Melhorias Tecnológicas de Eficiência Energética em Vidros

Jul 24, 2023

Data: 21 de fevereiro de 2023

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

Fonte:Processos 2022, 10(12), 2653

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

(Este artigo pertence à edição especial Technologies for Climate-Neutral Energy Systems)

A indústria do vidro é altamente intensiva em energia, consumindo aproximadamente 500 a 700 milhões de GJ por ano. Substituir equipamentos ineficientes por equipamentos de melhor desempenho é uma boa estratégia para reduzir o consumo de energia de uma fábrica de vidro. Como existem muitas soluções alternativas, a escolha de qual melhoria tecnológica implementar costuma ser difícil. Portanto, uma revisão de soluções para reduzir o consumo de energia em uma fábrica de vidro é fundamental. A literatura oferece estudos semelhantes, mas não são suficientemente atualizados e não representam o estado da arte real, que deve ser atualizado. Assim, este artigo visa fornecer uma lista atualizada de soluções alternativas, agrupando-as em diferentes categorias (por exemplo, a etapa do processo).

Além disso, este artigo investiga a aplicabilidade atual de soluções de economia de energia na Itália. Especificamente, considera-se uma amostra de 103 empresas italianas e analisa-se o tipo de intervenções que as empresas implementaram recentemente ou que pretendem adotar. Análises estatísticas e econômicas quantitativas foram realizadas para destacar as soluções mais populares e determinar sua relação custo-benefício. Os resultados mostram que a maioria das intervenções consiste na substituição de máquinas por outras mais eficientes, principalmente em sistemas auxiliares (132 em 426). O resultado deste documento pode representar um guia para selecionar soluções de economia de energia.

O processo de produção em fábricas de fabricação de vidro é normalmente intensivo em energia e requer grandes quantidades de recursos. Estima-se que o processo de fabricação do vidro consuma cerca de 5÷÷7 GJ por tonelada de vidro produzida [1], sendo que a produção mundial de vidro é de cerca de 100 milhões de toneladas/ano [2]. Em todo o mundo, os produtos de vidro são produzidos por 1141 empresas e grupos em 91 países, com uma capacidade total diária de mais de 500 toneladas/dia (https://plants.glassglobal.com/login/ (acessado em 27 de maio de 2021)) [3 ]. Na Itália, a produção de vidro é de aproximadamente 6 milhões de toneladas/ano, com aproximadamente 2,7 Mt de CO2 produzido e um consumo de 970 milhões de Sm3/ano de gás natural (aproximadamente 1% do consumo nacional de gás natural) [4].

Dado o impacto significativo que a indústria transformadora tem na sustentabilidade ecológica global e considerando a crescente pressão económica introduzida por um mercado competitivo e a redução dos recursos energéticos disponíveis, tornou-se uma preocupação primordial otimizar a eficiência energética dos sistemas de produção [5,6 ]. Nessa perspectiva, para reduzir o consumo de energia no setor vidreiro, é possível atuar tanto em nível tecnológico quanto gerencial. Com foco nos aspectos tecnológicos, uma das estratégias a serem perseguidas é melhorar as plantas de produção, modificando ou substituindo equipamentos ineficientes por outros de melhor desempenho e menos intensivos em energia [7]. As intervenções podem considerar tanto os ativos que compõem o processo produtivo para a produção de vidro quanto os sistemas auxiliares (por exemplo, motores, compressores). Outros setores propõem análises de intervenções tecnológicas para a eficiência energética dos processos fabris, como a indústria cimenteira [8] e a indústria de fundições [9].

O processo de produção do vidro pode ser dividido em quatro macrofases, como (i) preparação da fusão, (ii) fusão e refino, (iii) condicionamento e moldagem e (iv) acabamento (ver Figura 1).

De acordo com a Figura 1, o processo de produção começa com a preparação da fusão, que se inicia após o fornecimento de matérias-primas. A principal matéria-prima utilizada na produção do vidro é a areia (70-72%), principalmente na forma de sílica, que atua como agente vitrificante no processo químico. Vários componentes são adicionados à areia, incluindo um agente de fusão (carbonato de sódio, 14%), um estabilizador (calcário, 10%), óxidos para determinar as características físico-químicas e, muitas vezes, restos de vidro (caco de vidro). Obtidas as matérias-primas, durante a preparação da fusão, elas são pesadas, moídas e misturadas na quantidade certa para obter as propriedades exigidas pelo produto final. Segue-se a fase de fusão e refino, na qual os materiais são gradualmente aquecidos até cerca de 1500 graus Celsius. Inicialmente, retira-se parte da água e realiza-se uma fase de oxidação para permitir a dissociação de carbonatos e sulfatos. A mistura é então aquecida em um forno até que a massa de vidro derreta, facilitada pela adição de substâncias de fusão.