Spaniolii vor construi cel mai mare cuptor hibrid din lume pentru producţia sticlei, unde două tipuri de energie vor fi combinate

Când vorbim despre consum de energie, partea cea mai vizibilă şi menţionată de obicei e cea de electricitate, acolo tranziţia la surse cu zero emisii fiind cumva mai directă şi mai uşor de înţeles. Dar un capitol enorm de consum al energiei, mult mai puţin observat, e căldura industrială. Aici vorbim şi despre cuptoarele imense din metalurgie, şi despre producţia de ciment, dar şi despre producţia de sticlă, toate trei atribute fiind indispensabile pentru civilizaţie, întrucât ele ne produc elementele de bază pentru dezvoltare şi construcţie. Aceste industrii au nevoie de căldură uriaşă în procesele lor, adeseori de circa 1.500°C sau mai mult, iar această căldură e de cele mai multe ori produsă prin adere combustibil fosil. Înlocuirea arderii cu încălzire rezistivă prin electricitate poate suna ca o soluţie evidentă, dar în practică, la asemenea temperaturi apar pierderi enorme de randament la folosirea electricităţii din cauza disipării diferite a căldurii şi altor efecte adverse date de dimensiunea şi forma cuptoarelor. O flacără poată încălzi un cuptor mare, însă încălzirea rezistivă Joule foloseşte electrozii plasaţi în pereţii cuptorului, care nu-l pot încălzi la fel bine şi omogen dacă volumul interior e mare. Aşadar, există încă provocări mari legate de eficienţă, randament şi scalare, chiar dacă tehnologiile de bază sunt cunoscute. Şi inginerii din întreaga lume caută soluţii pe care să le aplică pentru a obţine în final reducerea emisiilor. Ei bine, în curând spaniolii vor construi cel mai mare cuptor hibrid din lume pentru producţia sticlei, unde două tipuri de energie vor fi combinate într-un echilibru bine calculat, pentru a atinge efectul maxim de randament şi reducere a emisiilor.

Noul cuptor hibrid va fi construit la fabrica Saint-Globain din Avilles, Spania, iar Saint-Globain e unul din cei mai mari producători de sticlă din lume, în lumea auto fiind renumit de mulţi ani pentru producţie de parbrizuri, lunete şi geamuri laterale. Impactul de CO2 pe care-l generează producţia de sticlă pentru o maşină, apropo, e cuantificat în acel indicator de impact total la producţie, pe care-l au maşinile.

Tehnologia care va sta la baza noului cuptor, însă, a fost dezvoltată de Saint-Globain în parteneriat cu unul din cei mai mari concurenţi ai săi, compania AGC. Cele două companii au elaborat un proiect numit Volta, cofinanţat de UE, care a presupus crearea unei tehnologii hibride în căutarea echilibrului cel mai benefic pentru cuptoarele de sticlă. Primul cuptor mic de test a fost instalat la o fabrică AGC din Cehia, operând cu 50% gaz şi 50% electricitate. Acum, însă, va fi construit primul cuptor industrial de talie mare, completă, care va duce proporţia la 75% electricitate şi 25% gaz.

Cuptorul e unul uriaş, având o dimensiune care i-ar determina un consum anual de gaz de circa 330 GWh. La un conţinut mediu de energie de 10,55 kWh într-un metru cub de gaz, asta înseamnă cam 31,28 milioane de metri cubi de gaz consumaţi anual în mod normal. Noua tehnologie, însă, va reduce consumul de gaz cu 80%, adică cu 265 GWh, lăsând doar circa 65 GWh.

Cum funcţionează noul cuptor hibrid, deci? În mod normal, materia primă care formează compoziţia sticlei — nisipul, carbonatul de sodiu, calcarul şi sticla reciclată sunt topite prin încălzirea la 1.500-1.600°C, devenind o masă lichidă omogenă. Într-un cuptor obişnuit, flacăra arde deasupra băii de sticlă, iar flacăra şi bolta refractară a cuptorului disipă uniform căldura către toată suprafaţa materialului topit. După asta, materialul topit trece prin rafinare, omogenizare şi eliminare a bulelor, iar după asta sticla topită curge pe o baie de staniol topit, unde gravitaţia şi tensiunea de suprafaţă formează o suprafaţă perfect plană a viitoarei sticle, care e apoi răcită controlat pe măsură ce înaintea pe linia de producţie.

Noul cuptor electrifică parţial prima parte, cea mai energofagă, a topirii sticlei. Iar aici vine partea cea mai interesantă. Dacă acest cuptor ar fi 100% electric, apare un efect fizic interesant atunci când o nouă masă de sticlă intră în cuptor pentru reciclare. Sticla răcită e un izolator electric foarte bun, în timp ce sticla topită devine un conductor ionic. Asta înseamnă că e nevoie de mult mai multă energie rezistivă iniţial pentru a topi sticla, însă odată topită, sticla însăşi devine un element rezistiv şi participă activ la tot procesul de topire al amestecului. Despre asta se ştia demult şi electrozi pentru electrificare parţială există şi acum pe scară largă, doar că aceştia au o contribuţie de doar 5-15%, intervenind doar în părţile când materialul e topit bine deja. Noul cuptor, însă, introduce mult mai mulţi electrozi în podeaua cuptorului într-o formă în care podeaua e denivelată şi electrozii ajung între materialul supus topirii.

Asta îi permite o operare mult mai eficientă a încălzirii rezistive. Flacăra de deasupra rămâne valabilă, iar ea asigură menţinerea temperaturii ambientale corecte în cuptor şi o disipare corectă a căldurii. Temperatura ambientală mare ajută la topirea rapidă a amestecului solid de materii prime şi transformarea lor în masă topită, după care sarcina cea mai mare e preluată de electrozi, în timp ce flacăra arde doar pentru a menţine temperatura şi a asigura omogenitatea şi calitatea produsului.

Partea la fel de curioasă e că acea flacără vine din gazul ars cu oxigen pur introdus în ardere, nu cu aer atmosferic. Asta mai contribuie la reducerea emisiilor şi, teoretic, permite ca emisiile de pe coş să fie formate din CO2 pur, care poate fi captat uşor direct la sursă. Despre arderea cu oxigen pur am vorbit şi în cazul unei fabrici imense de ciment din Germania care-şi reduce astfel emisiile cu 95%.

Ei bine, ca şi la ciment, unele emisii de la producţie de sticlă vin de la materia primă, în special calcarul, nu dor de la arderea combustibilului. Aşa că, deşi consumul de gaz e redus cu 80%, emisiile de CO2 vor fi reduse cu 50%. Şi tot datorită arderii specifice cu oxigen apare şi mica discrepanţă în electrificarea a 75% din energia de ardere, dar obţinerea economiei de 80% din consumul de gaz.

Aşadar, inginerii de la Saint-Globain şi AGC au calculat că proporţia de 75% electrificare şi 25% gaz în energia consumată în noul cuptor dă randamentul maxim al procesului industrial la scară largă. Dacă se mergea la 80-90% sau mai mult de electrificare, consumul total de energie ar fi crescut din cauza pierderilor aferente în procesele cele mai energofage. Aşa, însă, păstrarea arderii cu flacără în acest proces permite un randament final mult mai bun, spun aceştia.

Şi tot ei mai spun că la nivel fizic şi chimic noul cuptor are deja un echilibru foarte bun, dar echilibrul economic n-ar asigura peste tot un randament mai mare al noului cuptor hibrid în comparaţie cu unul electric, deoarece în multe ţări europene electricitatea industrială e prea scumpă, iar înlocuirea ei cu gazul poate fi mai costisitoare, chiar dacă se face parţial şi echilibrat. Tocmai de asta a fost aleasă Spania ca ţară unde să fie construit noul cuptor hibrid, locul unde electricitatea e vândute cu 11-12 cenţi fără TVA, ir în unele industrii se pot obţine preţuri şi mai bune. Cu un asemenea preţ la electricitatea, şi randamentul economic devine unul ce aduce progres şi competitivitate.