Adaptiert von UNEP und IISI 1997 und einem unveröffentlichten Artikel von Jerry Spiegel.

Aufgrund des schieren Volumens und der Komplexität ihrer Betriebe und ihres umfangreichen Verbrauchs von Energie und Rohstoffen hat die Eisen- und Stahlindustrie wie andere „Schwerindustrien“ das Potenzial, erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die Bevölkerung der umliegenden Gemeinden zu haben . Abbildung 1 fasst die Schadstoffe und Abfälle zusammen, die durch die wichtigsten Produktionsprozesse entstehen. Sie umfassen drei Hauptkategorien: Luftschadstoffe, Abwasserkontaminanten und feste Abfälle.

Abbildung 1. Flussdiagramm von Schadstoffen und Abfällen, die durch verschiedene Prozesse erzeugt werden

In der Vergangenheit haben sich Untersuchungen der Auswirkungen der Eisen- und Stahlindustrie auf die öffentliche Gesundheit auf die lokalen Auswirkungen in dicht besiedelten Gebieten konzentriert, in denen sich die Stahlproduktion konzentriert hat, und insbesondere in bestimmten Regionen, in denen akute Luftverschmutzungsepisoden aufgetreten sind, wie z Donora- und Maastäler und das Dreieck zwischen Polen, der ehemaligen Tschechoslowakei und der ehemaligen Deutschen Demokratischen Republik (WHO 1992).

Luftverschmutzer

Luftschadstoffe aus Eisen- und Stahlherstellungsbetrieben waren in der Vergangenheit ein Umweltproblem. Zu diesen Schadstoffen gehören gasförmige Substanzen wie Schwefeloxide, Stickstoffdioxid und Kohlenmonoxid. Darüber hinaus standen Partikel wie Ruß und Staub, die Eisenoxide enthalten können, im Fokus der Kontrollen. Emissionen aus Koksöfen und aus Koksofen-Nebenproduktanlagen waren ein Problem, aber die kontinuierlichen Verbesserungen in der Technologie der Stahlherstellung und der Emissionskontrolle während der letzten zwei Jahrzehnte in Verbindung mit strengeren staatlichen Vorschriften haben diese Emissionen erheblich reduziert in Nordamerika, Westeuropa und Japan. Die Gesamtkosten für die Bekämpfung der Umweltverschmutzung, von denen mehr als die Hälfte auf Luftemissionen entfallen, werden auf 1 bis 3 % der gesamten Produktionskosten geschätzt; Anlagen zur Luftreinhaltung machen ungefähr 10 bis 20 % der gesamten Anlageninvestitionen aus. Solche Kosten schaffen ein Hindernis für die weltweite Anwendung modernster Kontrollen in Entwicklungsländern und für ältere, wirtschaftlich marginale Unternehmen.

Luftschadstoffe variieren mit dem jeweiligen Verfahren, der Technik und Konstruktion der Anlage, den verwendeten Rohstoffen, den Quellen und Mengen der benötigten Energie, dem Ausmaß, in dem Abfallprodukte in den Prozess zurückgeführt werden, und der Effizienz der Schadstoffbegrenzung. Beispielsweise hat die Einführung der Stahlherstellung mit basischem Sauerstoff die kontrollierte Sammlung und Wiederverwertung von Abgasen ermöglicht, wodurch die auszustoßenden Mengen reduziert wurden, während die Verwendung des Stranggussverfahrens den Energieverbrauch reduziert hat, was zu einer Verringerung des Energieverbrauchs führte eine Reduzierung der Emissionen. Dies hat die Produktausbeute erhöht und die Qualität verbessert.

Schwefeldioxid

Die Menge an Schwefeldioxid, die im Wesentlichen bei den Verbrennungsprozessen entsteht, hängt in erster Linie vom Schwefelgehalt des eingesetzten fossilen Brennstoffs ab. Sowohl Koks als auch Kokereigas, die als Brennstoffe verwendet werden, sind Hauptquellen von Schwefeldioxid. In der Atmosphäre kann Schwefeldioxid mit Sauerstoffradikalen und Wasser zu einem Schwefelsäureaerosol reagieren und in Verbindung mit Ammoniak ein Ammoniumsulfataerosol bilden. Die den Schwefeloxiden zugeschriebenen gesundheitlichen Wirkungen beruhen nicht nur auf dem Schwefeldioxid, sondern auch auf seiner Neigung, solche lungengängigen Aerosole zu bilden. Außerdem kann Schwefeldioxid an Partikeln adsorbiert werden, von denen viele im lungengängigen Bereich liegen. Solche potenziellen Expositionen können nicht nur durch die Verwendung von Kraftstoffen mit niedrigem Schwefelgehalt, sondern auch durch eine Verringerung der Partikelkonzentration verringert werden. Die zunehmende Verwendung von Elektroöfen hat die Emission von Schwefeloxiden verringert, indem der Bedarf an Koks eliminiert wurde, aber dies hat diese Verschmutzungsbekämpfungslast auf die Elektrizität erzeugenden Anlagen abgewälzt. Die Entschwefelung von Kokereigas wird durch die Entfernung von reduzierten Schwefelverbindungen, hauptsächlich Schwefelwasserstoff, vor der Verbrennung erreicht.

Stickoxide

Stickoxide, vor allem Stickoxide und Stickstoffdioxid, entstehen wie die Schwefeloxide bei Kraftstoffverbrennungsprozessen. Sie reagieren mit Sauerstoff und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in Gegenwart von ultravioletter (UV) Strahlung zu Ozon. Sie verbinden sich auch mit Wasser zu Salpetersäure, die sich wiederum mit Ammoniak zu Ammoniumnitrat verbindet. Diese können auch lungengängige Aerosole bilden, die durch Nass- oder Trockenabscheidung aus der Atmosphäre entfernt werden können.

Feinstaub

Feinstaub, die sichtbarste Form der Verschmutzung, ist eine variierende, komplexe Mischung aus organischen und anorganischen Materialien. Staub kann von Eisenerz-, Kohle-, Koks- und Kalksteinhalden aufgewirbelt werden oder beim Verladen und Transportieren in die Luft gelangen. Grobe Materialien stauben, wenn sie aneinander gerieben oder unter Fahrzeugen zerquetscht werden. Feine Partikel werden bei Sinter-, Schmelz- und Schmelzprozessen erzeugt, insbesondere wenn geschmolzenes Eisen mit Luft in Kontakt kommt, um Eisenoxid zu bilden. Koksöfen erzeugen Feinkohlenkoks und Teeremissionen. Mögliche gesundheitliche Auswirkungen hängen von der Anzahl der Partikel im lungengängigen Bereich, der chemischen Zusammensetzung des Staubs sowie der Dauer und Konzentration der Exposition ab.

Die Feinstaubbelastung wurde stark reduziert. Durch den Einsatz von Elektrofiltern zur Reinigung trockener Abgase bei der Oxygenstahlherstellung senkte beispielsweise ein deutsches Stahlwerk die Staubemission von 9.3 kg/t Rohstahl im Jahr 1960 auf 5.3 kg/t im Jahr 1975 und auf etwas weniger als 1 kg/t bis 1990. Der Preis war jedoch ein deutlicher Anstieg des Energieverbrauchs. Andere Methoden zur Kontrolle der Partikelverschmutzung umfassen die Verwendung von Nasswäschern, Beutelhäusern und Zyklonen (die nur gegen große Partikel wirksam sind).

Schwermetalle

Metalle wie Cadmium, Blei, Zink, Quecksilber, Mangan, Nickel und Chrom können als Staub, Rauch oder Dampf aus einem Ofen emittiert oder von Partikeln adsorbiert werden. Gesundheitliche Auswirkungen, die an anderer Stelle in diesem beschrieben sind Enzyklopädie, hängen von der Höhe und Dauer der Exposition ab.

Organische Emissionen

Organische Emissionen aus Primärstahlbetrieben können Benzol, Toluol, Xylol, Lösungsmittel, PAK, Dioxine und Phenole umfassen. Der als Rohstoff verwendete Stahlschrott kann je nach Herkunft und Art der Verwendung (z. B. Farben und andere Beschichtungen, andere Metalle und Schmiermittel) eine Vielzahl dieser Stoffe enthalten. Nicht alle diese organischen Schadstoffe werden von den herkömmlichen Gasreinigungssystemen aufgefangen.

Radioaktivität

In den letzten Jahren gab es Berichte über Fälle, in denen radioaktive Materialien unbeabsichtigt in den Stahlschrott eingeschlossen wurden. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Nuklide (z. B. Schmelz- und Siedetemperatur und Affinität zu Sauerstoff) bestimmen, was mit ihnen im Stahlherstellungsprozess passiert. Es kann eine Menge vorhanden sein, die ausreicht, um die Stahlprodukte, die Nebenprodukte und die verschiedenen Arten von Abfällen zu kontaminieren und somit eine kostspielige Reinigung und Entsorgung erfordern. Es besteht auch die potenzielle Kontamination der Stahlherstellungsausrüstung mit einer daraus resultierenden potenziellen Exposition der Stahlarbeiter. Viele Stahlbetriebe haben jedoch empfindliche Strahlungsdetektoren installiert, um den gesamten gekauften Stahlschrott zu überprüfen.

Kohlendioxid

Obwohl es bei den üblichen atmosphärischen Konzentrationen keine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit oder Ökosysteme hat, ist Kohlendioxid wegen seines Beitrags zum „Treibhauseffekt“, der mit der globalen Erwärmung verbunden ist, wichtig. Die Stahlindustrie ist ein bedeutender Erzeuger von Kohlendioxid, mehr durch die Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Eisen aus Eisenerz als durch seine Nutzung als Energiequelle. Bis 1990 wurden die Kohlendioxidemissionen der Eisen- und Stahlindustrie durch eine Vielzahl von Maßnahmen zur Reduzierung des Koksanteils im Hochofen, zur Rückgewinnung von Abwärme und zur Energieeinsparung auf 47 % des Niveaus von 1960 gesenkt.

Ozon

Ozon, ein Hauptbestandteil des atmosphärischen Smogs in der Nähe der Erdoberfläche, ist ein sekundärer Schadstoff, der in der Luft durch die photochemische Reaktion von Sonnenlicht mit Stickoxiden gebildet wird, die je nach Struktur und Reaktivität in unterschiedlichem Maße durch eine Reihe von VOCs erleichtert wird . Die Hauptquelle von Ozonvorläufern sind Kraftfahrzeugabgase, aber einige werden auch von Eisen- und Stahlwerken sowie von anderen Industrien erzeugt. Aufgrund atmosphärischer und topografischer Bedingungen kann die Ozonreaktion in großen Entfernungen von ihrer Quelle stattfinden.

Abwasserverunreinigungen

Stahlwerke leiten große Wassermengen in Seen, Flüsse und Bäche ein, wobei zusätzliche Mengen verdampft werden, während Koks oder Stahl gekühlt werden. Abwasser, das in unversiegelten oder undichten Rückhaltebecken zurückgehalten wird, kann durchsickern und den örtlichen Grundwasserspiegel und unterirdische Flüsse kontaminieren. Diese können auch durch das Aussickern von Regenwasser durch Rohstoffhaufen oder Ansammlungen fester Abfälle kontaminiert werden. Zu den Verunreinigungen gehören Schwebstoffe, Schwermetalle sowie Öle und Fette. Temperaturänderungen in natürlichen Gewässern aufgrund der Einleitung von Prozesswasser mit höherer Temperatur (70 % des Prozesswassers bei der Stahlherstellung werden zum Kühlen verwendet) können die Ökosysteme dieser Gewässer beeinträchtigen. Folglich ist eine Kühlbehandlung vor der Entladung wesentlich und kann durch Anwendung verfügbarer Technologie erreicht werden.

Schwebstoffe

Schwebstoffe (SS) sind die wichtigsten wassergebundenen Schadstoffe, die während der Stahlproduktion freigesetzt werden. Sie bestehen hauptsächlich aus Eisenoxiden aus Zunderbildung während der Verarbeitung; Kohle, biologischer Schlamm, Metallhydroxide und andere Feststoffe können ebenfalls vorhanden sein. Diese sind in wässrigen Umgebungen bei normalen Abgabemengen weitgehend ungiftig. Ihr Vorhandensein in höheren Konzentrationen kann zu einer Verfärbung von Bächen, Sauerstoffmangel und Verschlammung führen.

Schwermetalle

Prozesswasser aus der Stahlherstellung kann hohe Mengen an Zink und Mangan enthalten, während Abwässer aus Kaltwalz- und Beschichtungsbereichen Zink, Cadmium, Aluminium, Kupfer und Chrom enthalten können. Diese Metalle kommen natürlicherweise in der aquatischen Umwelt vor; Es ist ihre Anwesenheit in höheren Konzentrationen als üblich, die Bedenken hinsichtlich möglicher Auswirkungen auf den Menschen und die Ökosysteme hervorruft. Diese Bedenken werden durch die Tatsache verstärkt, dass diese Schwermetalle im Gegensatz zu vielen organischen Schadstoffen nicht zu harmlosen Endprodukten biologisch abgebaut werden und sich in Sedimenten und im Gewebe von Fischen und anderen Wasserlebewesen anreichern können. Durch die Kombination mit anderen Verunreinigungen (z. B. Ammoniak, organischen Verbindungen, Ölen, Cyaniden, Alkalien, Lösungsmitteln und Säuren) kann ihre potenzielle Toxizität erhöht werden.

Öle und Fette

Öle und Fette können sowohl in löslicher als auch in unlöslicher Form im Abwasser vorhanden sein. Die meisten Schweröle und Fette sind unlöslich und lassen sich relativ leicht entfernen. Sie können jedoch durch Kontakt mit Detergenzien oder Alkalien oder durch Rühren emulgiert werden. Emulgierte Öle werden routinemäßig als Teil des Prozesses in Kaltmühlen verwendet. Abgesehen von einer Verfärbung der Wasseroberfläche sind kleine Mengen der meisten aliphatischen Ölverbindungen unschädlich. Einwertige aromatische Ölverbindungen können jedoch toxisch sein. Außerdem können Ölkomponenten Giftstoffe wie PCBs, Blei und andere Schwermetalle enthalten. Neben der Frage der Toxizität kann der biologische und chemische Sauerstoffbedarf (BSB und CSB) von Ölen und anderen organischen Verbindungen den Sauerstoffgehalt des Wassers verringern und damit die Lebensfähigkeit von Wasserlebewesen beeinträchtigen.

Feste Abfälle

Ein Großteil der bei der Stahlherstellung anfallenden festen Abfälle ist wiederverwendbar. Bei der Herstellung von Koks beispielsweise entstehen Kohlederivate, die wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie sind. Viele Nebenprodukte (z. B. Koksstaub) können den Produktionsprozessen wieder zugeführt werden. Schlacke, die entsteht, wenn die in Kohle und Eisenerz vorhandenen Verunreinigungen schmelzen und sich mit dem als Flussmittel beim Schmelzen verwendeten Kalk verbinden, kann auf verschiedene Weise verwendet werden: als Deponie für Rekultivierungsprojekte, im Straßenbau und als Rohstoff für Sinteranlagen, die liefern Hochöfen. Stahl ist unabhängig von Güte, Größe, Verwendung oder Betriebsdauer vollständig recycelbar und kann wiederholt recycelt werden, ohne dass seine mechanischen, physikalischen oder metallurgischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Die Recyclingquote wird auf 90 % geschätzt. Tabelle 1 gibt einen Überblick über das Ausmaß, in dem die japanische Stahlindustrie das Recycling von Abfallmaterialien erreicht hat.

Tabelle 1. Bei der Stahlproduktion in Japan erzeugter und recycelter Abfall

Quelle: IISI 1992.

Energy Conservation

Energieeinsparung ist nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert, sondern auch zur Verringerung der Umweltverschmutzung bei Energieversorgungseinrichtungen, wie beispielsweise Stromversorgungsunternehmen. Der Energieverbrauch bei der Stahlherstellung variiert stark mit den verwendeten Verfahren und der Mischung aus Schrott und Eisenerz im Ausgangsmaterial. Die Energieintensität der auf Schrott basierenden Anlagen in den Vereinigten Staaten lag 1988 im Durchschnitt bei 21.1 Gigajoule pro Tonne, während die japanischen Anlagen etwa 25 % weniger verbrauchten. Eine Modellanlage auf Schrottbasis des International Iron and Steel Institute (IISI) benötigte nur 10.1 Gigajoule pro Tonne (IISI 1992).

Steigende Energiekosten haben die Entwicklung energie- und materialsparender Technologien angeregt. Niedrigenergetische Gase, wie Nebenproduktgase, die in Hochofen- und Kokereiprozessen entstehen, werden zurückgewonnen, gereinigt und als Brennstoff verwendet. Der Koks- und Hilfsbrennstoffverbrauch der deutschen Stahlindustrie, der 830 durchschnittlich 1960 kg/t betrug, konnte 510 auf 1990 kg/t gesenkt werden 20.5 auf etwa 1973 % im Jahr 7. Die Stahlindustrie der Vereinigten Staaten hat große Investitionen in die Energieeinsparung getätigt. Die durchschnittliche Mühle hat den Energieverbrauch seit 1988 durch Prozessmodifikation, neue Technologie und Umstrukturierung um 45 % gesenkt (Kohlendioxidemissionen sind proportional gesunken).

Mit Blick auf die Zukunft

Traditionell haben sich Regierungen, Wirtschaftsverbände und einzelne Industrien medienspezifisch mit Umweltbelangen befasst und sich beispielsweise mit Luft-, Wasser- und Abfallproblemen getrennt auseinandergesetzt. Dies ist zwar sinnvoll, hat aber manchmal das Problem nur von einem Umweltbereich in einen anderen verlagert, wie im Fall einer kostspieligen Abwasserbehandlung, die das anschließende Problem der Entsorgung des Behandlungsschlamms hinterlässt, der auch eine ernsthafte Grundwasserverschmutzung verursachen kann.

In den letzten Jahren hat die internationale Stahlindustrie dieses Problem jedoch durch Integrated Pollution Control, das sich zum Total Environmental Risk Management weiterentwickelt hat, angegangen, ein Programm, das alle Auswirkungen gleichzeitig betrachtet und die prioritären Bereiche systematisch angeht. Eine zweite Entwicklung von gleicher Bedeutung war die Konzentration auf vorbeugende statt auf Abhilfemaßnahmen. Dabei geht es um Themen wie Anlagenstandort, Standortvorbereitung, Anlagenlayout und -ausrüstung, Festlegung der täglichen Managementverantwortung und die Sicherstellung angemessener Mitarbeiter und Ressourcen, um die Einhaltung von Umweltvorschriften zu überwachen und die Ergebnisse den zuständigen Behörden zu melden.

Das Industrie- und Umweltzentrum, das 1975 vom Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) gegründet wurde, zielt darauf ab, die Zusammenarbeit zwischen der Industrie und den Regierungen zu fördern, um eine umweltverträgliche industrielle Entwicklung zu fördern. Zu seinen Zielen gehören:

• Förderung der Aufnahme von Umweltkriterien in Industrieentwicklungspläne
• Erleichterung der Umsetzung von Verfahren und Grundsätzen zum Schutz der Umwelt
• Förderung des Einsatzes sicherer und sauberer Techniken
• Anregung des weltweiten Informations- und Erfahrungsaustausches.

Das UNEP arbeitet eng mit dem IISI zusammen, dem ersten internationalen Branchenverband, der sich einer einzelnen Branche widmet. Zu den Mitgliedern des IISI gehören stahlerzeugende Unternehmen in öffentlichem und privatem Besitz sowie nationale und regionale Verbände der Stahlindustrie, Verbände und Forschungsinstitute in den 51 Ländern, die zusammen über 70 % der gesamten weltweiten Stahlproduktion ausmachen. IISI erstellt häufig in Zusammenarbeit mit UNEP Erklärungen zur Umweltpolitik und -prinzipien sowie technische Berichte wie denjenigen, auf dem ein Großteil dieses Artikels basiert (UNEP und IISI 1997). Gemeinsam arbeiten sie daran, die wirtschaftlichen, sozialen, moralischen, persönlichen, Management- und technologischen Faktoren anzugehen, die die Einhaltung von Umweltprinzipien, -richtlinien und -vorschriften beeinflussen.

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