第十四届全国表面工程大会

全世界钢铁产量和使用量与大气中CO₂的浓度密切相关, 是全球人为CO₂排放的主要来源之一，约占CO₂排放总量的6.7%^[1-2]。对钢铁及相关行业的碳排放量进行控制势在必行, 这也有助于达成中国“碳达峰与碳中和”目标和全世界减碳目标。在以往的认识中, 钢铁材料的碳排放主要考虑钢铁冶炼和加工制造过程, 碳排放的减少只能通过优化以煤、焦炭为主的高转长流程工艺结构和提高清洁能源使用比例, 由于工艺优化难度大同时严重依赖清洁能源的供给, 导致钢铁行业碳减排困难。然而，钢铁材料的碳排放不仅仅受到生产制造过程的影响, 运输、安装、服役和最终的回收等过程都影响其全生命周期内的碳排放总量; 另一方面, 钢铁材料的寿命还决定了钢质工程结构的设计寿命或者是寿命期内的钢铁用量, 即单位质量钢铁材料服役时间越长, 在单位时间内工业社会需要消耗的钢铁材料总量就越低, 钢铁材料总的碳足迹就越小。即单位质量钢铁材料的年均碳排放量与使用寿命成反比，由此由单位重量钢铁材料的碳足迹除以服役寿命得到“年均碳排放量”是非常重要的强度指标。
本研究以覆盖生产制造、运输、安装、服役和回收阶段等全部环节的钢铁材料全生命周期碳排放量核算方法为研究对象, 并以化工、油气田、长输管道、城市燃气管网4种典型服役环境中的钢质管道为例, 探究了腐蚀防护对钢铁材料全生命周期碳排放总量和年均碳排放量的影响。建立了腐蚀环境中钢铁材料全生命周期内各环节的碳排放计量方法, 在“单位GDP碳排放(碳排放强度)”之外, 提出了具有普适意义的强度性质指标“全生命周期年均碳排放(单位时间碳排放)”, 该强度指标可以从时间维度上约束全生命周期碳足迹。由此可量化腐蚀防护在控制钢铁材料碳排放中的重要作用,。核算结果表明通过合适的防腐蚀技术, 钢质管道在化工典型生产环境中可以减排60%以上, 油气田环境中减排83%以上, 长输管线中减排50%以上, 城市燃气管网中减排28%以上。本研究对于发展低碳腐蚀控制方法和提高腐蚀防护水平, 控制钢铁材料全生命周期碳排放总量和年均碳排放量具有重要指导价值,为钢质结构的腐蚀防护设计和工程实施提供了新的视角, 为降低钢铁材料碳排放提供了一种新的方法学, 对我国碳达峰与碳中和及全球应对气候变化具有重要意义。
 

碳达峰, 碳中和, 钢铁材料, 腐蚀防护, 全生命周期年均碳排放, 钢质管道