Glas og energireformen:Bæredygtig produktion takket være elektricitet?

2022 er det internationale år for glas. Og alligevel kæmper mange glasfabrikker for at overleve. Høje energiomkostninger og betydelig CO₂ emissioner betyder, at glasproduktionen går en udfordrende fremtid i møde. Forskere ved FAU og Technische Hochshchule Nürnberg Georg Simon Ohm er i gang med forskning, der sigter mod at finde en løsning til at gøre glasproduktionen mere bæredygtig uden at være afhængig af fossile brændstoffer. Deres tilgang er baseret på elektrisk drevne ovne.

"Vi bruger glas langt mere i vores hverdag, end vi er klar over, nogle gange farvet, nogle gange gennemsigtigt, til en lang række forskellige funktioner," siger prof. dr. Dominique de Ligny fra formanden for glas og keramik på FAU. "Ikke kun til vinduer, men også til vores smartphoneskærme, til opbevaringskrukker, i roterende vinger i vindmøller eller i produktionen af ​​lasere."

Fremstilling af glas kræver store mængder energi. For at fremstille glas skal forskellige råmaterialer opvarmes i en ovn ved temperaturer på over 1600 grader Celsius. Denne høje temperatur opnås ved afbrænding af naturgas, men store mængder CO₂ frigives i processen. Stigende priser på naturgas betyder, at glasfabrikkerne står over for enorme stigninger i produktionsomkostningerne. I mellemtiden udgør energiomkostningerne mere end 40 % af de samlede omkostninger, mens de før 2020 kun udgjorde 14 %.

En tendens, der allerede placerer flere glasfabrikker på randen af ​​lukning.

Smelter glas ved hjælp af elektricitet

Sammen med prof. dr. Sven Wiltzsch fra Det Materialtekniske Fakultet på TH Nürnberg har prof. dr. Dominique de Ligny allerede siden 2020 forsket i metoder til at gøre glasproduktion mere bæredygtig og uafhængig af fossile brændstoffer. En mulighed er at opvarme ovne med elektricitet i stedet for naturgas. For at opvarme råmaterialet ved hjælp af elektricitet er der fastgjort elektroder til kanten af ​​glassmeltediglen. Elektricitet flyder mellem elektroderne og overfører energi til materialet og får det til at begynde at smelte.

"Hvis vi antager, at vi vil være i stand til at bruge grøn energi i fremtiden, ville det gøre denne metode meget mere bæredygtig. Denne proces ville kun frigive meget små mængder CO₂ , da rent el-baserede smelteprocesser ikke involverer nogen forbrænding. Sideprodukter såsom CO₂ eller kulilte ville ikke længere blive frigivet," forklarer prof. Wiltzsch. "Hvis ovnen drives ved hjælp af elektricitet, går der mindre energi tabt, end det er tilfældet ved f.eks. omdannelse af brint. Systemet er derfor mere effektivt."

Blå glas i stedet for brunt glas

Under deres eksperimenter stødte forskerne dog på et problem:deres metode er ikke egnet til at fremstille brunt glas, men brunt glas er afgørende til visse formål. Brunt glas er for eksempel nødvendigt til opbevaring af medicin og fødevarer, da det beskytter dem mod UV-stråler.

Grunden til, at metoden ikke egner sig til at fremstille brunt glas, er den høje koncentration af ilt i elektriske ovne. I traditionelle ovne er atmosfæren iltfattig, men i en elektrisk ovn er iltniveauet højt. Den høje koncentration af ilt i ovnen ændrer kemiske reaktioner på atomniveau og producerer blåt snarere end brunt glas.

Nicole Ostermeier undersøger de særlige atomare egenskaber ved brunt glas i sin bachelorafhandling. Hun studerer anvendt materialevidenskab på TH Nürnberg og forsker på FAU i, hvorfor brunt glas mister sin farve, og hvordan smelteprocessen ændrer sig, når der bruges elektricitet.

"Hvis vi forstod, hvilken effekt ilt har på glassets farve, ville vi også være i stand til at fremstille brunt glas ved hjælp af elektroder, hvilket gør hele glasproduktionsprocessen mere bæredygtig," siger prof. de Ligny og prof. Wiltzsch. + Udforsk yderligere

Forskere producerer omkostningseffektivt, miljøvenligt glasmateriale