Döngüsel ekonomi yazılarımıza bu hafta çelik endüstrisine dair bilgiler vereceğimiz bu yazıyla devam ediyoruz. Çelik üretimi dünyanın başı çeken endüstrileri arasında yer alıyor.
Çelik, demir elementi ile çoğunlukla % 0.2 ile % 2.1 oranlarında değişen karbon miktarının bileşiminden meydana gelen bir alaşım olarak tanımlanır. Her ne kadar Rönesans’tan uzun süre önceleri çelik, çeşitli etkisiz metotlarla üretilmişse de, 17. yüzyılda icat edilen daha etkili üretim metotlarından sonra kullanımı yaygın bir hâl almıştır. 19. yüzyılın ortalarında Bessemer Değiştirgeci’nin icadıyla çelik pahalı olmayan seri üretim materyali olmaya başlamıştır. İlerleme sürecinde ilave edilen temel oksijen ile çelik yapımı gibi mükemmelleştirmeler üretimin maliyetini düşürürken, metalin kalitesini arttırmıştır. Günümüzde, her yıl 1300 milyon ton üretimi ile çelik dünyada en çok kullanılan ortak malzemelerden birisi olmuştur.Ersöz, F., Ersöz, T., & Erkmen, İ N. (2016). DÜNYADA VE TÜRKIYE’DE HAM ÇELIK ÜRETIMINE BAKIŞ. Journal of Institue Of Science and Technology, 32(32), 2nd ser.
Her ürün, kullanım ömrü boyunca bir dizi aşamadan geçer . Birincisi, ürünün tanımlandığı tasarım. Bu aşama, ürünün sürdürülebilir kullanımını dikkate almanın yanı sıra, kullanım aşaması sona erdiğinde ürünün sürdürülebilir yeniden kullanımı ve geri dönüşümü için hükümler de içermelidir. Bir sonraki aşama hammadde seçimidir, ardından imalat, kullanım, yeniden kullanım (yeniden imalatı içerebilir) ve ardından geri dönüşümü takip eder. Süreç sonunda geri dönüştürülen malzeme yeni bir ürüne dönüştürülür ve döngü yeniden başlar.
Öncelikle çelik üretimiyle başlayıp sonrasında çelik endüstrisine dair yan ürün, imalat-kullanım,yeniden kullanım-yeniden üretim ve geri dönüşüm taraflarıyla devam edelim.
Hammadde ve çelik üretimi
Çelik yapımında ihtiyaç duyulan temel hammaddeler arasında demir cevheri, kömür, kireçtaşı ve çelik hurdası (veya geri dönüştürülmüş çelik) bulunur. Çelik hurdası haricinde, çelik üretimi için malzemeler hâlâ bol miktarda bulunuyor. Yalnız çelik hurdasının, büyük ölçüde çeliğin uzun hizmet ömrü nedeniyle, küresel anlamda kıtlığından bahsedebiliriz. Ama yine de çelik endüstrisi mümkün olduğu kadar çok çelik hurdasını geri dönüştürüyor.
Çelik, iki ana üretim yolundan biriyle yapılır:
Yüksek fırın veya entegre rota: Yüksek fırın (BF) ve bazik oksijen fırınına (BOF) dayanır. 1.000 kg ham çelik üretmek için ana girdiler (yaklaşık olarak) 1.400 kg demir cevheri, 800 kg’dır.
kömür, 300 kg kireçtaşı ve 120 kg çelik hurda diyebiliriz. Dünya çeliğinin yaklaşık %70’i bu işlemle üretiliyor.
Elektrik ark ocağı (EAF) rotası: Birincil hammaddeler, çelik hurda ve/veya doğrudan indirgenmiş demir (DRI) veya sıcak metal ile elektriktir. 1,000 kg ham çelik üretmek için EAO rotası (ortalama olarak) 880 kg çelik hurda, 300 kg demir, 16 kg kömür ve 64 kg kireçtaşı kullanılıyor. EAO rotası da% 100 çelik hurdası ile doldurulabilir. Dünya çeliğinin yaklaşık %30’u EAF süreciyle üretiliyor.
Diğer bir çelik üretim teknolojisi olarak da açık ocak fırını kullanılıyor. Küresel çelik üretiminin yaklaşık %1’ini oluşturuyor.
Çelik endüstrisi, geçtiğimiz yarım yüzyılda enerji tüketimini önemli ölçüde azalttı. Worldsteel üyeleri, çelik üretim sürecinin enerji tüketimini ve CO2 emisyonlarını daha da azaltmayı mümkün kılan yeni çığır açan teknolojilerin geliştirilmesini topluca ve bireysel olarak araştırıyor. Çelik üreticileri, karbon yakalama ve depolama teknolojilerinin kullanımıyla CO2 emisyonlarının etkisini azaltmak için de çalışıyor.
Yan ürün pazarları
Hammadde talebini azaltmanın yanı sıra, çelik üreticileri atıkları azaltma ve çelik üretim sürecinde üretilen yan ürünler için pazar bulma konusunda daha etkili hâle geliyor. Bu, çeliğin yaşam döngüsünden kaynaklanan israfı önemli ölçüde azaltmaya yardımcı oluyor. Bugün, ham çelik yapmak için kullanılan hammaddelerin yaklaşık %96’sı çelik ürünlere veya yan ürünlere dönüştürülüyor. Bunu %100’e çıkarmak amaçlanıyor.
Çelik Endüstrisi; cüruflar, proses gazları (kok fırını, yüksek fırın ve bazik oksijen fırın gazları), katran ve benzen gibi yan ürünleri için yeni pazarlar ve uygulamalar bulmak için önemli çabalar sarf ediyor. Çelik endüstrisinin en önemli yan ürünlerinden biri olan cüruf, artık çimento endüstrisinde yaygın olarak kullanılıyor. Bu, çimento üretiminin çevresel yükünü azaltıyor. Cüruflu Çimento Birliği‘ne göre, Portland çimentosunun cüruflu çimento ile değiştirilmesi, betonu ve onu oluşturan malzemeleri üretmek için gerekli olan somutlaştırılmış CO2 emisyonlarının %59’una ve somutlaştırılmış enerjinin %42’sine kadar tasarruf sağlayabilir. Cürufun mahsul gübresi olarak (fosfat, silikat, magnezyum, kireç, manganez ve demir açısından zengin olmasından kaynaklı) ve yol yapımında bir agrega olarak kullanıldığı başka uygulamalar da bulunuyor.
İmalat ve kullanım
İmalat aşamasında ara çelik ürünler (örneğin, sıcak haddelenmiş rulo), otomobiller gibi çelik içeren ürünlere dönüştürülüyor. Çeliğin en önemli avantajlarından biri, hemen hemen her uygulamanın belirli güç, dayanıklılık ve kullanım ömrü sonu geri dönüşüm gereksinimlerini karşılayacak şekilde tasarlanabilmesidir. Çelik, Kuzey Amerika araçlarının yaklaşık %60’ını (kütlece) ve dünyanın geri kalanında %50’sini oluşturuyor. Gelişmiş yüksek mukavemetli çeliklerin (AHSS) kullanılması, güvenliği arttıran, yakıt ekonomisini iyileştiren daha hafif, optimize edilmiş araçlar tasarlamayı mümkün kılıyor ve ömür boyu sera gazı emisyonlarını azaltıyor.
Devam eden araştırmalarla, bugün mevcut olandan daha güçlü ve daha hafif olan yeni çelikler üretiliyor. Temiz rüzgar enerjisi üretmek için önem taşıyan rüzgar kulesi türbinleri, on yıl öncesine göre şimdiden %50 daha hafifler. 70 metrelik bir kule düşündüğümüzde bu durumun CO2 emisyonlarında 200 ton azalma anlamına geldiği söyleniyor. Daha yüksek mukavemet/ağırlık oranları ile yeni çelikler, 30 metreye kadar kule bölümleri üretmek için kullanılabiliyor. Bu durum, nakliye ve montaj sırasında emisyonları azaltıyor.
Çelik endüstrisinin en büyük müşterilerinden birisi kuşkusuz inşaat sektörü. Günümüzde inşaat için yüksek kaliteli çelikler de geliştiriliyor. Daha büyük ve daha yüksek binaların daha verimli bir şekilde inşası sağlanıyor ve mümkün olan en düşük miktarda atık üretilmesi hedefleniyor. Daha yüksek kaliteli çelik kullanımının inşaatta kullanılan çelik miktarını azaltması bekleniyor. Daha ince ve dolayısıyla daha hafif çelik bileşenler sayesinde nakliye maliyetleri de azaltılıyor. Ayrıca, büyük ölçüde gerekli kaynak sayısındaki azalma nedeniyle, tesislerde işleme ve şantiye içi inşaat için gereken süre kısalıyor.
Yeniden kullanım ve yeniden üretim
Çelik ürünleri yeniden kullanım veya yeniden üretim için tasarlayarak, daha da fazla kaynak korunabilir. Yeniden işleme için çok az enerji gerektiğinden veya hiç enerji gerekmediğinden yeniden kullanım avantajlı diyebiliriz. Çeliğin dayanıklılığı, birçok ürünün kullanım ömrü sonunda kısmen veya tamamen yeniden kullanılabilmesini sağlıyor. Bu, çelik ürünün yaşam döngüsünü önemli ölçüde uzatılmasını sağlıyor. Ancak, yeniden kullanımın başarılı olması için yaşam döngüsü düşüncesine dayalı ilk tasarım çok önemlidir. İnşaat sektöründe yapısal kirişler, çatı kaplama ve duvar elemanları gibi ürünler çelik bileşenlerin yeniden kullanımını ilk benimseyenlerden biri olduğunu söyleyebiliriz. Giderek artan bir şekilde bu ürünler yeniden kullanım için tasarlanıyor.
Yeniden kullanım, ürünü yeni bir uygulamaya uygun hâle getirmek için özel olarak tasarlanmış bir toplama ve yeniden işleme sistemini içeriyor. Yeniden kullanım uygulamaları için gereken enerji ve kaynak miktarı, hammaddelerden yeni bir uygulama üretmekten önemli ölçüde daha düşük olabilir. Örneğin, gemi inşa etmek için kullanılan çelik levhalar yeniden haddelenebilir ve yeni gemilerin yapımında kullanılabilir. Bu prosesteki tek girdi, çeliği yeniden ısıtmak, yeniden haddelemek ve taşımak için gereken enerji olur.
Yeniden üretim; dayanıklı, kullanılmış ürünleri yeni gibi bir hâle getiriyor. Her bir bileşenin tamamen temizlendiği, hasar açısından incelendiği veya orijinal ekipman imalat (OEM) özelliklerine göre yeniden koşullandırıldığı ya da yeni bir parça ile değiştirildiği bir ürünün sökülmesini içeriyor. Ürün daha sonra yeniden monte ediliyor ve düzgün çalışmasını sağlamak için test ediliyor. Bu süreç onarımdan farklıdır ve tam restorasyon yerine ürünü çalışır hâle getirmekle sınırlandırılıyor.
Geri dönüşüm
Çelik, doğal malzeme özelliklerini kaybetmeden %100 geri dönüştürülebilir ve dünyada en çok geri dönüştürülen malzemeler arasında ilk sıraları çekiyor. Yılda yaklaşık 650 milyon ton, tüketici öncesi ve sonrası, hurda geri dönüştürülüyor ve bu da enerji ve hammadde kullanımında önemli tasarruf sağlıyor. Çelik üretiminden ve sonraki işlemlerden gelen tüm hurda toplanılıp doğrudan çelik üretim sürecinde geri dönüştürülüyor.
Dünya pazarında önemli bir yere sahip olan çelik endüstrisinin döngüsel ekonomi açısından önemi de kuşkusuz çok büyük. Çelik, kullanmaktan henüz vazgeçemediğimiz malzemelerden birisi. Mekanik özellikleri ve mâl oluş fiyatlarını göz önüne aldığımızda çeliğe olan ihtiyacın da artışını düşünürsek çelik kullanımı günbegün artacak izlenimi bırakıyor. Bu noktada da bu malzemeyi döngüsel ekonomiye entegre etmek önemli bir hâl alıyor. Çelik endüstrisinde yeniden kullanım, yeniden üretim ve tümüyle yeniden kazanımı sağlayabilmek gelecek günlerimiz için kaçınılmaz çözümler olma yolunda ilerliyor.
Yazımızın sonuna gelirken dilerseniz çelik ile döngüsel ekonomiye dair hazırlanmış aşağıdaki kısa videoyu izleyebilirsiniz.Bizi takip ettiğiniz ve her hafta okuduğunuz için teşekkür ederiz. Sizden gelen görüşlere ve önerilere açık olduğumuzu belirtir (LinkedIn: Nur Sena Akay, Burak Çamloğlu; Instagram: Modeteam) iyi hafta sonları dileriz.