Miglioramenti tecnologici dell'efficienza energetica nel vetro

Data: 21 febbraio 2023

Authors: Alessandra Cantini, Leonardo Leoni, Saverio Ferraro, Filippo De Carlo, Chiara Martini, Fabrizio Martini and Marcello Salvio

Fonte:Processi 2022, 10(12), 2653

DOI:https://doi.org/10.3390/pr10122653

(Questo articolo appartiene al numero speciale Tecnologie per sistemi energetici climaticamente neutri)

L’industria del vetro è ad alta intensità energetica e consuma circa 500-700 milioni di GJ ogni anno. Sostituire le attrezzature inefficienti con attrezzature più performanti è una buona strategia per ridurre il consumo energetico di uno stabilimento vetrario. Poiché esistono molte soluzioni alternative, la scelta di quale miglioramento tecnologico implementare è solitamente difficile. Pertanto, è fondamentale una revisione delle soluzioni per ridurre il consumo energetico in uno stabilimento di produzione del vetro. La letteratura offre studi simili, ma non sono sufficientemente aggiornati e non rappresentano l’effettivo stato dell’arte, che andrebbe aggiornato. Pertanto, questo documento si propone di fornire un elenco aggiornato di soluzioni alternative, raggruppandole in diverse categorie (ad esempio, la fase del processo).

Inoltre, questo articolo indaga l’attuale applicabilità delle soluzioni di risparmio energetico in Italia. Nello specifico viene considerato un campione di 103 aziende italiane e viene analizzata la tipologia di interventi che le aziende hanno recentemente implementato o che intendono adottare. Sono state condotte analisi statistiche ed economiche quantitative per evidenziare le soluzioni più popolari e determinarne il rapporto costo-efficacia. Dai risultati emerge che la maggior parte degli interventi consistono nella sostituzione di macchinari con altri più efficienti, soprattutto nei sistemi ausiliari (132 su 426). Il risultato di questo documento potrebbe rappresentare una guida per selezionare soluzioni di risparmio energetico.

Il processo di produzione negli impianti di produzione del vetro è tipicamente ad alta intensità energetica e richiede grandi quantità di risorse. È stato stimato che il processo di lavorazione del vetro consuma circa 5÷7 GJ per tonnellata di vetro prodotta [1], e la produzione mondiale di vetro è di circa 100 milioni di tonnellate/anno [2]. A livello mondiale, i prodotti di vetro sono prodotti da 1141 aziende e gruppi in 91 paesi, con una capacità totale giornaliera di oltre 500 tonnellate/giorno (https://plants.glassglobal.com/login/ (accesso il 27 maggio 2021)) [3 ]. In Italia la produzione di vetro ammonta a circa 6 milioni di tonnellate/anno, con circa 2,7 Mt di CO2 prodotte e un consumo di 970 milioni di Sm3/anno di gas naturale (circa l'1% del consumo nazionale di gas naturale) [4].

Dato il significativo impatto che l’industria manifatturiera ha sulla sostenibilità ecologica globale e considerando la crescente pressione economica introdotta da un mercato competitivo e dalla riduzione delle risorse energetiche disponibili, è diventata una preoccupazione primaria ottimizzare l’efficienza energetica dei sistemi produttivi [5,6 ]. In questa prospettiva, per ridurre i consumi energetici nel settore del vetro è possibile agire sia a livello tecnologico che gestionale. Concentrandosi sugli aspetti tecnologici, una delle strategie da perseguire è quella di migliorare gli impianti produttivi modificando o sostituendo attrezzature inefficienti con altre più performanti e meno energivore [7]. Gli interventi possono considerare sia gli asset che compongono il processo produttivo per la produzione del vetro, sia i sistemi ausiliari (es. motori, compressori). Altri settori propongono analisi di interventi tecnologici per l'efficienza energetica dei processi produttivi, come l'industria del cemento[8] e l'industria delle fonderie[9].

Il processo di produzione del vetro può essere suddiviso in quattro macrofasi, quali (i) preparazione della fusione, (ii) fusione e raffinazione, (iii) condizionamento e stampaggio e (iv) finitura (vedere Figura 1).

Secondo la Figura 1, il processo di produzione inizia con la preparazione della fusione, che inizia dopo la fornitura delle materie prime. La principale materia prima utilizzata per produrre il vetro è la sabbia (70–72%), principalmente sotto forma di silice, che agisce come agente vetrificante nel processo chimico. Alla sabbia vengono aggiunti diversi componenti, tra cui un agente fondente (carbonato di sodio, 14%), uno stabilizzante (calcare, 10%), ossidi per determinare le caratteristiche chimico-fisiche e spesso rottami di vetro (rotolo di vetro). Una volta approvvigionate le materie prime, durante la preparazione della fusione, queste vengono pesate, macinate e miscelate nella giusta quantità per ottenere le proprietà richieste dal prodotto finale. Segue la fase di fusione e raffinazione, in cui i materiali vengono gradualmente riscaldati fino a circa 1500 gradi Celsius. Inizialmente viene rimossa parte dell'acqua e viene effettuata una fase di ossidazione per consentire la dissociazione dei carbonati e dei solfati. L'impasto viene poi riscaldato in forno fino allo scioglimento della massa vetrosa, agevolato dall'aggiunta di sostanze fondenti.