At bringe den kulstofreducerende koldsintringsproces ud af laboratorier og ind i keramikfremstilling

En ny teknoøkonomisk analyse, af et hold ledet af en forsker fra WMG ved University of Warwick, viser, at den energiintensive keramiske industri ville opnå både økonomiske og miljømæssige fordele, hvis den flyttede sig for at frigøre den kolde sintringsproces fra at sygne hen i laboratorier til faktisk brug i fremstilling af alt fra højteknologi til husholdningskeramik.

Den nye forskning er netop blevet offentliggjort i Journal of the European Ceramic Society i et papir med titlen "Decarbonising ceramic manufacturing:A techno-economic analysis of energy efficient sintering technologys in the functional materials sector."

Den kolde sintringsproces (CSP) kombinerer varme, tryk og brug af vand for at reducere energiforbruget markant, da det sænker de temperaturer, der kræves for at producere keramik, til omkring 300 grader celsius. Dette er langt mindre end andre processer såsom:Konventionel sintring, Lasersintring, Hurtigt brændende sintring, Væskefase sintring, og Flash-sintring, som kræver langt mere energi og skal nå temperaturer fra 1400 til 3000 grader celsius afhængigt af den pågældende proces og materialer.

Imidlertid har den lille skala af laboratoriebaseret CSP (typisk fremstilling af fem gram keramik ad gangen under laboratorieforhold) betydet, at producenterne har valgt at fortsætte med at stole på andre metoder med væsentlig højere temperatur, som enten allerede kan producere større mængder eller hurtigt kan fremstille en række små højteknologiske keramik. University of Warwick ledede team mente, at producenterne ikke havde udviklet noget som en fuld forståelse af de potentielle økonomiske og miljømæssige fordele ved at bruge CSP i fremstillingen - især da opstartsomkostningerne for CSP er meget lavere end andre processer.

Forskerne så på scenarier for behandling af tre separate funktionelle oxider, der bruges til at producere keramik:ZnO, PZT og BaTiO3. De sammenlignede kold sintring (CSP) med en række andre sintringsteknikker og så på dets investeringsafkast. De fandt, at i alle tre tilfælde, selv efter 15 års brug, de lave etableringsomkostninger ved CSP gjorde det til den økonomisk mest attraktive sintringsmulighed, med lavere kapitalomkostninger og det bedste investeringsafkast samt betydelige energi- og emissionsbesparelser.

Forskerne erkender, at overgangen fra laboratorium til industri af CSP vil kræve meget forskellige faciliteter og instrumentering samt relevant ejendoms-/ydelsesvalidering for at realisere dets fulde potentiale, men de potentielle fordele ved at gøre det er betydelige.

Ledende forsker på papiret Dr. Taofeeq Ibn-Mohammed fra WMG ved University of Warwick sagde:

"De stigende omkostninger til energi og bekymringer om miljøpåvirkningen af ​​fremstillingsprocesser har nødvendiggjort behovet for mere effektiv og bæredygtig fremstilling. Den keramiske industri er en energiintensiv industrisektor, og derfor er potentialet for at forbedre energieffektiviteten enormt."

"Vores forskning er den første omfattende tekno-økonomiske analyse af en række sintringsteknikker, sammenligne dem med den nyligt udviklede koldsintringsproces (CSP). Vi finder, at der er klare økonomiske og miljømæssige fordele, hvis keramikindustrien skulle tage den kolde sintringsproces ud af laboratorier og ind i kommerciel fremstilling."