腐蚀控制技术对钢制管道全生命周期碳排放的影响机制研究

针对钢铁行业碳排放(CEs)占全球6.7%的严峻现状，中国科学院研究人员创新性地将生命周期评估(LCA)与腐蚀模型结合，首次量化了腐蚀防护技术对钢制管道平均年生命周期碳排放(ALCCE)的影响。研究发现，尽管防腐措施会增加短期CEs，但能显著降低ALCCE达80%以上，为钢铁行业"双碳"目标提供了基于材料寿命优化的新路径。

　　

钢铁工业作为现代文明的基石，却也是碳排放的"大户"——每生产1吨钢就会释放2.1吨CO₂
，中国钢铁行业更贡献了全球近半产量和14%的国内碳排放。更严峻的是，全球每年15%-33%的钢铁产量因腐蚀损耗，其中10%彻底无法回收。传统研究聚焦于优化钢铁生产流程的碳减排，却忽视了材料服役寿命这个关键变量。

中国科学院团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表的研究开创性地将生命周期模型与腐蚀动力学结合，以油气管道为研究对象，建立了包含制造、运输、安装、服役、回收全环节的生命周期碳排放(LCCE)核算体系。研究团队开发了平均年生命周期碳排放(ALCCE)和单位防腐成本碳减排值(ACECV)两个创新指标，通过蒙特卡洛模拟量化了不同腐蚀防护策略的碳足迹。

关键技术包括：1) 基于质量守恒原理的生命周期评估(LCA)模型；2) 融合环境参数的腐蚀速率预测算法；3) 涵盖化学工业、油气田、长输管道三种典型场景的对比分析；4) 可靠性维护优化模型。

【碳减排关键发现】
通过对比裸钢、常规防腐和高级防腐三种方案，研究发现：在20年服役期内，高级防腐方案虽使初期碳排放增加12%，但通过延长管道寿命至40年，使ALCCE降低58%。特别在海洋腐蚀环境中，ACECV值达到峰值，每美元防腐投入可减少8.7kg CO₂
当量。

【环境敏感性分析】
研究首次揭示土壤电阻率与碳减排效能的非线性关系：当电阻率>5000Ω·cm时，防腐措施的边际碳效益下降43%。这为不同地理环境下的防腐方案选择提供了量化依据。

【结论与展望】
该研究突破性地证明：通过精准腐蚀控制延长钢铁材料寿命，可实现比生产工艺革新更显著的碳减排效果。在油气管道场景中，优化防腐策略可减少全行业8.2%的碳排放。方法论体系可扩展至桥梁、建筑等基础设施的碳足迹评估，为《巴黎协定》实施提供了"寿命周期调控"新范式。后续研究将整合氢冶金(H₂
-DRI)与防腐协同模型，探索更深度的脱碳路径。