El vidrio y la reforma energética: ¿Producción sostenible gracias a la electricidad?

2022 es el año internacional del vidrio. Y, sin embargo, muchas fábricas de vidrio luchan por sobrevivir. Altos costos de energía y CO considerable₂ Las emisiones significan que la producción de vidrio enfrenta un futuro desafiante. Los investigadores de FAU y Technische Hochshchule Nürnberg Georg Simon Ohm están realizando actualmente una investigación destinada a encontrar una solución para hacer que la producción de vidrio sea más sostenible sin depender de los combustibles fósiles. Su enfoque se basa en hornos eléctricos.

«Usamos vidrio en nuestra vida cotidiana mucho más de lo que creemos, a veces de color, a veces transparente, para una amplia gama de funciones diferentes», dice el Prof. Dr. Dominique de Ligny de la Cátedra de Vidrio y Cerámica de la FAU. «No solo para ventanas, sino también para las pantallas de nuestros teléfonos inteligentes, para frascos de almacenamiento, en palas rotativas en turbinas eólicas o en la producción de láseres».

La producción de vidrio requiere grandes cantidades de energía. Para producir vidrio, varias materias primas deben calentarse en un horno a temperaturas superiores a 1600 grados centígrados. Esta alta temperatura se logra quemando gas natural, pero grandes cantidades de CO₂ se liberan en el proceso. El aumento de los precios del gas natural significa que las fábricas de vidrio se enfrentan a enormes aumentos en los costos de fabricación. Mientras tanto, los costos de energía representan más del 40% de los costos totales, mientras que antes de 2020 solo representaban el 14%.

Una tendencia que ya está poniendo al borde del cierre a varias fábricas de vidrio.

Derretir vidrio usando electricidad

Junto con el Prof. Dr. Sven Wiltzsch de la Facultad de Ingeniería de Materiales de TH Nürnberg, el Prof. Dr. Dominique de Ligny ya ha estado investigando métodos para hacer que la producción de vidrio sea más sostenible e independiente de los combustibles fósiles desde 2020. Una opción es calentar hornos con electricidad en lugar de gas natural. Para calentar la materia prima con electricidad, se colocan electrodos en el borde del crisol de vidrio. La electricidad fluye entre los electrodos, transfiriendo energía al material y haciendo que comience a derretirse.

«Si suponemos que podremos usar energía verde en el futuro, eso haría que este método fuera mucho más sostenible. Este proceso solo liberaría cantidades muy pequeñas de CO₂, ya que los procesos de fusión puramente eléctricos no implican ninguna combustión. Productos secundarios como el CO₂ o ya no se liberaría monóxido de carbono», explica el profesor Wiltzsch. «Si el horno funciona con electricidad, se pierde menos energía que cuando se convierte, por ejemplo, en hidrógeno. Por lo tanto, el sistema es más eficiente».

Vidrio azul en lugar de vidrio marrón

Sin embargo, durante sus experimentos, los investigadores se encontraron con un problema: su método no es adecuado para producir vidrio marrón, pero el vidrio marrón es vital para ciertos propósitos. El vidrio marrón es necesario, por ejemplo, para almacenar medicamentos y alimentos, ya que los protege de los rayos UV.

La razón por la que el método no es adecuado para producir vidrio marrón es la alta concentración de oxígeno en los hornos eléctricos. En los hornos tradicionales, la atmósfera tiene poco oxígeno, pero en un horno eléctrico, los niveles de oxígeno son altos. La alta concentración de oxígeno en el horno cambia las reacciones químicas a nivel de los átomos, produciendo vidrio azul en lugar de café.

Nicole Ostermeier está investigando las propiedades atómicas especiales del vidrio marrón en su tesis de licenciatura. Estudia ciencia aplicada de materiales en TH Nürnberg y está investigando en FAU sobre por qué el vidrio marrón pierde su color y cómo cambia el proceso de fusión cuando se usa electricidad.

«Si entendiéramos el efecto que tiene el oxígeno en el color del vidrio, también seríamos capaces de producir vidrio marrón usando electrodos, lo que haría que todo el proceso de producción de vidrio fuera más sostenible», dicen el Prof. de Ligny y el Prof. Wiltzsch.