صنعت آلومینیوم به طور سنتی صنعتی انرژی‌بر شناخته می‌شود، اما ویژگی‌های منحصربه‌فرد آلومینیوم – به‌ویژه قابلیت بازیافت نامحدود آن – فرصتی فراهم کرده تا این صنعت در مسیر پایداری و کاهش اثرات زیست‌محیطی گام‌های بزرگی بردارد​. در این بخش، تاثیرات زیست‌محیطی تولید پروفیل‌های آلومینیومی را بررسی می‌کنیم و ابتکاراتی را که برای سبزتر کردن این فرآیند صورت گرفته، مرور خواهیم کرد.

‌‎‏

مصرف انرژی و انتشار کربن در تولید آلومینیوم اولیه

تولید هر تن آلومینیوم اولیه (از سنگ معدن بوکسیت تا شمش) به طور سنتی بین ۱۲ تا ۱۶ تن CO2 معادل گازهای گلخانه‌ای تولید می‌کند​. علت آن مصرف بالای برق در فرآیند الکترولیز (فرآیند Hall-Héroult) و همچنین واکنش‌های کربن آند است. در دهه‌های گذشته این عدد رو به کاهش بوده است: به عنوان مثال از ۱۶٫۵ تن CO2 در سال ۱۹۹۵ به ۱۲ تن در ۲۰۱۸ کاهش یافته. دلیل این بهبود، افزایش بهره‌وری سلول‌های الکترولیز و به‌کارگیری انرژی‌های پاک بوده است.​

امروزه چندین تولیدکننده بزرگ آلومینیوم با استفاده از نیروی برق‌آبی یا انرژی‌های تجدیدپذیر، آلومینیوم اولیه با انتشار کمتر از ۴ تن CO2 در هر تن تولید می‌کنند​. این نوع آلومینیوم تحت عنوان آلومینیوم کم‌کربن شناخته می‌شود. برای مثال، شرکت‌های hydropower در کانادا و کشورهای اسکاندیناوی شمش‌هایی عرضه می‌کنند با برچسب CO2e زیر 4 T که نسبت به میانگین جهانی بسیار پاک‌تر است​. در کنار آن، نوآوری‌هایی مثل پروژه Elysis (توسط Alcoa و RioTinto) آندهای جدید غیرفسیلی را آزمایش می‌کنند که اگر تجاری شود، می‌تواند آلومینیوم را با تقریبا صفر انتشار مستقیم کربن تولید کند​.

چرا این اعداد مهم‌اند؟ زیرا ردپای کربنی پروفیل‌های آلومینیومی به دو بخش تقسیم می‌شود:

• بخش بزرگ مربوط به تولید ماده اولیه (شمش/بیلت)
• بخش کوچکتر مربوط به فرآیند اکستروژن و حمل‌ونقل

بنابراین اگر بتوانیم از آلومینیوم اولیه کم‌کربن استفاده کنیم، اثر کلی پروفیل کاهش می‌یابد. بسیاری از مشتریان صنعتی اکنون به دنبال تامین از منابع کم‌کربن هستند تا اهداف پایداری خود را برآورده کنند.

‌‎‏

‌‎‏

نقش بازیافت و اقتصاد چرخشی

بازیافت آلومینیوم نقطه عطفی در داستان پایداری این فلز است. آلومینیوم برخلاف پلاستیک‌ها که کیفیتشان افت می‌کند، می‌تواند بارها و بارها بدون افت جدی در خواص بازیافت شود​. تخمین زده می‌شود ۷۵٪ کل آلومینیوم تولید‌شده در تاریخ هنوز در حال استفاده است​، یعنی یا در محصولات در حال کار است یا بازیافت شده و دوباره به محصولات جدید تبدیل گشته​، علت این ماندگاری، ارزش بالای آلومینیوم قراضه و صرفه‌جویی عظیم انرژی در بازیافت آن است.

فرآیند بازیافت آلومینیوم (ذوب قراضه و تصفیه آن) تنها حدود ۵٪ انرژی لازم برای تولید همان مقدار آلومینیوم اولیه را نیاز دارد​ به عبارتی، صرفه‌جویی ۹۵٪ در انرژی و انتشار کربن​ این یکی از بالاترین درصدهای صرفه‌جویی انرژی در میان فلزات است (برای مقایسه، بازیافت فولاد ~60% صرفه‌جویی انرژی دارد). بنابراین هر کیلو قراضه آلومینیوم که بازیافت شود، از انتشار چندین کیلو CO2 جلوگیری می‌کند. شبکه بازیافت آلومینیوم نیز بسیار گسترده است: مثلا بیش از ۹۰٪ آلومینیوم به‌کاررفته در ساختمان‌ها و خودروها پس از پایان عمر، جمع‌آوری و بازیافت می‌شود​.

در صنعت پروفیل، این مفهوم به دو صورت اجرا می‌شود:

• استفاده از بیلت بازیافتی: بسیاری از اکستروژن‌کارها خود دارای کوره‌های ریخته‌گری هستند که قراضه‌های داخلی (مانند ته بیلت‌های باقیمانده، تراشه‌های ماشین‌کاری، قطعات معیوب) و قراضه خارجی خریداری‌شده را ذوب کرده و بیلت جدید می‌ریزند​. در آمریکای شمالی، اکستروژن‌کاران در سال 2021 حدود ۴ میلیارد پوند قراضه (نزدیک ۱.۸ میلیون تن) مصرف کرده‌اند که ۵۵٪ نیاز موادشان را پوشش داده است​. این رقم نشان می‌دهد بیش از نصف مواد اولیه عملاً از چرخه بازیافت تامین شده و نیاز به شمش اولیه کاهش یافته است.
  
• طراحی برای بازیافت: یکی از اصول اقتصاد چرخه‌ای این است که محصولات طوری طراحی شوند که پس از عمر مفید، موادشان راحت تفکیک و بازیافت گردد. پروفیل‌های آلومینیومی از این منظر ایده‌آل‌اند زیرا معمولا قطعات تک‌ماده‌ای هستند (تماماً آلومینیوم) و در پایان عمر کافیست اتصالات را جدا کرده و خود پروفیل را ذوب کرد. حتی اگر رنگ یا پوشش داشته باشند، در کوره بازیافت می‌سوزد و آلومینیوم بازیابی می‌شود. به عنوان مثال، سیستم نما یا سقف خورشیدی ساخته‌شده از پروفیل‌های آلومینیوم، در پایان عمر ساختمان تقریباً به طور کامل تبدیل به شمش آلومینیوم جدید خواهد شد. این چرخه بسته در مورد آلومینیوم باعث شده عده‌ای آن را “بانک انرژی” بنامند: انرژی زیادی صرف ساختش می‌شود اما می‌توان آن را ذخیره کرد و با بازیافت، بارها محصول جدید داد.

کاهش آلاینده‌ها و مدیریت پسماندها

فرآیند اکستروژن خود نسبت به بسیاری از فرآیندهای دیگر آلودگی مستقیم کمتری دارد – عمده آلایندگی مربوط به مرحله تولید بیلت است. با این حال اقداماتی انجام شده تا اکستروژن نیز پاکیزه‌تر شود:

• کاهش گازهای گلخانه‌ای فلورینه: در ریخته‌گری بیلت‌ها و همچنین نگهداری حمام نمک و … ممکن است گازهای گلخانه‌ای قوی (مثل CF4) متصاعد شود. کارخانه‌های مدرن فیلتراسیون‌های قوی نصب کرده‌اند و همچنین سعی می‌کنند از فلاکس‌ها و تمیزکننده‌های سازگار با محیط زیست استفاده کنند.
  
• کنترل دود و بخارات روغن: در پرس اکستروژن، روانکارهای گرافیتی یا روغنی به کار می‌رود که می‌تواند دود تولید کند. سیستم‌های مکش و فیلترگذاری در خطوط جدید نصب است تا هوای خروجی تصفیه شده و ذرات معلق یا دود روغن وارد اتمسفر نشود.
  
• پساب و مواد شیمیایی: در آنودایزینگ یا رنگکاری که معمولاً بخش تکمیلی تولید پروفیل است، پساب‌های حاوی اسید و فلزات سنگین تولید می‌شود. مدیریت صحیح پساب‌ها با خنثی‌سازی شیمیایی، ته‌نشینی و بازیابی، مانع ورود آنها به محیط می‌شود. استاندارد ISO 14001 بسیاری از این کنترل‌ها را الزام می‌کند.
  
• همچنین با بهبود بهره‌وری، پسماند جامد کاهش یافته است. مثلاً طول ته‌پرسی بیلت‌ها به حداقل رسیده و همان اندک ضایعات نیز سریع به کوره برگشت داده می‌شوند. خرده‌های پروفیل و براده‌های ماشین‌کاری نیز در ظروف مخصوص جمع‌آوری و به مراکز بازیافت ارسال می‌شوند. عملاً هدررفت دائمی ماده در تولید پروفیل بسیار ناچیز است.

‌‎‏

‌‎‏

کاربرد پروفیل‌ها در خدمت پایداری

نکته قابل توجه این است که مصرف پروفیل آلومینیومی خود می‌تواند اثرات زیست‌محیطی سایر بخش‌ها را کاهش دهد. چند مثال:

• در خودروها و وسایل حمل‌ونقل، کاهش وزن با آلومینیوم باعث کاهش مصرف سوخت یا افزایش برد خودروهای برقی می‌شود که این به معنای کاهش انتشار CO2 در طی عمر وسیله است. تحقیقی نشان می‌دهد که هر ۱ کیلوگرم آلومینیوم جایگزین فولاد در خودرو طی عمر آن معادل صرفه‌جویی ~۲۰ کیلوگرم CO2 است.
• در ساختمان‌ها، پروفیل‌های آلومینیومی امکان ساخت نماهای دوپوسته هوشمند، سایه‌بان‌های آفتابگیر (Solar Shading) و چارچوب‌های پنجره با شکست حرارتی را می‌دهند که همگی مصرف انرژی برای گرمایش/سرمایش را کاهش می‌دهند​. همچنین پروفیل‌های آلومینیومی ستون فقرات پنل‌های خورشیدی هستند (قاب و سازه نگهدارنده)، تسریع استفاده از انرژی پاک را موجب شده‌اند.
  
• در صنایع برق، استفاده از پروفیل و هادی آلومینیومی در خطوط انتقال هوایی منجر به کاهش تلفات و نیز سبک‌سازی دکل‌ها شده که باز هم به‌طور غیرمستقیم صرفه‌جویی مواد و انرژی داشته است.

بنابراین اثرات مثبت آلومینیوم باید چرخه عمر کاملش دیده شود. گرچه تولید اولیه پرهزینه است، ولی دوام بالا و قابلیت بازیافت و اثرات کاهش‌مصرف در مرحله استفاده، آن را جبران و حتی فراتر می‌کند. تحقیقات LCA (ارزیابی چرخه عمر) نشان داده‌اند که یک قاب ساختمانی آلومینیومی اگر به‌طور کامل بازیافت شود، از منظر کل‌چرخه، گازهای گلخانه‌ای مشابه یا کمتر از یک قاب فولادی خواهد داشت، ضمن اینکه سهم بیشتری از آن می‌تواند از انرژی تجدیدپذیر (مثلاً برق آبی) بهره گرفته باشد​

‌‎‏

ابتکارات صنعت اکستروژن برای پایداری

صنعت پروفیل آلومینیوم از طریق تشکل‌هایی مانند شورای اکستروژن آلومینیوم (AEC) و سازمان‌های جهانی، ابتکارات متعددی را دنبال می‌کند​

بسیاری تولیدکنندگان اکنون گزارش‌های پایداری منتشر می‌کنند که شاخص‌هایی مانند شدت انرژی (کیلووات‌ساعت بر تن)، شدت انتشار CO2، درصد مواد بازیافتی، آب مصرفی و نرخ بازیافت را اعلام می‌کنند​. این شفافیت، رقابتی سالم برای بهبود ایجاد کرده است.

• Environmental Product Declaration (EPD): این سند که به صورت مستقل تایید می‌شود، پروفیل آلومینیومی را از نظر زیست‌محیطی شناسنامه‌دار می‌کند و به مشتریان (خصوصاً در پروژه‌های ساختمانی سبز مانند LEED) امکان می‌دهد اثرات را ارزیابی کنند​. بسیاری از تولیدکنندگان پروفیل اکنون برای محصولات خود EPD دارند.
  
• برنامه‌های بازپس‌گیری قراضه مشتری: برخی شرکت‌ها با مشتریان خود توافق می‌کنند که پروفیل‌های آلومینیومی قراضه یا خارج از رده‌شان را پس بگیرند تا بازیافت و دوباره به بیلت تبدیل کنند. این یک رویکرد چرخه بسته است که کل زنجیره تامین را درگیر پایداری می‌کند.
  
• کاهش کربن حمل‌ونقل: تلاش برای محلی‌سازی تولید و یا استفاده از سوخت‌های پاک در حمل مواد (مثل کامیون‌های الکتریکی در محوطه کارخانه یا حمل ریلی به جای جاده‌ای) نیز بخشی از این حرکت سبز است. به علاوه با طراحی پروفیل‌های بهینه، در حمل آنها نیز صرفه‌جویی می‌شود (مثلاً پروفیل‌های توخالی که هم سبک‌ترند و هم امکان قراردادن تلسکوپی داخل هم را دارند تا فضای کمتری اشغال کنند).
  
• آموزش و توسعه: صنعت اکستروژن در همکاری با دانشگاه‌ها روی فناوری‌های نو تمرکز دارد (همان‌طور که ShAPE یک نمونه بود). همچنین نیروهای انسانی خود را در زمینه فرهنگ کیفیت و محیط زیست آموزش می‌دهد، چرا که مشارکت کارکنان در اجرای شیوه‌های بهینه (مثل جداسازی ضایعات، کاهش مصرف اضافی انرژی) اهمیت زیادی دارد​.

در نهایت، پایداری در تولید پروفیل‌های آلومینیومی یک سفر ادامه‌دار است. دستاوردهای قابل توجهی تا کنون حاصل شده – از کاهش شدت انتشار تا بازیافت گسترده – اما اهداف بزرگ‌تری نیز پیش روست. چشم‌انداز آینده، تولید پروفیل‌هایی است با کربن خنثی (Net Zero) که این امر با ترکیب آلومینیوم بازیافتی، آلومینیوم اولیه بدون کربن، انرژی کاملاً پاک در فرآیند اکستروژن و بازیافت ۱۰۰٪ محصولات انتهای عمر محقق خواهد شد​. وقتی این چرخه کامل شود، پروفیل آلومینیومی واقعاً یک ماده ایده‌آل سبز برای اقتصاد چرخه‌ای خواهد بود که خواص فنی عالی را با مسئولیت زیست‌محیطی پیوند زده است.

‌‎‏

به اطلاعات تخصصی بیشتری نیاز دارید؟
با ما تماس بگیرید تا درباره‌ی راهکارهای خلاقانه در صنعت آلومینیوم اطلاعات بیشتری کسب کنید.