ガラスのエネルギー効率の向上技術

日付: 2023 年 2 月 21 日

著者: アレッサンドラ・カンティーニ、レオナルド・レオニ、サヴェリオ・フェラーロ、フィリッポ・デ・カルロ、キアラ・マルティーニ、ファブリツィオ・マルティーニ、マルチェロ・サルヴィオ

ソース：プロセス 2022、10(12)、2653

土井：https://doi.org/10.3390/pr10122653

(この記事は、クライメートニュートラル エネルギー システムのためのテクノロジー特集号に属します)

ガラス産業は非常にエネルギー集約的であり、毎年約 5 億～7 億 GJ を消費します。 非効率な装置をより性能の良い装置に置き換えることは、ガラス工場のエネルギー消費を削減するための良い戦略です。 代替ソリューションが多数あるため、どの技術改善を実装するかを選択するのは通常困難です。 したがって、ガラス工場のエネルギー消費を削減するためのソリューションを検討することが極めて重要です。 文献には同様の研究が記載されていますが、それらは十分に最新のものではなく、更新されるべき実際の最先端技術を表していません。 したがって、この文書は、代替ソリューションをさまざまなカテゴリ (プロセス段階など) に分類して、代替ソリューションの最新リストを提供することを目的としています。

さらに、この論文はイタリアにおける省エネソリューションの現在の適用可能性を調査します。 具体的には、イタリア企業 103 社のサンプルが検討され、企業が最近実施した、または導入する予定の介入の種類が分析されます。 最も人気のあるソリューションを強調し、その費用対効果を判断するために、定量的な統計分析と経済分析が実施されました。 その結果、ほとんどの介入は、主に補助システムにおいて、機械をより効率的なものに置き換えることで構成されていることが示されています（426 件中 132 件）。 この論文の成果は、省エネソリューションを選択するためのガイドとなる可能性があります。

ガラス製造工場の生産プロセスは通常、エネルギーを大量に消費し、大量のリソースを必要とします。 ガラス製造プロセスでは、製造されるガラス 1 トンあたり約 5÷÷7 GJ が消費されると推定されており [1]、世界のガラス生産量は年間約 1 億トンです [2]。 世界中で、ガラス製品は 91 か国の 1,141 の企業やグループによって生産されており、毎日の総生産能力は 500 トン/日を超えています (https://plants.glassglobal.com/login/ (2021 年 5 月 27 日にアクセス)) [3] ]。 イタリアでは、ガラス生産量が年間約 600 万トンで、CO2 が約 270 万トン生成され、天然ガスが年間 9 億 7,000 万 Sm3 消費されています (全国の天然ガス消費量の約 1%) [4]。

製造業が世界的な生態系の持続可能性に大きな影響を与えていることを考慮し、競争市場によってもたらされる経済的圧力の増大と利用可能なエネルギー資源の減少を考慮すると、生産システムのエネルギー効率を最適化することが主要な関心事となっています[5,6]。 ]。 この観点から、ガラス部門のエネルギー消費を削減するには、技術レベルと経営レベルの両方で行動することが可能です。 技術的側面に焦点を当てると、追求すべき戦略の 1 つは、非効率な装置をより性能が高く、エネルギー消費量の少ない装置に改造または交換することによって生産プラントを改善することです [7]。 介入では、ガラス生産の生産プロセスを構成する資産と補助システム (エンジン、コンプレッサーなど) の両方が考慮される場合があります。 セメント産業 [8] や鋳物産業 [9] など、他のセクターは製造プロセスのエネルギー効率を高めるための技術的介入の分析を提案しています。

ガラスの製造プロセスは、(i) 溶融準備、(ii) 溶融と精製、(iii) コンディショニングと成形、(iv) 仕上げといった 4 つのマクロ段階に分類できます (図 1 を参照)。

図1によれば、製造プロセスは原料の供給後に始まる溶融調製から始まります。 ガラスの製造に使用される主な原料は砂 (70 ～ 72%) であり、主にシリカの形であり、化学プロセスでガラス化剤として機能します。 溶解剤 (ソーダ灰、14%)、安定剤 (石灰石、10%)、化学的物理的特性を決定するための酸化物、および多くの場合ガラスのスクラップ (カレット) など、さまざまな成分が砂に追加されます。 原材料を調達したら、溶融調製中に、最終製品に必要な特性を得るために、適切な量で秤量、粉砕、混合されます。 続いて溶融および精製段階が行われ、材料は徐々に摂氏約 1500 度まで加熱されます。 最初に水の一部が除去され、酸化段階が実行されて炭酸塩と硫酸塩が解離されます。 次に、混合物を炉内でガラス塊が溶融するまで加熱します。溶融物質の添加により促進されます。