Els forns elèctrics són el futur de la fabricació de vidre?
Visió general de la producció de vidre
La producció de vidre sol consumir energia. Els forns de vidre poden arribar als 1300-1550 ºC per a la fusió i el refinament de les matèries primeres, depenent de la formulació requerida.
El gas natural i l'electricitat són les principals fonts d'energia, tanmateix històricament, la indústria del vidre ha afavorit el gas perquè és una tecnologia consolidada, amb baix preu, gran puresa, facilitat de control i el fet de no exigir instal·lacions d'emmagatzematge. Els forns de gas tenen una llarga vida útil, de mitjana més de 12 anys i de vegades fins a 20 anys.
Fins fa poc, els forns de fusió de vidre elèctrics s'han utilitzat per a vidres especials, i en particular els vidres amb components volàtils importants com ara els vidres d'òpal de fluor, els borosilicats i el cristall de plom. L'interès per estendre'n el seu ús a través de la indústria està creixent.
Producció de forn de vidre elèctric
El mètode més eficaç per a la producció de vidre elèctric és utilitzar elèctrodes submergits al vidre, ja sigui com a impuls elèctric (proporcionant un 5-20% de l'entrada total d'energia) o com a fusió totalment elèctrica. Els elèctrodes immersos es connecten a una font d'alimentació i un transformador, per fer passar un corrent elèctric a través del vidre.
En els forns totalment elèctrics, l'energia de fusió prové dels elèctrodes (calor en joule), amb un cremador de gas que s'utilitza per a la posada en marxa inicial, o com a font de calor d'emergència. Aquests forns funcionen principalment amb "cold top", on la matèria primera es distribueix uniformement sobre la superfície de fusió del vidre, formant una "manta per lots" aïllant. La fusió i el refinat tenen lloc en un procés vertical, amb el vidre que s'extreu a través d'una gola a la part inferior d'un dipòsit de fusió profund.
Avantatges de la fusió elèctrica
Els forns elèctrics ofereixen diversos avantatges respecte als forns de gas. Per exemple, tenen emissions directes molt baixes de CO2, emissions tèrmiques de NOx o SOx. Amb la pressió per reduir les emissions tant dels clients com de la legislació, aquest és un benefici important. Tot i que és possible millorar els forns de gas convencionals per reduir les emissions, això pot donar lloc a una tecnologia més complexa que comporta un manteniment addicional, l'ús de productes químics no respectuosos amb el medi ambient i limitacions a la vida útil dels equips.
Un altre avantatge és que les pèrdues de calor dels forns elèctrics són molt més baixes. L'eficiència tèrmica dels forns de gas arriba al voltant del 45%. Això significa que es perd més energia com a calor de la que s'utilitza per convertir les matèries primeres en vidre fos. Les pèrdues de calor es produeixen a partir de la superestructura del forn i en els gasos residuals residuals, fins i tot si s'utilitzen sistemes de recuperació de calor. En canvi, l'enfocament elèctric significa que l'energia de fusió es transfereix directament al vidre. L'eficiència tèrmica pot superar el 70% fins i tot en un forn elèctric petit i pot arribar al 85% en un forn elèctric gran.
Els forns totalment elèctrics també són més eficients energèticament que els forns de gas; consumeixen al voltant d'un 35% menys d'energia. La diferència d'eficiència energètica és especialment important per als forns petits. A mesura que la mida del forn disminueix, l'eficiència energètica dels forns elèctrics segueix sent molt alta, mentre que l'eficiència dels forns de gas disminueix dràsticament i pot ser inferior al 20%.
L'impuls elèctric pot ser una manera molt eficaç de reduir el consum global d'energia. També significa que l'alliberament d'energia pot estar molt enfocat, ajudant a determinar les condicions al bany de vidre. En alguns casos, un sistema d'impuls ben dissenyat pot millorar l'homogeneïtat de la qualitat del vidre, les pèrdues de llavors i de pedra. En canvi, als forns de gas, on no és possible l'alliberament d'energia focalitzada, es poden crear perfils de temperatura impreciss al vidre.
Un avantatge clau del forn elèctric de cold-top és que tot el que entra al lot es queda al vidre, a part dels gasos alliberats del procés de fusió, que s'impregnen a través de la manta del lot. Les pèrdues de components del lot com ara fluor, bor, plom, diversos agents de refinació volàtils i altres constituents gairebé s'eliminen.
Desavantatges de la fusió totalment elèctrica
Tot i que els forns elèctrics tenen costos de capital més baixos, tenen una vida útil més curta (2-7 anys en comparació amb els 10-20 anys dels forns convencionals) i uns costos energètics més elevats. La viabilitat econòmica dels forns elèctrics està estretament relacionada amb el cost de l'electricitat en comparació amb el gas. Una major eficiència tèrmica i energètica poden compensar aquest cost per als forns més petits, però això podria no ser el cas dels forns més grans.
El baix impacte ambiental només es manté si el forn pot rebre energia de fonts d'energia renovables i requereix una xarxa elèctrica que sigui fiable i estable.
També hi ha consideracions operatives. Per exemple, el manteniment dels elèctrodes per limitar la major resistència causada pel desgast. No és possible fondre vidres de temperatura més alta (& gt;1500C) i hi ha preocupació per la corrosió/erosió del material de l'elèctrode de determinades composicions de vidre. A més, el vidre reciclat pot ser un problema que requereix nous mètodes de manipulació.
Conclusió
A la majoria de llocs, encara és més net per al medi ambient cremar combustibles fòssils en un forn que utilitzar-los per generar electricitat per a la fusió elèctrica. Tanmateix, a mesura que les renovables augmenten la seva contribució a la producció d'electricitat, aquesta situació canviarà. També sembla que les millores en l'eficiència energètica de les tecnologies de combustió de combustibles fòssils s'han estabilizat. A mesura que s'introdueix la legislació sobre emissions i els consumidors exigeixen cada cop més materials i tecnologies respectuosos amb el medi ambient, pot haver-hi un canvi en la fabricació de vidre del gas a l'energia elèctrica. Els altres avantatges de la fusió elèctrica, com ara una millor eficiència tèrmica i el consum d'energia, també comptaran al seu favor.
