Il 2022 è l'anno internazionale del vetro. Eppure molte vetrerie stanno lottando per sopravvivere. Elevati costi energetici e notevole CO₂ emissioni significano che la produzione di vetro deve affrontare un futuro difficile. I ricercatori della FAU e della Technische Hochshchule Nürnberg Georg Simon Ohm stanno attualmente conducendo ricerche volte a trovare una soluzione per rendere la produzione di vetro più sostenibile senza fare affidamento sui combustibili fossili. Il loro approccio si basa su forni azionati elettricamente.

"Usiamo il vetro molto più nella nostra vita quotidiana di quanto ci rendiamo conto, a volte colorato, a volte trasparente, per un'intera gamma di funzioni diverse", afferma il Prof. Dr. Dominique de Ligny della Cattedra di Vetro e Ceramica alla FAU. "Non solo per le finestre, ma anche per gli schermi dei nostri smartphone, per i vasetti di conservazione, nelle pale rotanti nelle turbine eoliche o nella produzione di laser."

La produzione del vetro richiede grandi quantità di energia. Per produrre il vetro, diverse materie prime devono essere riscaldate in un forno a temperature superiori a 1600 gradi Celsius. Questa temperatura elevata si ottiene bruciando gas naturale, ma grandi quantità di CO₂ vengono rilasciati nel processo. L'aumento dei prezzi del gas naturale significa che le fabbriche di vetro stanno affrontando enormi aumenti dei costi di produzione. Nel frattempo, i costi energetici rappresentano oltre il 40% dei costi totali, mentre prima del 2020 rappresentavano solo il 14%.

Una tendenza che sta già mettendo diverse vetrerie sull'orlo della chiusura.

Fusione del vetro usando l'elettricità

Insieme al Prof. Dr. Sven Wiltzsch della Facoltà di Ingegneria dei Materiali al TH Norimberga, il Prof. Dr. Dominique de Ligny ha già ricercato metodi per rendere la produzione del vetro più sostenibile e indipendente dai combustibili fossili dal 2020. Un'opzione è riscaldare forni ad energia elettrica anziché a gas naturale. Per riscaldare la materia prima usando l'elettricità, gli elettrodi sono attaccati al bordo del crogiolo di vetro. L'elettricità scorre tra gli elettrodi, trasferendo energia al materiale e facendolo iniziare a fondere.

"Se presumiamo di essere in grado di utilizzare l'energia verde in futuro, ciò renderebbe questo metodo molto più sostenibile. Questo processo rilascerebbe solo quantità molto piccole di CO₂ , poiché i processi di fusione basati esclusivamente sull'elettricità non comportano alcuna combustione. Prodotti collaterali come CO₂ o il monossido di carbonio non verrebbe più rilasciato", spiega il Prof. Wiltzsch. "Se il forno viene azionato utilizzando l'elettricità, si perde meno energia rispetto, ad esempio, alla conversione dell'idrogeno. Il sistema è quindi più efficiente."

Vetro blu invece di vetro marrone

Durante i loro esperimenti, però, i ricercatori si sono imbattuti in un problema:il loro metodo non è adatto alla produzione di vetro marrone, ma il vetro marrone è fondamentale per determinati scopi. Il vetro marrone è necessario, ad esempio, per conservare medicinali e generi alimentari, poiché li protegge dai raggi UV.

Il motivo per cui il metodo non è adatto per la produzione di vetro marrone è l'elevata concentrazione di ossigeno nei forni elettrici. Nei forni tradizionali, l'atmosfera è povera di ossigeno, ma in un forno elettrico i livelli di ossigeno sono alti. L'elevata concentrazione di ossigeno nella fornace modifica le reazioni chimiche a livello degli atomi, producendo vetro blu anziché marrone.

Nicole Ostermeier sta studiando le speciali proprietà atomiche del vetro marrone nella sua tesi di laurea. Sta studiando scienze applicate dei materiali al TH Norimberga e conduce ricerche presso la FAU sul motivo per cui il vetro marrone perde il suo colore e su come cambia il processo di fusione quando viene utilizzata l'elettricità.

"Se comprendessimo l'effetto dell'ossigeno sul colore del vetro, saremmo anche in grado di produrre vetro marrone utilizzando gli elettrodi, rendendo l'intero processo di produzione del vetro più sostenibile", affermano il Prof. de Ligny e il Prof. Wiltzsch. + Esplora ulteriormente

I ricercatori producono materiale di vetro economico ed ecologico