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從爐渣到潔淨副產品進入市場需要新技術與新設計、法規及公共採購三箭齊發

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科技產業資訊室 - Savant 發表於 2022年8月10日
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圖、從爐渣到潔淨副產品進入市場需要新技術與新設計、法規及公共採購三箭齊發

鋼鐵業煉鋼過程會產生爐渣,包括高爐石(Blast Furnace Slag)、轉爐石(Basic Oxygen Furnace Slag),以及電弧爐煉鋼產生的電爐渣(Electric Arc Furnace Slag,如氧化渣和還原渣)。在台灣高爐石可用於建築業成為建築材料,其他爐渣有使用限制;轉爐石由於質地堅硬可用於鋪路且使用壽命較天然石材長。
 
近年來氣候危機與災害頻傳促使各國更加重視永續環境,各國與歐盟法規對這些爐渣中的殘留金屬含量(例如 鉛Pb、鉬Mo、..)規定了更嚴格的限制,這種演變危及在這些低附加值應用中使用許多(未經處理的類型)爐渣,結果使得許多公司被迫掩埋(landfill)或堆積(stockpile)他們的爐渣,構成了重要的額外成本和風險並且也造成環境問題。
 

爐渣 2.0:從廢物到潔淨的「副產品」(co-product)
在過去十幾年中為了應對更嚴格的環境法規,已經做出了重大努力來「設計」爐渣,目標是將金屬的殘留量降低到明確定義的閾值以下。
 
除此之外,爐渣化學和礦物學工程實現爐渣作為原材料之高價值應用,舉兩個例子:(1)可與波特蘭水泥熟料(Portland cement clinker)混合的輔助膠結材料(supplementary cementitious material,SCM),(2)替代黏合劑,例如無機聚合物 (inorganic polymers)或碳酸鹽基黏合劑。
 
「爐渣 2.0」—不應再被視為廢物,應該辨識並催化廢物和副產物的經濟價值。若可以利用技術使得爐渣與初級提取產生的礦物幾乎沒有區別,則可讓其產生價值,例如,比利時的Metallo公司,該公司安裝了一個等離子煙霧(plasma fuming)裝置從其爐渣中回收鋅,同時將鉛含量從1%左右降低到300 ppm以下,以符合未來的規定。
 
來自爐渣的新型黏合劑(binder)已經進入市場
經過對(非高爐型)爐渣在新型黏合劑和混合水泥中的使用,進行廣泛的研發和工業試驗,以爐渣為基底的產品已進入市場,以下為兩個實例:
  1. Sqape公司生產的基於飛灰(fly ash)、高爐石和其他類型爐渣的無機聚合物基底水泥,通過荷蘭公司Cementbouw (CRH集團的一部分)和Mineralz公司(Renewi 集團的一部分)的合資企業進行商業化,現已在荷蘭市場上銷售。
  2. Orbix公司生產的不銹鋼渣碳化形成的黏合劑。目前,Orbix 正在與 De RuwBouw Group(CRH集團的一部分)建立合作關係,將不銹鋼渣為基礎建築產品推向荷蘭市場,由於將 CO2 用於不銹鋼渣的碳化形成黏合劑,荷蘭語稱Compensatiesteen(補償石),因此該材料的生產有助於減少 CO2,(在歐洲僅鋼鐵生產就產生了 6.7% 的碳排放),與其他建築材料相比,該材料生產的碳足跡更低。2020年推出此產品名為Fillinox®這種創新的填料用於混凝土產品、自充填混凝土(self-compacting concrete)和砂漿(mortar),賦予了爐渣第二次生命並且落實循環經濟(circular economy)。
 
立法的驅動
在以爐渣為基底的產品實施中,立法被認為是關鍵,爐渣進入建築市場的一個重要障礙是目前的立法幾乎只允許將其用於波特蘭水泥熟料,因為這種材料目前在市場上占主導地位。
 
強調必須從「基於成分」(composition-based,即定義黏合劑或建築元素的成分應該是什麼)的法規轉變為「基於性能」(performance-based)的法規,定義了最終產品的性能標準,例如強度和耐用性。
 
雖然監管可以形成障礙,但它也可以成為新產品進入市場的驅動力。一方面,對爐渣中殘留金屬含量(例如鉛)進行更嚴格的監管,在某些情況下,可能會導致多個產業無法再出售其渣(甚至導致強制掩埋)。而另一方面,嚴格的監管可能導致爐渣在高價值應用方面得到更好的設計,這為使用開闢了多條新路線,創造了附加值。
 
綠色公共採購(green public procurement)
法規與監管並不是促進爐渣增值的唯一方式,另一種可能性是使用綠色公共採購。在荷蘭可以看到政府干預(government intervention)促進使用次級資源的最引人注目的例子之一,荷蘭公共當局決定在公共建築工程中使用低二氧化碳排放量的建築材料,這有助於諸如Compensatiesteen之類的爐渣黏合劑進入荷蘭市場。(1366字;圖1)

 
參考資料:
Green slag valorisation is now an industrial success story. Sultan, 2019/04/11
Fillinox®. Orbix, 2020/1/20.
 

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