美國每年花費近1萬億美元來對抗金屬腐蝕，這是一種金屬氧化并開始生銹時發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。通過研究這個令人驚訝的潛在問題，研究人員現(xiàn)在估計了腐蝕在多大程度上逐漸惡化全球碳排放。
幾十年來，全球鋼鐵產(chǎn)量一直在穩(wěn)步增長，而由于鋼材的耐腐蝕性較差，部分需求是為了取代建筑材料中使用的鋼材，這些材料隨著時間的推移已經(jīng)被腐蝕了，從橋梁到汽車都是如此。該研究的合著者、俄亥俄州立大學(xué)材料科學(xué)與工程教授杰拉爾德·弗蘭克爾說，減少因腐蝕而需要更換的鋼材數(shù)量，可能會對鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溫室氣體產(chǎn)生可衡量的影響。
雖然先前的研究估計，目前腐蝕的經(jīng)濟(jì)成本約為一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%至4%，但這項由俄亥俄州立大學(xué)校友Mariano Iannuzzi領(lǐng)導(dǎo)的新研究首次量化了與鋼鐵腐蝕相關(guān)的環(huán)境影響。
這項研究最近發(fā)表在npj Materials Degradation上。
弗蘭克爾說:“鑒于社會對煤炭燃料的依賴，鋼鐵生產(chǎn)是所有行業(yè)中溫室氣體排放最大的行業(yè)之一。”“但與該行業(yè)相關(guān)的大部分成本實際上來自于煉鋼過程中消耗的能源，而這些能源會在鋼鐵變銹的過程中損失掉，而鋼鐵變銹與鐵礦石的原始形態(tài)類似。”
鋼的腐蝕時間很大程度上取決于環(huán)境的嚴(yán)重程度和合金成分，但這個環(huán)境代價高昂的問題只會越來越嚴(yán)重，F(xiàn)rankel說。
研究人員利用歷史二氧化碳強度數(shù)據(jù)估算了自1960年以來每年的二氧化碳水平，發(fā)現(xiàn)到2021年，鋼鐵生產(chǎn)占全球制造業(yè)碳排放的27%約占全球碳排放總量的10.5%。腐蝕的鋼材更換Ement占了大約1.6到3.4%的排放量。
但該研究指出，也有一些好消息。由于對鋼鐵行業(yè)的監(jiān)管，煉鋼過程中的技術(shù)進(jìn)步在過去50年里減少了61%的能源消耗。
Frankel說，盡管有了這些改進(jìn)，但研究結(jié)果還是呼吁政策制定者和行業(yè)官員采取行動，修改和協(xié)調(diào)有關(guān)鋼鐵生產(chǎn)和腐蝕管理的國際政策。
他說:“協(xié)調(diào)的國際戰(zhàn)略，以及減少全球鋼鐵需求，通過使用最佳實踐來減緩腐蝕，可以更好地改善全球腐蝕管理戰(zhàn)略，并大幅減少我們所看到的溫室氣體排放的上升，這是由于反復(fù)更換腐蝕的鋼鐵。”
該研究指出，如果不盡快采取措施改善鋼鐵行業(yè)的碳足跡，到2030年，鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的溫室氣體排放量可能達(dá)到全球碳排放總量的27.5%左右，而腐蝕的鋼鐵約占這一數(shù)字的4%至9%。這樣的結(jié)果將使《巴黎協(xié)定》設(shè)定的將地球變暖控制在1.5攝氏度以內(nèi)的目標(biāo)和美國的目標(biāo)同時實現(xiàn)美國自己的國內(nèi)氣候目標(biāo)幾乎完全不可行。
該研究指出，利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)等管理策略可能是我們減少地球二氧化碳水平的最佳機會之一。
弗蘭克爾說，也就是說，如果人類不能滿足這些條件，對地球氣候的后果將是可怕的，因此需要讓更多的人意識到，需要一個低碳的鋼鐵行業(yè)來防止這樣的反烏托邦。
“全球變暖是一個社會挑戰(zhàn)，需要許多多學(xué)科方法的協(xié)調(diào)，”弗蘭克爾說。“我們的工作揭示了一個問題，就增加問題的重要性而言，這個問題似乎一直沒有得到重視。”
來源：Ohio State News