforbrug, hele livscyklusRåstofforbruget er opgjort til 1.537 kg pr. 1.000 m² overflade. Ressourceeffektiviteten kan derfor beregnes til:
I råstofudvindingen bliver omkring 20-25% af den samlede mængde til anvendelige materialer. For metallerne er udnyttelsesgraden relativt lille (5-10%) og noget større for hjælpestofferne. 6.3.2 Ressourceeffektivitet baseret på vurderet opgørelse6.3.2.1 Ressourceforbrug, materialerDen mængde ressourcer, der findes i produktet – overfladebehandling af 1.000 m² stålplade med fornikling/forchromning, udgør 11.860 mPR. Ressourceeffektiviteten opgjort som materialeeffektivitet, brutto kan beregnes til:
Den beregnede effektivitet afspejler, at det er de mindre knappe ressourcer i form af kemikalier, der tabes i udvinding og i processen. 6.3.2.2 Ressourceforbrug, materialer og energiHvis man ser på det samlede materiale og energiforbrug, udgør det samlede vurderede forbrug 12.700 mPR + 290 mPR = 13.000 mPR, og den samlede materiale- og energieffektivitet kan beregnes til:
6.3.2.3 Ressourceforbrug, hele livscyklusDer sker som tidligere nævnt ingen genvinding af materialer eller energi. Dette betyder, at effektiviteten for hele livscyklus, Vmat+energi, R+P+B+A/N vil være lig med Vmat+energi, R+P+B. 6.3.3 FortolkningDe opgjorte ressourceeffektiviteter er vist i Tabel 6.5. Tabel 6.5 Beregnede ressourceeffektiviteter for fornikling/forchromning
Af Tabel 6.5 ses det, at der tabes knapt 2/3 af de anvendte materialer i galvaniseringsprocessen (Mmat, P+B). Da beregningen er foretaget for en specifik proces, vil opgørelsen kunne bruges af branchens virksomheder som sammenligningsgrundlag. Den anden opgørelse på materialeniveau, Mmat. R+P+B+A/N omfatter dels materialetab i selve processen, men også tab ved udvinding af metaller og forarbejdning af kemikalier. Denne beregning vil antageligt kun kunne anvendes på et mere overordnet plan. Ses der på de effektiviteter, der er baseret på vurderede opgørelser (mPR), vil man få et fingerpeg, om det er knappe eller rigelige ressourcer, der tabes i livsforløbet. Metaller og især nikkel vægter højt i denne opgørelse. Af de beregnede størrelser ses det, at effektiviteten er relativt høj, og at det er mindre knappe ressourcer, der primært tabes. En øget udnyttelse af primært nikkel, men også kobber og chrom vil have en relativ stor indflydelse på ressourceeffektiviteten. De to ressourceeffektiviteter, Vmat, R+P+B og Vmat+energi, R+P+B er meget lig hinanden, hvilket viser, at energiforbruget – både til udvinding af råstoffer og i galvaniseringsprocessen – ud fra et ressourcesynspunkt er af mindre betydning. Det er i opgørelserne forudsat, at der ikke finder genvinding sted af metallerne eller af hjælpestofferne. En genvinding af metallerne vil øge ressourceeffektiviteten – i mindre grad for de vægtbaserede opgørelser og i højere grad for de vurderede opgørelser. 6.3.4 AffaldsminimeringAf de beregnede ressourceeffektiviteter ses det, at mængdemæssigt tabes der en stor del materiale i råstofudvindingen og i produktionen. Af de vurderede opgørelser ses det, at der tabes en mindre mængde knappe ressourcer, og at energiforbruget i forhold til materialeforbruget er af mindre betydning. Lægges der vægt på knappe, miljøbelastende stoffer vil det være metallerne (nikkel, kobber og chrom), der skal fokuserers på. I det følgende trækkes en række væsentlige forhold frem. 6.3.4.1 BadkemikalierI fornikling/forchromningsprocessen anvendes en række syrer, baser, cyanider og andre kemikalier. Disse kan ikke undværes, hvis overfladebehandlingen skal forløbe tilfredsstillende. Badene bliver sjældent skiftet, da de løbende vedligeholdes, men der kan være behov for det efter uheld, driftsforstyrrelser og lignende. De kasserede bade vil i overvejende grad blive sendt til Kommunekemi, hvor de afgiftes ved, at cyaniden omdannes, hvorefter metallerne fældes i alkalisk miljø som metalhydroxider. Det dannede slam afvandes og deponeres. Det er ikke i dag teknisk/økonomisk muligt at oparbejde slammet, da det består af en blanding af en række metaller. 6.3.4.2 MetallerneUd fra et ressourcesynspunkt er det mest problematisk at anvende nikkel. Målt i mPR ligger værdien for nikkel ca. 10 gange højere end for kobber og chrom. Metallerne nikkel, kobber og chrom udnyttes ikke lige godt i processerne. Af tabel 6.6 ses det, at tabet af de enkelte metaller er meget forskelligt. Tabel 6.6 Tab af metaller ved fornikling/forchromning
Som det ses af tabel 6.6, er der en relativ høj udnyttelse af nikkel og kobber i de galvaniske processer, hvorimod tabet ved pålægning af chrom er meget stort. Det bør derfor overvejes af hensyn til ressourcetab og affaldsminimering, om chromateringen kan gøres mere effektiv, og/eller om anvendelse af chromatering kan minimeres. Ved udvinding af metallerne tabes en del materiale. Metallerne i malmen findes som metaloxider eller –sulfider. Der kan være mere eller mindre jern i malmen. Ved oparbejdningen renses malmen ,og metalionerne omdannes til metal. Tabet varierer fra malmtype til malmtype. Mulighederne for affaldsminimering kan dog ikke vurderes. Ved kassering af produktet, - den overfladebehandlede plade eller genstand, tabes alt det pålagte metal. Stålet oparbejdes, men da nikkel, chrom og kobber udgør en meget lille del udnyttes dette ikke. I Tabel 6.7 er vist, hvilke ressourcer der tabes ved oparbejdning af 1 m² stålplade med en godstykkelse på 5 mm. Tabel 6.7 Ressourcer i en 1 m² jernplade der er forniklet/forchromet
* En jernplade på 1 m² med en godstykkelse på 5 mm har et volumen på 0,005 m³, og med en massefylde på 7,9 vejer pladen ca. 40 kg. I forhold til Tabel 6.7 skal det bemærkes, at ressourcerne i jernpladen oparbejdes, og mere end 90% genvindes. Nikkel som ressource er af væsentlig større betydning, men tabes i oparbejdningen. Nikkel kan måske til en vis grad udnyttes i det oparbejdede jern/stål som legeringsmetal, men bliver ikke med den i dag anvendte teknologi oparbejdet til rent metal. 6.3.4.3 Vandforbrug og spildevandVandforbruget til fornikling/forchroming bruges primært som skyllevand. Der bruges omkring 100 liter vand pr. m² behandlet overflade. Der har gennem en del år været fokus på at nedsætte vandforbruget ved ændrede skylleteknikker. Det nævnes, at en af årsagerne til, at disse ikke er mere udbredt, er, at nyere teknikker er mere pladskrævende og kræver mere styring. Skyllevandet renses på virksomheden inden udledning, og hovedparten af metallerne findes i slam, der dannes ved rensningen. Slammet er en blanding af flere metalhydroxider og oparbejdes i dag ikke af teknisk/økonomiske grunde, da slammet ud over de mere værdifulde metaller indeholder en hel del jern. 6.3.4.4 EnergiEnergiforbruget til overfladebehandlingsprocessen udgør 88% af det samlede energiforbrug, - den resterende del går til udvinding af materialer. Energiforbruget til processen er udelukkende el, hvor der forbruges 29 kWh pr. m² overflade, svarende til 300 MJ primær energi. Omregnes dette til forbrug af olieressourcer, udgør det omkring 0,29 mPR pr. m². Da elektriciteten med sikkerhed produceres i Danmark, og der her hovedsagelig anvendes kul som energiressource, vil ressourcetrækket i stedet blive 1/5, da kul har en meget længere forsyningshorisont end olie. Til overfladebehandling af en jernplade bruges 7,5 MJ/kg. Da 1 m² jernplade vejer ca. 40 svarer det til et energiforbrug på 300 MJ. Til sammenligning kan anføres, at presning af stål kræver omkring 30 MJ/kg, og at trykstøbning ligger på mellem 20-50 MJ/kg. Hvad enten el-forbruget baseres på kul eller olie, og det vurderes, at der bruges store mængder energi i processen, er energimængden i forhold til materialemængden meget lille. 6.3.4.5 Samlet prioriteringUd fra et ressourcemæssigt synspunkt er nikkel et problematisk metal at anvende til overfladebehandling. Fornikling/forchroming har en række fordele. Det giver en overflade af høj kvalitet og et pænt udseende, men
Der findes i dag ikke tekniske løsninger, som er økonomisk mulige for at genvinde metallerne. 6.3.5 Sammenligning med øvrige opgørelserOverfladebehandlingsprocessen fornikling/forchromning, som den udføres i Danmark, er optimeret med hensyn til udnyttelse af metaller, energi- og vandforbrug og er således typisk for europæiske forhold. 6.3.5.1 Direkte materialeinputDet er ikke muligt at foretage en sammenligning mellem de opgjorte mængder af materialer og data for DMI, da DMI ikke opgøres på procesniveau. 6.3.5.2 Totale materialeinputI det følgende er søgt estimeret det totale materialeinput, baseret på Wuppertal's MIPS-data, se Tabel 6.8. Tabel 6.8 Estimering af totalt materialeinput for fornikling/forchromning
1): Ingen data. Som det fremgår af Tabel 6.8 mangler data for chrom. Materialeinputtet vil derfor være i størrelsesordnen 17.000 kg pr. 1.000 m² overflade. I nærværende opgørelse er råstofforbruget opgjort til ca. 1/10 – 1.500 kg. Begge typer af opgørelser skulle i princippet være ens og medtage alle indirekte strømme. Den væsentligste forskel ligger i opgørelsen for nikkel, hvor Wuppertal har opgjort materialeinputtet til at være mere end 10 gange så stort som data fra SigmaPro. Wuppertals data for de øvrige materialer ligger også noget over de her anvendte LCA-data for de øvrige materialer. 6.4 Kortlægning af elforzinkningElforzinkning er den mest almindelige galvaniske proces i Danmark. Processen udføres af ca. 90 danske virksomheder i større eller mindre skala. Ved elforzinkning foretages først en rengøring af emnerne (affedtning og bejdsning), hvorefter der elektrolytisk påføres et zinklag på 5-20 m. Lagtykkelsen er typisk mindst for tromlevarer (små emner), mens større emner på stativer typisk påføres lagtykkelser på 12-20 m. Der forbruges årligt ca. 600 ton zinkanoder, hvilket svarer til overfladebehandling af 8,5 mio. m² overflade. Kortlægningen er baseret på en opgørelse ud fra 1.000 m² behandlet overflade. Der er taget udgangspunkt i, at det er stålplader, der er overfladebehandlet. Procestrinnene ved en elforzinkning er:
Processerne samt opgørelse af råvareforbrug, kemikalier, energi og andet er anført i bilag D. 6.4.1 Opgørelse af mængder for elforzinkningI det følgende er vist en opgørelse af metaller, kemikalier, vand og energi til elforzinkning. Data er beskrevet i bilag D. Ved 1.000 m² overfladebehandling med elforzinkning findes der på emnerne efter overfladebehandling som gennemsnit:
Disse størrelser er opgjort ud fra en massebalance over forbrug og affaldsmængder ved processen. 6.4.1.1 Materialeforbrug ved elforzinkningDer er gennemført en opgørelse af, hvilke metaller og kemikalier der anvendes i de enkelte procesbade, og hvilke hovedbestanddele disse kemikalier har. Resultaterne er vist i Tabel 6.9. Tabel 6.9 Kemikalieforbrug ved elforzinkning
* Da der ved renseprocesserne af stålpladerne sker en vis mængde afætsning af jern, som bl.a. findes i affaldsstrømmene, er disse medtaget i materialeopgørelsen. Vandforbruget ligger på i størrelsesordnen 850.000 m³/år svarende til 100 m³ pr. 1.000 m² behandlet overflade. 6.4.1.2 EnergiforbrugDer anvendes energi til fremstilling af råvarer og til selve overfladebehandlingsprocessen. Det samlede energiforbrug i råvarefasen er vist i Tabel 6.8. Tabel 6.10 Energiforbrug ved elforzinkning
For de materialer, der ikke er medtaget i opgørelsen i, er energiforbruget skønnet til 1.500 MJ, hvilket betyder, at det samlede energiforbrug stiger til 10.700 MJ pr. 1.000 m² overflade. Energiforbruget til processerne er udelukkende elforbrug og er opgjort til 2.677 kWh pr. m² overflade. Dette elforbrug svarer til 24.096 MJ primær energi pr. 1.000 m² overflade. Der vil være et mindre energiforbrug ved behandling af affald i form af kasserede bade og slam, men dette er skønnet at udgøre meget lidt og er ikke medtaget. Det samlede energiforbrug ligger på 34.800 MJ primær energi pr. m² behandlet overflade – ca. 30% i råvarefasen og ca. 70% i produktionsfasen. 6.4.1.3 Godskrivning af materialer og energiDa metallerne pålagt ved overfladebehandling ikke udvindes særskilt ved oparbejdning af stål, er genvinding ikke medtaget. Der er ingen oparbejdning af metallerne fra affaldsbehandlingen – slam og kasserede bade. Da der ikke er nogen mulighed for genvinding af energi, især fra procesbadene, er dette ikke medtaget. 6.4.1.4 Opgørelse af råstofforbrugUd fra det materialeforbrug, der er opgjort i Tabel 6.9, er forbruget af råstoffer estimeret i Tabel 6.9. Tabel 6.11 Estimering af forbrug af råstoffer for elforzinkning
1): Data fra SigmaPro. 6.4.2 Opgørelse af vurderede mængder for elforzinkningI det følgende er materiale- og energiforbrug omregnet til vurderede størrelser i mPR. 6.4.2.1 Vurdering af materialeforbrug ved elforzinkningDet væsentligste ressourceforbrug findes for metallerne. Opgørelsen herfor er vist i Tabel 6.12. Tabel 6.12 Forbrug af metaller ved elforzinkning
Det samlede ressourceforbrug er på 2.468 mPR for metallerne, og i produktet findes 2.315 mPR. Tabet udgør 153 mPR svarende til 6 % af ressourceforbruget. Ressourceforbruget til kemikalierne er skønnet til at udgøre 250 mPR, da en eksakt beregning ikke kunne gennemføres. Det samlede ressourceforbrug er derfor:
Ressourcerne i produktet – overfladen – tabes ligeledes ved oparbejdning af produktet – stålpladen. 6.4.2.2 Vurdering af energiforbrug ved elforzinkningDet samlede energiforbrug er opgjort til 34,8 GJ pr. m² overflade. Fremstilles denne energimængde ud fra olie, svarer det til et forbrug på 34,0 mPR. 6.5 Ressourceeffektivitet for elforzinkning6.5.1 Ressourceeffektivitet på materialeniveau6.5.1.1 Materialeforbrug, produktion og brugDen samlede mængde materialer i form af metaller til produktet, overfladebehandling af 1.000 m², er opgjort til 70,36 kg. Det samlede forbrug af metaller og kemikalier udgør 84,5 kg metaller og 125,9 kg kemikalier. Ressourceeffektiviteten kan derfor beregnes til:
Den beregnede effektivitet afspejler, at alle kemikalierne og en del af metallerne tabes i galvaniseringsprocessen. En del vil findes i affald, og en del vil blive neutraliseret og ledt ud med spildevandet. Vandforbruget er opgjort til 100 m³ pr. 1.000 m² behandlet overflade. 6.5.1.2 Materialeforbrug, produktion, brug og bortskaffelseSom tidligere nævnt sker der ingen genvinding af materialer. Effektiviteten MMat, P+B+A/N vil derfor være lig MMat, P+B. 6.5.1.3 Materialeforbrug, hele livscyklusRåstofforbruget er opgjort til 411 kg pr. 1.000 m² overflade. Ressourceeffektiviteten kan derfor beregnes til:
Ved udvindingen udnyttes omkring 50% af råstofmængden – mindre for metallerne og mere for kemikalierne. Metallerne udgør i materialeopgørelsen omkring 1/3, mens de i råstofopgørelsen udgør mere end 50%. 6.5.2 Ressourceeffektivitet baseret på vurderet opgørelse6.5.2.1 Ressourceforbrug, materialerDen mængde ressourcer, der findes i produktet – overfladebehandling af 1.000 m² stålplade med elforzinkning udgør 2.320 mPR. Ressourceeffektiviteten opgjort som materialeeffektivitet, brutto kan beregnes til:
Den opgjorte effektivitet afspejler, at det er de mindre knappe ressourcer i form af kemikalier, der tabes. 6.5.2.2 Ressourceforbrug, materialer og energiHvis man ser på det samlede materiale og energiforbrug, udgør det samlede vurderede forbrug 2.720 mPR + 34 mPR = 2.754 mPR, og den samlede materiale- og energieffektivitet, brutto kan beregnes til:
Den lille forskel i de to effektiviteter afspejler, at energiforbruget til både udvinding og overfladebehandlingsprocessen er relativ lille i forhold til materialeforbruget, når der anlægges en knaphedsbetragtning. 6.5.2.3 Ressourceforbrug, hele livscyklusDer sker som tidligere nævnt ingen genvinding af materialer eller energi. Dette betyder, at effektiviteten for hele livscyklus Vmat+energi, R+P+B+A/N vil være lig Vmat+energi, R+P+A/N. 6.5.3 FortolkningDe opgjorte ressourceeffektiviteter er vist i tabel 6.13. Tabel 6.13 Beregnede ressourceeffektiviteter for elforzinkning
Af tabel 6.13 ses det, at der tabes 2/3 af de anvendte materialer i galvaniseringsprocessen (Mmat, P+B ). Da beregningen er foretaget for en specifik proces, vil opgørelsen kunne bruges af branchens virksomheder som sammenligningsgrundlag. Den anden opgørelse på materialeniveau, Mmat. R+P+B+A/N, omfatter dels materialetab i selve processen, men også tab ved udvinding af metaller og forarbejdning af kemikalier. Denne beregning vil antageligt kun kunne anvendes på et mere overordnet plan. Ses der på de effektiviteter, der er baseret på vurderede opgørelser (mPR), vil man få et fingerpeg, om det er knappe eller rigelige ressourcer, der tabes i livsforløbet. Metaller og især zink vægter højt i denne opgørelse. Af de beregnede størrelser ses det, at effektiviteten er relativt høj, og at det er mindre knappe ressourcer, der primært tabes. En øget udnyttelse af zink og til en vis grad chrom vil have en relativ stor indflydelse på ressourceeffektiviteten. De to ressourceeffektiviteter, Vmat, R+P+B og Vmat+energi, R+P+B er meget lig hinanden, hvilket viser, at energiforbruget både til udvinding af råstoffer og i galvaniseringsprocessen ud fra et ressourcesynspunkt er af mindre betydning. Det er i opgørelserne forudsat, at der ikke finder genvinding sted af metallerne eller af hjælpestofferne. En genvinding af metallerne vil øge ressourceeffektiviteten – i mindre grad for de vægtbaserede opgørelser og i højere grad for de vurderede opgørelser. 6.5.4 AffaldsminimeringAf de beregnede ressourceeffektiviteter ses det at mængdemæssigt tabes der en stor del materiale i råstofudvindingen og i produktionen. Af de vurderede opgørelser ses det, at der tabes en mindre mængde knappe ressourcer, og at energiforbruget i forhold til materialeforbruget er af mindre betydning. Lægges der vægt på knappe, miljøbelastende stoffer vil det være zink, der skal fokuserers på. I det følgende trækkes en række væsentlige forhold frem. 6.5.4.1 BadkemikalierSamme forhold som under fornikling/forchromning, se afsnit 6.3.4.1. 6.5.4.2 Zink og chromTil elforzinkning anvendes store mængder zink og små mængder chrom. Tabet af de to metaller er meget forskelligt, som det fremgår af tabel 6.14. Tabel 6.14 Tab af metaller ved elforzinkning
Som det ses af tabel 6.14, er der en relativ høj udnyttelse af zink, hvorimod tabet ved pålægning af chrom er meget stort. Ved udvinding af metallerne tabes en del materiale. Metallerne i malmen er forbindelser af metallet som oxider eller sulfider. Ved oparbejdningen renses malmen, og metalionerne omdannes til metal. Tabet varierer fra malmtype til malmtype. Mulighederne for affaldsminimering kan dog ikke vurderes. Ved kassering af produktet, den overfladebehandlede plade eller genstand, tabes det pålagte metal. Stålet oparbejdes, men da zink udgør en meget lille del, udnyttes det ikke. I tabel 6.15 er vist hvilke ressourcer, der tabes ved oparbejdning af 1 m² stålplade med en godstykkelse på 5 mm. Da zink har et kogepunkt på omkring 900°C, vil zinken under oparbejdningen i overvejende grad findes i slagge og støv fra afgangsluften. Det vil derfor i nogen grad være muligt at oparbejde zinken. Om det gøres vides ikke. Tabel 6.15 Ressourcer i en 1 m² jernplade der er forniklet/forchromet
* En jernplade på 1 m² med en godstykkelse på 5 mm har et volumen på 0,005 m³ og med en massefylde på 7,9 vejer pladen ca. 40 kg 6.5.4.3 Vandforbrug og spildevandVandforbruget til elforzinkning bruges primært til skyllevand. Der bruges omkring 100 liter pr. m² behandlet overflade. Se i øvrigt kommentater under fornikling/forchromning, afsnit 6.3.4.3. 6.5.4.4 EnergiEnergiforbruget til overfladebehandlingsprocessen udgør 70% af det samlede energiforbrug. Den resterende del går til udvinding af materialer. Energiforbruget til processen er udelukkende el, hvor der forbruges 2,7 kWh pr. m² overflade, svarende til 24 MJ primær energi. Energiforbruget til el-forzinkning ligger således på ca. 10% af energiforbruget til fornikling/forchromning. Også for elforzinkning er energiforbruget lille i forhold til materialeforbruget, når begge opgørelser omregnes til ressourceforbrug i mPR. 6.5.4.5 Samlet prioriteringUd fra et ressourcemæssigt synspunkt kan det være noget problematisk at anvende zink til overfladebehandling, såfremt det ikke genvindes. Elforzinkning har en række fordele. Det giver en overflade af høj kvalitet og et pænt udseende, men
Det vides ikke i, hvor høj grad zink genvindes fra oparbejdning af stål, og det er derfor et forhold, der bør fokuseres på. 6.5.5 Sammenligning med øvrige opgørelserOverfladebehandlingsprocessen elforzinkning, som den udføres i Danmark, er optimeret med hensyn til udnyttelse af metaller, energi- og vandforbrug og er således typisk for europæiske forhold. 6.5.5.1 Direkte materialeinputDet er ikke muligt at foretage en sammenligning mellem de opgjort mængder af materialer og data for DMI, da DMI ikke opgøres på procesniveau. 6.5.5.2 Totale materialeinputI det følgende er søgt estimeret det totale materialeinput, baseret på Wuppertal's MIPS-data, se tabel 6.16. Tabel 6.16 Estimering af materialeinput for elforzinkning
1) Anslået ud fra data om andre kemiske forbindelser. Som det fremgår af tabel 6.16, mangler der data for chrom. Materialeinputtet vil derfor være i størrelsesordnen 2.200 kg pr. 1.000 m² overflade. I nærværende opgørelse er råstofforbruget opgjort til ca. 400 kg eller knapt 1/5 af det opgjorte materialeinput. Begge typer af opgørelser skulle i princippet være ens og medtage alle indirekte strømme. Den væsentligste forskel ligger i opgørelsen for zink, hvor Wuppertal har opgjort materialeinputtet til at være omkring 8 gange så stort som data fra SigmaPro. Wuppertals data for de øvrige materialer ligger også noget over de her anvendte LCA-data for de øvrige materialer. 6.6 Kortlægning af varmforzinkningVed varmforzinkning dyppes stålemner i et smeltet zinkbad ved ca. 460°C, hvorved der pålægges et zinklag med en lagtykkelse på 60-100 m, hvilket giver en langt bedre korrosionsbeskyttelse, end der opnås ved elektrolytisk forzinkning, hvor man normalt arbejder med lagtykkelser på 5-20 m. Derfor anvendes varmforzinkning især til stålkonstruktioner, der anvendes udendørs, og metoden kan anvendes på meget store emner op til 10-15 meters længde. I Danmark findes 20 varmforzinkningsvirksomheder, men flere af virksomhederne har samme ejer. Det skønnes, at halvdelen af virksomhederne laver ca. 85% af produktionen. Der varmforzinkes skønsmæssigt 120.000 ton gods årligt, og i 2001 var det samlede zinkforbrug for danske varmforzinkere på 9817 ton svarende til, at der i gennemsnit påføres ca. 8,2% zink i forhold til godsets vægt. Kortlægningen er baseret på en opgørelse af 1 ton behandlet gods. Der er taget udgangspunkt i at det er stålplade, der er overfladebehandlet. Procestrinnene ved varmforzinkning er:
Processerne samt opgørelse af råvareforbrug, kemikalier, energi og andet er anført i bilag D. 6.6.1 Opgørelse af mængder for varmforzinkningI det følgende er vist en opgørelse af metaller, kemikalier, vand og energi til varmforzinkning. Data er beskrevet i bilag D. Ved behandling af 1 ton gods pålægges der i gennemsnit en zinkmængde på 64,4 kg. Denne mængde er opgjort ud fra data om forbrug og affaldsmængder. 6.6.1.1 Materialeforbrug ved varmforzinkningDer er gennemført en opgørelse over forbruget af zink og kemikalier, der anvendes i de enkelte procesbade, og hvilke hovedbestanddele disse kemikalier har. Resultaterne er vist i tabel 6.17. Tabel 6.17 Materialeforbrug ved varmforzinkning
Det samlede vandforbrug er opgjort til 15-20.000 m³ pr. år. Dette svarer til et forbrug på ca. 0,17 m³ pr. ton behandlet gods. 6.6.1.2 EnergiforbrugDer anvendes energi til fremstilling af råvarer og til selve overfladebehandlingsprocessen. Det samlede energiforbrug i råvarefasen er vist i tabel 6.18. Tabel 6.28 Energiforbrug ved varmforzinkning
Til overfladebehandlingsprocessen bruges dels el og dels olie som energikilde. Pr. ton behandlet gods bruges i gennemsnit 240 kWh el og 15,2 kg olie. Der kan også anvendes gas, og det forventes, at en del af olieforbruget med tiden vil blive erstattet af gas. Der haves dog ikke en opgørelse over, hvor stort gasforbruget er og alt vil i denne opgørelse blive regnet som olie. Det skal bemærkes, at ressourcemæssigt vil forbrug af olie og gas vægte omtrent ens. Det der er væsentligt at skelne mellem er forbruget af elektricitet og olie/gas. Omregnes procesenergien til primær energi kan forbruget opgøres til 2.160 MJ baseret på el og 576 MJ baseret på olie svarende til i alt 2.736 MJ pr. ton behandlet gods. Det samlede energiforbrug ligger på 8.950 MJ primær energi pr. behandlet ton gods – ca. 70% fra råvarefasen og ca. 30% fra produktionsfasen. 6.6.1.3 Godskrivning af materialer og energiAffaldsfraktionerne hårdzink og zinkaske indeholder store mængder zink, der kan oparbejdes og genanvendes. Zinkindholdet i disse fraktioner udgør 1.745 ton svarende til 14,5 kg pr. ton behandlet gods. Her er ikke taget stilling til om oparbejdningen sker internt eller eksternt. Ved oparbejdning sker et tab, antaget til 30%, således at der udvindes 10,2 kg zink. Det antages at have samme kvalitet som den zink, der anvendes i processen. Ved oparbejdningen spares energi til fremstilling af ny zink, og der bruges energi til selve oparbejdningen. Energien til oparbejdningen er antaget at udgøre 50% af energiforbruget til fremstillingen. Besparelsen kan derfor opgøres til:
6.6.1.4 Opgørelse af råstofforbrugForbruget af råstoffer er opgjort ud fra materialeforbrug og den mængde, der genvindes. Den mængde, der oparbejdes, udgør 1.745 ton zink. Ved oparbejdningen er der et tab, således at 1.142 ton zink kan genanvendes (70%). Tabel 6.19 Estimering af råstofforbrug for varmforzinkning
1): Værdien er skønnet. 6.6.2 Opgørelse af vurderede mængder for varmforzinkningI det følgende er materiale- og energiforbrug omregnet til vurderede størrelse i mPR. 6.6.2.1 Vurdering af materialeforbrug ved varmforzinkningDet væsentligste ressourceforbrug ligger i forbruget af zink. Ressourceforbruget fra mindre mængder afætset jern/stål er ikke medtaget. Opgørelsen for zink er vist i tabel 6.20. Tabel 6.20 Ressourceforbrug ved varmforzinkning
Som det ses af tabel 6.20, udgør indholdet af ressourcer i produktet – zinkpålægning af 1 ton gods 2.120 mPR. Tabet ved processen udgør 22 % af ressourceforbruget. Ressourceforbruget til kemikalierne er skønnet til at udgøre 10 mPR, da en eksakt beregning ikke kunne gennemføres. Det samlede ressourceforbrug udgør således 2.713 mPR. Ressourcerne i produktet – overfladebehandlingen – tabes ved kassering af produktet, når stålpladen oparbejdes. 6.6.2.2 Vurdering af energiforbrug ved varmforzinkningDet samlede energiforbrug er opgjort til 8.950 MJ primær energi pr. ton behandlet gods. Fremstilles denne energimængde ud fra olie, svarer det til et forbrug på 8,8 mPR. 6.6.2.3 Vurdering af genvundne mængderDet er opgjort, at der genvindes 10,2 kg zink, hvilket svarer til en ressoucebesparelse på 336 mPR. Det er opgjort, at der ved genvinding kan spares 356 MJ primær energi. Denne energimængde svarer til 0,3 mPR. 6.7 Ressourceeffektivitet for varmforzinkning6.7.1 Ressourceeffektivitet på materialeniveau6.7.1.1 Materialeforbrug, produktion og brugDen samlede mængde zink i overfladebehandlingen udgør 64,42 kg. Det samlede forbrug af metal udgør 81,9 kg, og forbruget af kemikalier udgør 9,7 kg. Ressourceeffektiviteten kan derfor beregnes til:
Tabet udgøres af kemikalierne samt en del zink, der fremkommer som affald i overfladebehandlingsprocesssen. Vandforbruget er opgjort til 167 liter pr. ton behandlet gods. 6.7.1.2 Materialeforbrug, produktion, brug og bortskaffelseGenvinding af zinkaffald fra overfladebehandlingen er opgjort til 10,2 kg. Netto-effektiviteten kan derfor beregnes til:
Genvinding af zink udgør omkring 50% af affaldsmængden og udgøres af zinkholdigt slagge. Genvindingen kan øges, men ikke til 100%, da der er et vist tab i genvindingsprocessen. 6.7.1.3 Materialeforbrug, hele livscyklusSes der på råstofforbruget, og tages der hensyn til genvinding af zink, kan effektiviteten beregnes til:
Råstofforbruget udgøres primært af zinkmalm, hvoraf omkring 1/3 af malmen bliver til zink. 6.7.2 Ressourceeffektivitet baseret på vurderet opgørelse6.7.2.1 Ressourceforbrug, materialerDen mængde ressourcer, der findes i produktet overfladebehandling af 1 ton gods –, udgør 2.120 mPR. Ressourceeffektiviteten opgjort som materialeeffektivitet, brutto, kan beregnes til:
Tabet (de ca. 22%) udgøres af zink, da kemikalierne ikke tæller meget i den vurderede opgørelse. 6.7.2.2 Ressourceforbrug, materialer og energiHvis man ser på det samlede materiale- og energiforbrug, udgør det samlede vurderede forbrug 2.713 mPR + 8,8 mPR = 2.722 mPR, og den samlede materiale- og energieffektivitet kan beregnes til:
Som det kan ses af opgørelserne og af de beregnede effektiviteter, er energiforbruget til både udvindingen og til processen meget lille i forhold til ressourceforbruget af zink. 6.7.2.3 Ressourceforbrug, hele livscyklusTages der hensyn til genvinding, vil det samlede ressourceforbrug udgøre 2.722 mPR – 336 mPR = 2.386 mPR, og netto-effektiviteten kan beregnes til:
Effektiviteten baseret på vurderede opgørelser illustrerer også, at i størrelsesordnen 10% af den anvendte zink oparbejdes. 6.7.3 FortolkningDe opgjorte ressourceeffektiviteter er vist i tabel 6.21. Tabel 6.21 Beregnede ressourceeffektiviteter for varmforzinkning
Af tabel 6.21 ses det, at der tabes omkring 30% i selve overfladebehandlingsprocessen (Mmat, P+B). Tabet udgøres af kemikalierne, der udgør ca. 1/3. Resten er zink. Da dette tal er opgjort specifikt for denne proces, vil opgørelsen kunne bruges af branchens virksomheder som sammenligningsgrundlag. Den næste effektivitet (Mmat, P+B+A/N) viser, at der sker en vis genvinding af zink. Omkring 50% af zinkaffaldet fra overfladebehandlingen oparbejdes. Det antages, at denne effektivitet kan forøges lidt, men det vil ikke være muligt at oparbejde kemikalierne, der udgør lidt over 10%. Endvidere skal der tages højde for, at der altid vil være et vist tab af zink ved oparbejdningen. Effektiviteten for råstoffer (Mmat. R+P+B+A/N) afspejler, at der ved udvinding af zink fra malm tabes omkring 2/3 af materialet. Denne beregning vil antageligt kun kunne anvendes på et mere overordnet plan. Ses der på beregningen af de vurderede opgørelser, fremgår det tydeligt, at zink er langt det vigtigste materiale, og at kemikalierne ikke betyder meget. Af effektiviteten med og uden energi (Vmat, R+P+B og Vmat+energi, R+P+B) ses det tydeligt, at energiforbruget ikke betyder meget i forhold til forbruget af zink. Effektiviteten Vmat+energi, R+P+B+A/N er højere end de to andre svarende til, at godt 10% af zinkmængden forudsættes oparbejdet. 6.7.4 AffaldsforebyggelseSom for el-forzinkning ses det, at der mængdemæssigt tabes en relativ stor del materiale i råstofudvindingen og i produktionen. Af de vurderede opgørelser ses det, at der tabes en mindre mængde knappe ressourcer, og at energiforbruget i forhold til materialeforbruget er af mindre betydning. Lægges der vægt på knappe, miljøbelastende stoffer, vil det være zink, der skal fokuserers på. I det følgende trækkes en række væsentlige forhold frem. 6.7.4.1 KemikalierTil varmforzinkning anvendes en del kemikalier til rensning af godset inden forzinkningen. Dertil kommer flusmidler, der anvendes som en forbehandling inden dypning i zinksmelten. Forbehandlingsbadene skiftes, når de er forurenende med jern, olie og andre urenheder. Se i øvrigt bemærkningerne under afsnit 6.3.4.1. 6.7.4.2 ZinkTil varmforzinkning pålægges i gennemsnit 64,4 kg pr. ton gods. I processen tabes 17,5 kg svarende til ca. 27 %. Der genvindes 10,2 kg zinkaske og en del andet affald, således at det egentlige tab udgør 7,3 kg eller 11 % af den mængde zink, der findes på emnet. Det bør derfor overvejes, om de affaldsfraktioner, der i dag ikke oparbejdes, kan blive det, således at affaldsmængden reduceres, og zinken udnyttes bedre. Ved kassering af produktet – det overfladebehandlede emne – tabes alt det pålagte metal. Her gør de samme forhold sig gældende som for elforzinkning. Zinken fordamper fra smelten inden jernet gør og findes i slagge og støv fra afgangsluften. Den ressourcemængde jernet repræsenterer vil dog oftest være væsentlig større, end den mængde zinken repræsenterer, men det afhænger meget af emnets geometri. 6.7.4.3 Vandforbrug og spildevandDer anvendes omkring 170 liter skyllevand til forbehandling af 1 ton gods. Skyllevandet vil være forurenet med olie, snavs, jern samt de anvendte kemikalier, herunder opløste zinksalte. Se i øvrigt kommentarer under fornikling/forchromning, afsnit 6.3.4.3. 6.7.4.4 EnergiEnergiforbruget er i alt på ca. 9.000 GJ/ton, fordelt på 70 % i råvarefasen og 30 % i overfladebehandlingsprocessen. Typen af energiressourcer, der anvendes i råvarefasen kendes ikke. Energiforbruget i varforzinkningen dækkes med 50% olie og ca. 50% el. Ressourcemæssigt bruges der i alt i størrelsesordnen 9 mPR til energiforbruget baseret på olie. Til at dække materialebehovet anvendes 2700 mPR, og energiforbruget udgør således under 1 % af det samlede ressourceforbrug. 6.7.4.5 Samlet prioriteringUd fra et ressourcemæssigt synspunkt kan det være noget problematisk at anvende zink til overfladebehandling, såfremt det ikke genvindes. Følgende forhold bør der fokuseres på:
Det vides ikke, i hvor høj grad zink genvindes fra oparbejdning af stål og det er derfor et forhold, der bør fokuseres på. 6.7.5 Sammenligning med øvrige opgørelserOverfladebehandlingsprocessen varmforzinkning, som den udføres i Danmark, er optimeret med hensyn til udnyttelse af metaller, energi- og vandforbrug og er således typisk for europæiske forhold. 6.7.5.1 Direkte materialeinputDet er ikke muligt at foretage en sammenligning mellem de opgjort mængder af materialer og data for DMI, da DMI ikke opgøres på procesniveau. 6.7.5.2 Totale materialeinputI det følgende er søgt estimeret det totale materialeinput, baseret på Wuppertal's MIPS-data, se tabel 6.22. Tabel 6.22 Estimering af materialeinput for varmforzinkning
1) Værdien er skønnet fra oplysninger om lignende kemikalier. I nærværende opgørelse er råstofforbruget opgjort til ca. 250 kg eller ca. 15% af det opgjorte materialeinput. Begge typer af opgørelser skulle i princippet være ens og medtage alle indirekte strømme. Den væsentligste forskel ligger i opgørelsen for zink, hvor Wuppertal har opgjort materialeinputtet til at være omkring 8 gange så stort som data fra SigmaPro. Wuppertals data for de øvrige materialer ligger også noget over der her anvendte LCA-data for de øvrige materialer.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
