به كارگیری فولادهای پیشرفته در جهت حل مشكلات اقلیمی

به كارگیری فولادهای پیشرفته در جهت حل مشكلات اقلیمی

به واسطه طیف وسیعی از صنایع و كاربردهای آن، فولادهای با كارایی بالا در راستای كاهش انتشار گازهای گلخانه ای، تولید و مصرف می شوند .

فولاد یكی از موثرترین مواد سازه ای مدرن در جهان كنونی است . این فلز نسبت به دیگر مواد رایج مورد استفاده دارای بیشترین میزان استحكام با توجه به وزن آن بوده و همچنین دارای مقاومت بالایی نیز است . امروزه بیش از ۲۰ میلیارد تن فولاد به صورت محصولات گوناگون مصرف می شود . فولاد می تواند به طور نامحدود بازیافت شود و امكان ساخت محصولات جدید از محصولاتی كه عمر مصرفشان به پایان رسیده، حتی بدون از دست دادن مقداری از استحكام، شكل پذیری و یا هر میزانی از كارایی را فراهم می آورد . از این رو می توان به راحتی به این سوال پاسخ داد كه چرا فولاد هنوز هم به عنوان ماده ای منتخب برای ساخت و تولید در سرتاسر دنیا به كار می رود .

فرمول بندی جدید فولادهای با كارایی بالا خودروسازان را قادر ساخته تا وسایل نقلیه سبك تر و مستحكم تری را تولید كنند كه دارای مصرف انرژی پایین تری نیز هستند . فولاد دارای مزایای قابل توجهی برای ساخت برج های توربین بادی است كه این امر ناشی از استحكام و مقاومت بالای آن است . از آنجایی كه فولاد می تواند بدون هیچ گونه محدودیتی بازیافت شود، تاثیرات محیطی آن به حداقل میزان خود رسیده اند . استحكام فولاد نیز این امكان را برای طراحان ساختمان فراهم آورده تا از مواد كمتری در ساخت بنا استفاده كنند بدون اینكه ذره ای در كارایی ساختاری خللی وارد شود . همچنین فولاد بخشی از تكنولوژی های نوین است كه باعث كاهش مصرف انرژی در ساختمان ها می شود.

طراحی هدفمند

فولاد می تواند با هدف به كارگیری در مصارف نهایی و استحكام و مقاومت ویژه و همچنین طبق نیازهای پایان چرخه حیات طراحی شود. فرآیندهای تولیدی جدید و پیشرفته نیز موجب مطرح شدن روش های تولیدی موافق با محیط زیست شده اند.

كاربردهای فولادی جدید جایگزین مواد سنتی شده اند. زمانی كه كل چرخه حیات كاربردها مطرح باشد، این امر سهم شایانی را در كاهش انتشار گازهای گلخانه ای به همراه داشته است. در این مقاله ما به مرور برخی از مثال ها در این زمینه می پردازیم.

كاربرد فولاد در حمل و نقل

حمل و نقل ریلی در ترن ها و همچنین برای ریل ها و زیرساختارهای آن نیازمند فولاد است. برای مسافرت هایی با مسافت های كوتاه یا بلند، در مقایسه با تقریبا تمامی دیگر شكل های حمل و نقل، ریل موجب كاهش زمان مسافرت و در نتیجه كاهش انتشار گاز CO2 به ازای هر كیلوگرم مسافر می شود.

تولیدكنندگان خودرو در حال حاضر از یك طیف وسیعی از فولادهای با استحكام بالا برای ساخت ساختارهای فولادی نازك تر جهت بدنه خودرو ها استفاده می كنند. كاهش وزن به این معنی است كه وسایل نقلیه دارای مصرف سوخت پایین تر و انتشار CO2 كمتری بوده و این در حالی است كه با توجه به پرداخت كمترین هزینه یا بدون هیچ گونه هزینه اضافی، به هیچ وجه از میزان ایمنی آنها كاسته نمی شود.

امروزه فولادهای پیشرفته استحكام بالا (AHSS) تقریبا در طراحی هرگونه وسیله نقلیه جدید در نظر گرفته می شود. فولاد بیش از ۵۰ درصد از وسایل نقلیه امروزی را تشكیل می دهد و استفاده از فولادهای پیشرفته استحكام بالا طراحی خودروهای سبك تر و بهینه تر را ممكن كرده كه ایمنی را ارتقا داده، مصرف سوخت را از نظر صرفه اقتصادی بهبود بخشیده و منتج به كاهش انتشار گازهای گلخانه ای در طول عمر آن می شود.

با توجه به تولید ۷۱ میلیون وسیله نقلیه مسافربری در هر سال، این حالت گذار از فولادهای سنتی به فولادهای پیشرفته استحكام بالا دارای تاثیرات شگرفی است. اگر در ساخت یك وسیله نقلیه ۵ سرنشین، به جای فولادهای سنتی از گریدهای جدید فولادهای AHSS و تكنیك های طراحی بهینه شده استفاده شود درحدود ۲/۲ تن گاز گلخانه ای كمتری در سرتاسر چرخه حیات آن تولید می شود. این میزان كاهش در انتشار بیشتر از كل مقدار گاز CO2 منتشر شده طی تولید تمامی فولاد به كار رفته در وسیله نقلیه است. اگر ساختار بدنه تمامی خودروهای تولید شده در سال ۲۰۰۸ از فولادهای AHSS تشكیل می شدند، از انتشار حدود ۱۵۶ میلیون تن گاز CO2 معادل اجتناب می شد.

به عنوان مثال در ساختار بدنه خودروی Ford Fiesta مدل ۲۰۰۸ از طیف وسیعی از فولادهای فوق مستحكم استفاده شده است. شركت فورد مطرح می كند كه استفاده از مقدار قابل توجهی از فولادهای تخصصی از جمله فولاد بور دار و فولاد دو فازی، راز جهش كوانتومی فیستا با وجود سختی ساختاری به دلیل وزن سبكش است. در حقیقت انتظار داریم كه این وسیله نقلیه جدید میزان انتشار گاز CO2 را به كمتر از ۱۰۰ گرم به ازای هر كیلومتر برساند.

دیگر خودروی جدید، مزدا ۲ مدل ۲۰۰۸ است كه دارای وزن سبك ۹۵۰ كیلوگرم است كه ۱۰۰ كیلوگرم كمتر از وزن مدل قبلی خود است. این كاهش وزن بعضا به دلیل بدنه ای است كه تحت طراحی مجدد قرار گرفته و سبك تر شده است كه بیش از ۴۰ درصد آن را فولاد استحكام بالا تشكیل می دهد. در نتیجه دارای سیستم های توقف و ترمز مطمئن تری است. این خصوصیت و دیگر بهبودها در طراحی بدین معنی است كه این آخرین مدل می تواند یك افزایش ۱۵ درصدی در راندمان مصرف سوخت و همچنین كاهش در انتشار گاز CO2 را نسبت به مدل های قبلی به همراه داشته باشد.

در مدل پریمیوم، مرسدس سی كلاس ۲۰۰۸ یكی از معدود خودروهایی است كه موفق به دریافت گواهینامه زیست محیطی معتبر بین المللی برای كارآیی ارزیابی چرخه حیات (LCA) خود شده است. ۷۰ درصد از بدنه سی كلاس از فولاد آلیاژی استحكام بالا ساخته شده است كه این امر منتج به یك كاهش ۹ تنی در انتشار گاز CO2 به ازای هر وسیله نقلیه در سرتاسر طول عمر آن شده است.

فولاد در انرژی

فولاد هم در زمینه تولید انرژی و هم انتقال انرژی نقش انكارناپذیری دارد. این فلز در پیل های الكتریكی و برای ساخت سكوهای نفتی دریایی مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین فولاد ساختارهای بتونی را در نیروگاه های آبی برقی تقویت می كند. بدون فولاد، زیرساختارها برای انتقال الكتریسیته به خانه های ما تا حد زیادی ناتوان خواهند بود.

فولاد آنچنان ماده حیاتی برای استفاده در ساختارهای مدرن است كه ما اغلب از اهمیت تاثیرات طراحی آنها غافل هستیم. یك مثال ساده آن می تواند برج های فولادی لوله ای به كار رفته در توربین های بادی باشد كه در حال حاضر در سرتاسر دنیا در حال نصب شدن هستند. به طور كلی، از آنجایی كه سرعت باد در ارتفاعات بالاتر افزایش می یابد برج های مرتفع تر می توانند راندمان انرژی بیشتری را ارائه كنند.

فولادهای جدید به كار رفته در ساختارهای برخی از برج ها استحكام بالاتری را به ازای هر واحد وزنی نسبت به دیگر مواد از خود نشان می دهد، از این رو برج های بلندتر می توانند با تنش كمتری در ساختار خود مواجه شوند. همچنین وزن كمتر این امكان را برای برج ها فراهم می آورد كه در مقاطع بالاتر از ۳۰ متر نیز ساخته شوند و سپس در محل مورد نظر مونتاژ شده و نصب شوند.

تحقیقات در دست اجرا كماكان بر روی تولید فولادهای جدیدی كه حتی استحكامی بیشتر از نسل های قبل خود داشته باشند، پافشاری می كند و از این رو مقدار وزن برج های آینده به حداقل میزان ممكن خواهد رسید. در نتیجه، وزن برج ها (به ازای نیروی نصب شده در هركیلووات( با كاهشی تا ۵۰ درصد در طی ۱۰سال گذشته مواجه شده است. یك برج معمولی مدرن در مزرعه توربین های بادی Horns Rev در كشور دانمارك دارای یك ارتفاع ۷۰ متری بوده، در حالی كه وزن آن تنها ۱۴۰ تن است. این نشان دهنده یك كاهش ۵۰ درصدی در وزن و یك كاهش بیش از ۲۰۰ تنی در انتشار گاز CO2 برای هر برج در مقایسه با نسل های گذشته این برج در ۱۰ سال پیش است.

فولاد در ساختمان

در حال حاضر از فولادهای جدیدی نیز در سیستم های گرمایشی خورشیدی مدرن برای ساختمان ها و انبارهای بزرگ استفاده می شود. به عنوان مثال، اخیرا سیستم گرمایشی هوایی با نام دیوار خورشیدی(Solar® Wall) در یك پایگاه نظامی در ایالات متحده نصب شده كه برای جلوگیری از انتشار بیش از ۱۸۰۰ تن گاز CO2 در هر سال طراحی شده است. همچنین از دیگر اهداف این سیستم صرفه جویی سالانه ۴۶ هزار گیگاژول در مصرف سوخت است.

از دیگر كاربردهای فولاد پیشرفته برای ساختمان ها می توان به سیستم پوشش ورقه ای سقفی خورشیدی با نام آرسولار (Arsolar) اشاره كرد كه توسط شركت آرسلور میتال ابداع شده است. پوشش سقفی آرسولار انرژی خورشیدی را به انرژی الكتریكی تبدیل می كند. هر نمونه از پوشش های سقفی آرسولار از ورقه های فشرده شده فوتو ولتائیك تشكیل شده كه بر روی یك صفحه سقفی از جنس فولاد گالوانیزه سوار شده اند. به ازای هر ۴۵ مترمربع نصب شده از این سیستم می تواند منتج به كاهش سالانه ۳۰ تن انتشار گاز CO2 شود.

فولاد در صنایع كشت یسازی

به طور معمول در صنعت كشتی سازی از صفحات فولادی سازه ای برای ساخت تنه كشتی ها استفاده می شود. صفحات فولادی مدرن دارای استحكام فشاری بیشتری نسبت به نسل های گذشته خود هستند و از این رو كشتی هایی با ظرفیت بالاتر و دارای همان وزن قبلی، فرصت های قابل توجهی را برای صرفه جویی در مصرف سوخت و كاهش انتشار گاز CO2 فراهم می آورند.

این فولادهای پیشرفته به كار گرفته شده در كاربردهای صفحات فولادی همچنین مصارفی را در تعدادی از صنایع وابسته نیز پیدا كرده اند. دكل های نفتی دریایی، پل ها، مهندسی عمران و ماشین های ساختمانی، ریل های نورد، تانكرها و مخازن تحت فشار، صنایع هسته ای، نیروگاه های حرارتی و هیدروالكتریكی، تمامی این كاربردها از مزایای فولادهای مدرن بهره مند هستند.

اهمیت ارزیابی چرخه حیات

موارد بالا تنها مثال های معدودی در رابطه با كاربردهای بی شمار فولادهای پیشرفته در محیط روزمره زندگی است. در این رابطه می توان به مثال های فراوان دیگری نیز اشاره كرد. فاكتور مشترك در این مثال ها این است كه اساس كلی آنها برمبنای فولادهای مدرن با طراحی هدفمند است كه خصوصیات و مزایای مطلوبی را برای هر كاربرد خاص از خود به نمایش می گذارند.

هنگامی كه مسئله انتشار گازهای گلخانه ای مدنظر باشد، یكی از فاكتورهای كلیدی برای درك واقعی آن تاثیرات زیست محیطی یك ماده، شاخص LCA است. این امر با توجه به انتشار كلی گازهای گلخانه ای ایجاد شده در مراحل تولید، مصرف و پایان مصرف (بازیافت یا دفع آن) یك محصول میسر خواهد شد.

در نگاه اول، موادی كه وزنی كمتر از فولاددارند، از قبیل آلومینیوم، منیزیم و پلاستیك، می توانند به عنوان یك جایگزین مناسب مطرح شوند اما زمانی كه كل چرخه زیستی مواد مورد نظر باشد، می توان گفت كه فولاد به دلیل استحكام، مقاومت، بازیافت پذیری و انعطاف پذیری آن، ماده ای بی رقیب است.

برخی حقایق در رابطه با فولاد

- فولاد در انتهای دوره مصرف خود قابلیت بازیافت پذیری صددرصد دارد. این فلز قبل از این كه مورد بازیافت قرار گیرد می‌تواند متناوبا تحت استفاده مجدد قرار گیرد.

- اندكی كمتر از۲ /۲ تن گاز گلخانه ای در طی كل چرخه حیات یك خودرو معمولی ۵ سرنشین در صورتی كه بدنه خودرو از فولادهای AHSS ساخته شده باشد، تولید می شود.

- در سال ۲۰۰۶ كاهش انتشار گاز CO2 به واسطه بسته بندی فولاد بازیافتی در اروپا معادل با میزان CO2 تولید شده توسط ۶/۱ میلیون خودرو در همان سال بود، براساس یك خودرو كوچك (به عنوان مثال فورد فوكوس ۸/۱ دیزلی) با میزان انتشار ۱۳۷ گرم گاز CO2 در هر كیلومتر كه در یك سال ۲۰ هزار كیلومتر طی می كند.

- در سال ۲۰۰۶ بالغ بر ۴۵۹ میلیون تن آهن قراضه مورد بازیافت قرار گرفت كه موجب كاهش انتشار ۸۲۷ میلیون تن گاز CO2 شد.

- فولاد با یك نرخ بازیافت كلی ۶۷ درصدی، می تواند قابل بازیافت ترین قوطی خوراكی یا نوشیدنی در جهان باشد.

- جایی كه سیستم های جابه جایی و جمع آوری مورد نظر باشد، میزان بازیافت بسیار بالا است. ۹۷ درصد از كل وسایل نقلیه از مواد قراضه تولید شده و سپس مجددا بازیافت می شوند و موتور محركه این حركت بازیافتی نیز فولاد است.

منبع: انجمن فولاد جهانی -- كمال الدین غفوری

منبع:

هفته نامه صنعت و معدن شماره ۳۱۸ شنبه ۲۴ مردادماه ۱۳8۸ صفحه 7

دانلود فایل pdf صفحه‌ی هفته نامه

به كارگیری فولادهای پیشرفته در جهت حل مشكلات اقلیمی

مطالب مشابه :

دانلود مجموعه فایل های درس فولاد پیشرفته (کارشناسی ارشد)

به كارگیری فولادهای پیشرفته در جهت حل مشكلات اقلیمی

منابع منتسب برا درسهای فولاد و بتن پیشرفته

دانلود سمینار کارشناسی ارشد درس سازه های فولادی پیشرفته با موضوع سازه های فضاکار

به کارگیری فولاد های پیشرفته در جهت حل مشکلات اقلیمی

جزوه سازه هاي فلزي پيشرفته آقای دکتر زماني نوري

دانلود پاورپنتی تقریبا کامل از میراگرهای جرمی ( پروژه درس فولاد پیشرفته ارشد سازه) (مهندس حسن فراهان

مناظره فولاد و بتن..... (طنز)

دانلود پاورپنتی تقریبا کامل از میراگرهای جرمی ( پروژه درس فولاد پیشرفته ارشد سازه)