Melhorias tecnológicas de eficiência energética em vidro

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 Tecnologias para Sistemas Energéticos Neutros para o Clima)

A indústria do vidro é altamente intensiva em energia, consumindo aproximadamente 500-700 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. Dado que existem muitas soluções alternativas, a escolha de qual melhoria tecnológica implementar é normalmente 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 estão suficientemente atualizados e não representam o atual estado da arte, que deve ser atualizado. Assim, este artigo pretende fornecer uma lista atualizada de soluções alternativas, agrupando-as em diferentes categorias (por exemplo, a fase do processo).

Além disso, este artigo investiga a aplicabilidade atual de soluções de poupança de energia em 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. Foram realizadas análises quantitativas estatísticas e económicas para destacar as soluções mais populares e determinar a sua relação custo-eficácia. Os resultados mostram que a maioria das intervenções consiste na substituição de máquinas por outras mais eficientes, principalmente em sistemas auxiliares (132 de 426). O resultado deste artigo poderá representar um guia para selecionar soluções de poupança de energia.

O processo de produção em fábricas de vidro normalmente consome muita energia e requer grandes quantidades de recursos. Foi estimado que o processo de fabricação de vidro consome cerca de 5÷÷7 GJ por tonelada de vidro produzido [1], e 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 1.141 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 ]. Em Itália, a produção de vidro ascende a aproximadamente 6 milhões de toneladas/ano, com cerca de 2,7 Mt de CO2 produzidos 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 a nível tecnológico como gerencial. Focando nos aspectos tecnológicos, uma das estratégias a seguir é melhorar as instalações 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 da produção de vidro como também os sistemas auxiliares (ex. 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 para fusão, (ii) fusão e refino, (iii) condicionamento e moldagem e (iv) acabamento (ver Figura 1).

Conforme Figura 1, o processo produtivo inicia-se com a preparação da fusão, que se inicia após o fornecimento da matéria-prima. A principal matéria-prima utilizada para a 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 químico-físicas e, muitas vezes, restos de vidro (casco). 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 1.500 graus Celsius. Inicialmente, parte da água é retirada e é realizada uma fase de oxidação para permitir a dissociação de carbonatos e sulfatos. A mistura é então aquecida em um forno até a massa de vidro derreter, facilitada pela adição de substâncias fundentes.