JERNKONTORETS FORSKNING

Transkript

1 JERNKONTORETS FORSKNING Underlag till ett miljöforskningsprogram för stålindustrin åren med arbetsnamnet STÅLKRETSEN Detta dokument redogör för behoven av institutionell forskning på ett för stålindustrin viktigt miljöområde. Forskningsresultaten ska användas för att uppfylla samhällets växande krav på försiktighetsåtgärder och ha de förutsättningar som krävs för en fortsatt stark affärsverksamhet och konkurrenskraft. Ett offensivt miljöforskningsprogram skall sammanställas i samarbete med vetenskapliga institutioner. Programmets syfte är att öka återvinningen av material som används för tillverkning av stål och att hushålla med stålprodukter i applikationer och varor. Ett lyckat genomförande leder till minskad användning av naturresurser och energi för stålets användning i samhället.

2 För genomförande av forskningsprogrammet kommer finansiering att sökas hos MISTRA. 2 Förord Svensk stålindustri är framgångsrik och har en väsentlig betydelse för samhällsekonomin. Stålprodukternas egenskaper har utvecklats så att de tillhör de främsta i världen. Tillverkningsprocesserna är moderna och utsläppen till omgivningen har nått en låg nivå. Intresset för miljöfrågan växer sig allt starkare hos allmänheten och inom samhällets olika instanser. Kraven på företagen att utveckla och tillverka produkter med hänsyn till miljön ur ett levnadsperspektiv kommer att öka och bli mycket större än hittills. I sin förlängning innebär detta att förutsättningen för morgondagens stålindustri blir att sälja produkter och ha tillverkningsprocesser som av kunder, offentliga inrättningar, miljörörelsen och allmänheten både uppfattas som och är resurssnåla avseende nyttjande av naturresurser och energi, är säkra att använda och är återvinningsbara. För att uppnå detta krävs fortsatt stora forskningsinsatser inom miljöområdet där resultatet offensivt ingår som en styrande del i stålföretagens process-, material- och produktutveckling. Här föreslagna forskningsinsatser riktar sig mot de teoretiska och praktiska möjligheter som finns för att öka materialåtervinningen, i samband med tillverkning av stålprodukter och att optimera materialhushållningen i samband med användning av stålprodukter i applikationer och varor. För att nå kommersialiserbarhet knyts forskningsresultaten samman med vetenskapliga relevansanalyser där miljöaspekter, teknisk genomförbarhet och ekonomiska förhållanden värderas. Jernkontoret, oktober 2003 Göran Andersson Birgitta Lindblad

3 3 Innehåll 1. Bakgrund 2. Miljöfrågans utveckling 3. Vilka är miljöproblemen? 4. Vision 5. Mål 6. Insatsområden för forskning och utveckling 7. Förväntat resultat och vetenskaplig insats Bilagor Figurer

4 4 1. Bakgrund Den svenska stålindustrin har en internationellt stark position som grundar sig på långvariga erfarenheter i kombination med lyckade forsknings- och utvecklingsinsatser. Stålindustrin sysselsätter färre än tidigare och har idag knappt anställda. Den omsätter ca 45 miljarder kronor och svarar för ett exportvärde på ca 36 miljarder kronor. Branschen har stor betydelse för livskraften hos svensk gruvnäring, verkstadsindustri, ITsektor samt transport -och tjänstesektorer. Forsknings- och utvecklingsinsatser har gett bärkraft åt tillverkningsprocesser och framtagande av stålprodukter som har gett svenska stålföretag en världsledande position. Insatserna på miljöområdet har lett till låga utsläpp från processer, men åtgärderna har ofta varit av enfrågekaraktär och utsläppsinriktade. Åtgärderna har inte sällan varit styrda av opinionsfrågor och miljökrav som inte vilat på en solid vetenskaplig grund. Miljöfrågan ändrar successivt karaktär och vidgas från att vara processorienterad till att omfatta en produkts alla levnadsfaser. Utveckling, tillverkning och användning samt omhändertagande av produkter efter det att funktionen tjänat ut blir allt mer involverat i miljöarbetet. Frågeställningarna kommer att återföras och få en central roll hos den varuproducerande industrin och dess underleverantörer. Det krävs ett helhetstänkande där miljö, forskning, teknik och affärsverksamhet förenas för bästa möjliga ekonomiska resultat. Syftet med stålindustrins forskningsprogram på miljöområdet är att få till stånd en vetenskaplig ansats med resultat som på ett effektivt sätt stödjer de behov som den pågående utveckling genererar. 2. Miljöfrågans utveckling Samhällsutvecklingen gör att förutsättningar som är förknippade med miljö skärps. Företagens förmåga att hantera miljöproblem får en allt större betydelse för affärsverksamheten. Successivt hårdare krav kommer att genomsyra framtagningen av produkter, deras användning och återvinnbarhet men också drift och utveckling av anläggningar, industriområdesplanering och de samhällssystem för energiförsörjning och transporter som utnyttjas. Miljömedvetenheten och försiktigheten hos kunder, anställda, myndighetspersoner och samhället i övrigt kommer inte att avta utan fördjupas. De begynnande kraven på miljöhänsyn i produktframtagningen som nu finns kommer att följas av allt fler styrmedel, växa och återföras som ökande krav på tillverkningsindustrin. Exempel på detta utgör EU Kommissionens ambitioner på IPP-området (Integrated Product Policy) och det redan införda ELV-direktivet för bilar samt WEEE och RoHs-direktivet för elektrisk och elektronisk utrustning som påkallar begränsningar av vissa metaller i konstruktionmaterial.

5 5 Kunskapen om hur tillverkning och produkters användning i samhället påverkar miljö, hälsa och säkerhet behöver förstärkas. Det blir nödvändigt att kunna bestämma miljöeffekterna i ett allt tidigare stadium av utvecklingen av en produkt, ett material, en process- eller metodförändring så att eventuella toxiska effekter kan undvikas och minimeras. Behovet skärps ytterligare för kunskapsintensiva produkter, till vilket stål hör. Förmågan att kommunicera och värdera miljöproblem och miljöprestanda med kunder, samhällsföreträdare och övriga i samhället får en allt mer avgörande roll för branschens affärsrelationer, resultatutveckling och konkurrenskraft. Kraven på god moralisk och etisk hållning kan på ett påtagligt sätt avgöra ett företags framtid om frågorna inte hanteras på ett riktigt sätt. För att den svenska stålindustrin ska kunna bibehålla sin konkurrenskraft krävs att miljövärderingar blir systemförändrande och ett fullständigt integrerat styrmedel tillsammans med den process-, material- och produktutveckling som fortgår. Härtill krävs betydande vetenskaplig kunskapstillförsel, ökad samverkan mellan olika forskningsområden och successiva praktiska förändringar i systemen för framtagning av stålprodukter, deras utformning i konstruktioner och användning i samhället. Industrin behöver därtill tillgång på forskare med miljökompetens som är kombinerad med etiska värderingar. Detta bör vara ett resultat av forskningsprogrammet. 3. Vilka är miljöproblemen? Sett ur ett kretsloppsperspektiv föreligger ett antal miljöproblem som kräver vetenskapliga och praktiska insatser för att kunna åtgärdas. Följande problemområden föreligger; Förbrukning av malm, mineral och fossila material (bränslen och kol). Skrot som inte återlämnas till stålindustrin och därmed inte blir till nytt stål. Brist på analysmetoder som begränsar sorteringsgraden av skrot med hänsyn till innehåll av legeringar och ytbeläggningar. Förlust av legeringar via restprodukter i samband med framställning av stål. Ytbeläggningar för t ex korrosionsskydd och ytföroreningar på skrot. Avsaknad av praktiska metoder som ger en kvalificerad värdering av miljöaspekter vid utveckling av stålprodukter och för användning av stål i konstruktioner och varor. Miljövärderingar och krav på åtgärder som inte vilar på en solid vetenskaplig grund avseende inverkan på hälsa, miljö och säkerhet Ej tillräcklig tvärvetenskaplig kompetens och kunskapsspridning där process, material- och produktutveckling och ekonomi förenas med miljöhänsyn vid tillverkning, användning och återvinning av produkter.

6 6 4. Vision Den slutna tillverkningen och användningen av stål i samhället. Visionen, som här har ett väsentligt längre perspektiv än den planerade forskningsperioden, skall ses som vägledande för forskningsinsatserna och ge harmoni med samhällets syn på hållbar utveckling och de nationella miljömålen.visionens omfattning illustreras i bifogad figur Mål Kretsloppsanpassa tillverkning och användning av stål. Målet skall utvecklas och vara mätbart i det färdiga forskningsprogrammet.i det slutliga forskningsprogrammet skall målet uppfylla SMART kriterierna. ( S= Specifikt, M= Mätbart, A= Accepterbart, R=Realistiskt, T= Tidssatt). 6. Insatsområden för forskning och utveckling Syftet med insatserna är att få fram kunskap och förutsättningar som leder till långsiktiga systemförändringar av stålindustrins utveckling på miljöområdet. Utmaningen blir att göra detta i kombination med processutveckling, produktutveckling, miljövärden och konkurrens till bästa möjliga totalekonomi. Insatserna riktas mot stålets kretslopp i samhället. De indelas i tre huvudgrupperingar med fokusering enligt nedan: I. Framställning av stålprodukter med fokusering på: - Materialåtervinning Med delmoment enligt bilaga 1 (från avlämnande av skrot till färdig stålprodukt) II. Framtagande av applikationer och varor innehållande stålprodukter med fokusering på: - Materialhushållning Med delmoment enligt bilaga 2 (från konstruktionsmaterial till demonterbarhet) III. Relevansanalyser med fokusering på miljövärden och genomförbarhet. Som komplement till de vetenskapliga insatserna enligt I och II ovan genomförs övergripande kopplade relevansanalyser avseende; - Verifiering av miljövärden

7 - Teknisk genomförbarhet - Ekonomisk analys av insatsernas betydelse ur ett samhälls- resp. företagsperspektiv 7 Avsikten med moment I III ovan är att få fram ett kvalificerat underlag för de mest kommersialiserbara insatserna. Forskningsprogrammets inriktning och områden illusteras i bifogad figur 2 och figur Förväntat resultat och vetenskaplig insats Forskningsresultatet förväntas leda till minskad specifik användning av naturresurser och energi i samband med tillverkning och användning av stål i samhället. Effekten åstadkoms genom; - ökad återföring av skrot och optimerad hantering av legeringar i stålets kretslopp. - effektiv hushållning med stålprodukter vid användning i applikationer och varor. Som följd kommer miljöbelastningen på vatten, luft och mark att minska såväl i industrins tillverkningskedja som i konsumtionsledet. Teoretiskt förväntas forskningsresultatet ge; - tillgång till kvalificerad kunskap, kriterier och modeller för värdering av miljöeffekter i samband med utveckling av stålprodukter, processer och metoder för tillverkning. - tillgång till kvalificerad kunskap, kriterier och modeller för värdering av miljöeffekter i samband med val av konstruktionsmaterial, utformning, användning och återvinning av applikationer och varor som innehåller stålprodukter. - ökad tvärvetenskaplig samverkanskvalitet mellan forskargrupper och användare av forskningsprogrammets kunskapstillförsel. - tillgång till fler forskare med miljökompetens. - underlag för kommersialisering av resultaten. Det kan förutses att de vetenskapliga insatserna för att nå beskrivna behov är betydande och kräver långtgående samverkan mellan traditionellt åtskilda forskningsområden. För att nå ett så bra resultat som möjligt är ambitionen att involvera ett flertal högskolor, universitet och forskningsinstitut i arbetet.

8 Bilaga 1 FRAMTAGANDE AV STÅLPRODUKTER Insatsområde: Materialåtervinning * Skrotflöden i samhället. Avsikten är att identifiera skrotflödena och kategorisera gentemot omloppstider, produktgrupper, legeringar, ytbeläggningar och ytföroreningar samt söka lösningar som skapar insikt och ger beteenden som ökar återlämnandet av skrot för återvinning. * Beredning av skrot - Utveckling av bättre analysmetoder (t ex laserteknologi och bildanalys). Avsikten är att öka spårbarheten för legeringsämnen, spårämnen, ytbeläggningar och ytföroreningar i skrothanteringsledet. - Ytrening av skrot innan smältning. Avsikten är att få fram en metod som möjliggör ett bättre omhändertagande av föroreningar och som kan minska behovet av sekundär rening på stålverken (t ex termisk eller våtkemisk rening. * Metallurgiskt utbyte av skrot, legeringar och restprodukter. - Söka metoder som bibehåller och återvinner legeringar och skrot till nytt stål. - Söka samband som optimerar legeringsbehovet i förhållande till värmning och kylning i bearbetningsledet. - Söka metoder som optimerar restproduktflödet och ökar återanvändningen av slaggbildare och metaller i fallande restprodukter (d v s att ta fram kunskap och utveckla tekniker för finkorniga restprodukter, slagger och askor samt metaller). * Skapa ett kvalificerat Utvecklingsverktyg för verifiering av miljöpåverkan i samband med utveckling av metoder, processer och ståls egenskaper. Avsikten är att ta fram kvalificerade kriterier och modeller för värdering av miljöpåverkan i samband med utvecklingsinsatser och tillämpa dem på ovannämnda forskningsområden. Syftet är att ge forskare och ingenjörer en metod att ta fram underlag för miljöoptimerande val.

9 Bilaga 2 FRAMTAGANDE AV APPLIKATIONER OCH VAROR INNEHÅLLANDE STÅLPRODUKTER Insatsområde Materialhushållning (Dematerialisering) * Utföra fallstudier på olika applikationer innehållande stålprodukter. - enkla belastningsfall (t ex punktlast på balk) - enkla produkter (rör, ventiler, verktyg, etc) - komplexa produkter (vitvaror, containrar, värmeväxlare, etc) - multikomplexa produkter (elektronik, bilar, mobilkran, etc) Avsikten är att via fallstudier identifiera de mest betydande momenten för miljön vid framtagande av en produkt. Beakta valet av konstruktionsmaterial, utformning och demonteringssätt samt t ex korrosion under användningsfasen är ett viktigt moment i studien. Formning, fogning och utbyte av material vid tillverkning av produkter är andra viktiga delar. Därtill krävs att miljödata för olika konstruktionsmaterial identifieras och är jämförbara avseende miljöpåverkan. För att åstadkomma detta krävs bl a att metallers och organiska ämnens inverkan på hälsa, miljö och säkerhet är vetenskapligt verifierade. * Skapa ett kvalificerat Konstruktionsverktyg som ger konstruktörer och arkitekter möjlighet att välja konstruktionsmaterial, utformnings- och demonteringssätt för produkter ur ett livscykelperspektiv. Avsikten är att få fram kvalificerade och praktiskt användbara modeller för optimerat miljöval ur ett livscykelperspektiv samt tillämpa resultatet på fallstudierna i forskningsprogrammet.

10 Figur 1

11 Figur 2 MILJÖFORSKNINGSPROGRAM FÖR STÅLINDUSTRIN, PERIODEN Insatsområden för forskning och utveckling Tillverkning av stålprodukter Materialåtervinning Materialhushållning Användning av stålprodukter i applikationer och varor

12 Figur 3 Stålindustrins miljöforskningsprogram Perioden Vision Den slutna tillverkningen och användningen av stål i samhället Mål Kretsloppsanpassa tillverkningen och användningen av stål Forskningsområden Tillverkning av stålprodukter Användning av stålprodukter i applikationer och varor Fokusering Materialåtervinning Materialhushållning Skrotflöden Analysmetoder Rening innan smältning Metallurgiskt utbyte av skrot, legeringar och restprodukter (inklusive återvinning) Värderingsmetoder för miljöoptimerande val Fallstudier på enkla, komplexa och multikomplexa applikationer och varor Värderingsmetoder för miljöoptimerande val. Kopplade relevansstudier Verifiering av miljövärdet Teknisk genomförbarhet Ekonomisk analys ur samhälls- och företagsperspektiv Underlag för programförslag, fas 2