《Environmental Impact Assessment Review》：A five-indicator methodology for early-stage sustainable selection of metal scraps and raw materials: Application in the steel industry
编辑推荐：
本研究针对钢铁行业原材料可持续性评估需求，提出了一种基于元素组成的五维指标整合方法（环境E、经济Ec、社会S、关键性Cr、循环性C），通过归一化指标构建可持续发展指数SI。研究人员对207种材料进行敏感性分析，验证了铁合金和纯元素可持续性较差，而废金属可作为替代方案。该方法为低技术成熟度阶段的材料选择提供了量化工具，支持欧盟安全与可持续设计框架的早期应用。
在全球碳中和背景下，钢铁行业作为碳排放重点领域面临严峻挑战。尽管废钢回收能显著降低环境负荷，但传统评估方法难以在研发早期对材料可持续性进行量化比较。现有研究多聚焦环境、经济、社会三维度，且依赖详细工艺数据，无法满足低技术成熟度阶段决策需求。更关键的是，关键原材料供应风险和材料循环性这两个对钢铁行业至关重要的维度，尚未被系统整合进早期评估框架。
为解决这一难题，西班牙布尔戈斯大学国际关键原材料研究中心的研究团队在《Environmental Impact Assessment Review》发表论文，提出了一种基于元素组成的五维可持续性评估方法。该方法创新性地将环境、经济、社会、关键性和循环性指标整合为统一的可持续发展指数，为钢铁企业在合金设计初期提供科学决策依据。
研究团队采用多步骤建模方法：首先基于22种化学元素的成分数据和质量等级计算原始指标；接着通过极值归一化将各指标转换为0-1范围；然后采用等权重和专家判断两种方式分配权重系数；最终通过加权求和得到可持续发展指数SI。通过11种权重场景的敏感性分析，系统评估了207种材料（包括186种废金属和21种铁合金/纯元素）的可持续性表现。
敏感性分析结果
在单指标主导的场景中，铁合金和纯元素 consistently 表现出最低的可持续性。例如在环境权重场景中，钼铁合金因钼的高环境足迹获得SI=0；在经济权重场景中，钼铁、钨铁和铌铁因含有贵重元素而SI值低于0.2。当所有指标等权重时，钴、钼铁和铌铁仍是最不可持续的材料，SI值在0.25-0.31之间。值得注意的是，中等质量废钢因具备完全循环性，在循环性权重场景中表现出最优可持续性。
废金属替代方案
研究识别出多种可替代铁合金的废金属：含30%钼的HAST-B废钢可替代钼铁合金；含30%铜的MONEL 400可替代纯铜；含18%钴的NIMONIC 90废钢可作为钴的替代来源。这些替代方案不仅能降低对原始资源的依赖，还能促进材料循环利用。
该方法创新点在于：首次基于元素组成建立统一评估基准；适用于低技术成熟度阶段；实现五维可持续性指标整合。虽然存在化学成分简化、数据范围依赖等局限，但为SSbD框架的早期应用提供了实用工具。研究结果证实原材料可持续性普遍低于废金属，与文献结论一致，验证了方法的有效性。未来可通过引入化合物级别数据和标准化基准进一步提升评估精度。
这项研究为钢铁行业可持续转型提供了重要技术支撑，通过量化评估指导材料选择，推动循环经济发展。随着人工智能工具的集成应用，该方法有望在合金设计领域发挥更大价值，为碳中和目标下的材料创新开辟新路径。
