Цель этого проекта - определить сокращение выбросов парниковых газов (ПГ), связанных с переработкой аэрокосмических сплавов. Данное исследование проведено на аэрокосмическом предприятии по переработке отходов, которое продает большую часть своего лома сплавов непосредственно переплавщикам, производящим эти сплавы для производителей компонентов авиационных двигателей, со значительными потенциальными экологическими преимуществами, вытекающими из замены первичных материалов вторичным сырьем.
Проектная группа исследовала существующие источники экологических данных по всем металлам, входящим в состав аэрокосмических сплавов, и в качестве тематических исследований были выбраны десять распространенных сплавов. Некоторые металлические элементы, включая ниобий, рений, вольфрам и цирконий, не имели надежной информации о воздействии на окружающую среду, и для этих коэффициентов выбросов ПГ от первичного производства были смоделированы с использованием различных статистических и промышленных источников данных.
Затем проектная группа исследовала формы поступления металла в легирование, чтобы убедиться, что модель отражает реальную промышленную практику и что сплав заменяет первичные материалы. Выбросы ПГ также происходят при сборе и переработке сплавов, поэтому для операций по переработке сплавов был проверен углеродный след, чтобы определить эту нагрузку.
Вопрос использования энергии и связанных с ней выбросов парниковых газов (ПГ) при воздушном транспорте традиционно фокусируется на сжигании топлива. Соответственно, основная часть усилий по улучшению экологических характеристик самолетов была направлена на повышение их эффективности в полете благодаря облегчению веса, повышению эффективности сгорания или коэффициентов передачи в двигателях или изменению аэродинамики крыла.
Аэрокосмические компании также начали ориентироваться на такие важные экологические показатели, как воплощенная в жизнь энергия и связанные с ней выбросы парниковых газов. Публичная отчетность становится все более распространенной, и Международная группа по аэрокосмической окружающей среде выпустила предварительные руководящие указания о том, как аэрокосмические компании должны измерять выбросы ПГ и сообщать о них.
Современные самолеты - это технологические чудеса, основанные на передовых материалах и тысячах точно спроектированных деталей. Наиболее энергоемкие и углеродоемкие материалы в самолете встречаются в двигателях. Лопасти турбин и другие компоненты двигателя должны работать безупречно в чрезвычайно сложных технологических условиях с высокими усилиями сдвига и температурами.
Из-за абсолютной нетерпимости к отказам компоненты двигателя изготавливаются с высочайшей точностью из материалов высокой чистоты, многие из которых являются дорогостоящими и/или имеют ограниченные объемы на рынке. По этим же причинам вторичные (переработанные) металлы редко использовались из-за риска загрязнения. Однако отказ от повторного использования сплавов в компонентах двигателя также означает, что производители двигателей должны обеспечить долгосрочные контракты на первичные (первичные) поставки этих металлов от поставщиков и рынков, которые могут быть подвержены геополитической нестабильности, природным угрозам или колебаниям цен.
Концепция критичности металла учитывает такие риски предложения, как важность металла для определенной технологии (в данном случае компонентов двигателя) без технологически приемлемых заменителей, а также экологические риски, связанные с производством металла.
Экологические преимущества вторичной переработки металлов
Деятельность по переработке требует капиталовложений и природных ресурсов, но позволяет избежать энергоемких операций по добыче, обогащению, выплавке и рафинированию первичных материалов. По этой причине металлы часто могут быть переработаны или переработаны для дополнительного использования при экологических и экономических затратах, которые значительно ниже, чем для первичного металла. Экономия энергии от переработки металлов варьируется от 55-98%, в зависимости от металла. Аналогичное сокращение водопользования, выбросов в атмосферу и воду, а также образования отходов также сопровождается рециркуляцией по сравнению с производством первичных материалов.
Много исследований на национальном и международном уровнях было посвящено утилизации металлов, как с точки зрения жизненного цикла в количественной оценке экологических выгод, так и с точки зрения технологических потенциалов и барьеров. Металлургическая промышленность сделала заявления о целях и принципах утилизации отходов для руководства практикой и процедурами бухгалтерского учета и спонсировала обширные исследования по показателям утилизации лома и энергетическим преимуществам утилизации.
Несмотря на значительный потенциал рециклинга, в немногих опубликованных работах рассматриваются экологические преимущества рециклинга в аэрокосмической промышленности. Некоторые металлы, содержащиеся в компонентах двигателя, такие как рений и тантал, требуют более чем на порядок больше энергии для производства, чем алюминий, с такой же большой потенциальной выгодой для вторичной переработки сплавов после того, как двигатель или компоненты устареют.
В целом, утилизация аэрокосмических сплавов для повторного использования в аэрокосмической промышленности представляет собой значительное сокращение выбросов ПГ для каждого из десяти рассматриваемых сплавов, в то время как выбросы, связанные со сбором и переработкой, составляют <5% по сравнению с другими видами сплавов. Некоторые элементы встречаются в небольших количествах в сплавах, таких как рений (Re) и тантал (Ta), но из-за их высокой углеродоемкости они очень важны в конечных результатах.