En ny teknisk-ekonomisk analys, av ett team ledd av en forskare från WMG vid University of Warwick, visar att den energiintensiva keramiska industrin skulle få både ekonomiska och miljömässiga fördelar om den övergick till att befria den kalla sintringsprocessen från att tyna bort i laboratorier till faktisk användning vid tillverkning av allt från högteknologisk till inhemsk keramik.

Den nya forskningen har just publicerats i Journal of the European Ceramic Society i en artikel med titeln "Decarbonising ceramic manufacturing:A techno-economic analysis of energy efficient sintering technology in the functional materials sector."

Den kalla sintringsprocessen (CSP) kombinerar värme, tryck och användning av vatten för att avsevärt minska energianvändningen eftersom det sänker de temperaturer som krävs för att producera keramik till cirka 300 grader Celsius. Detta är mycket mindre än andra processer som:Konventionell sintring, Lasersintring, Snabbtändande sintring, Vätskefas sintring, och Flash sintring som kräver mycket mer energi och behöver nå temperaturer från 1400 till 3000 grader Celsius beroende på processen och materialen som övervägs.

Men den lilla skalan av laboratoriebaserad CSP (som vanligtvis skapar fem gram keramik åt gången under labbförhållanden) har inneburit att tillverkarna har valt att fortsätta att förlita sig på andra metoder med betydligt högre temperaturer som antingen redan kan producera större mängder eller snabbt kan tillverka en serie småskalig högteknologisk keramik. University of Warwick ledde teamet trodde att tillverkarna inte hade utvecklat något liknande en fullständig förståelse för de potentiella ekonomiska och miljömässiga fördelarna med att använda CSP i tillverkningen – särskilt eftersom startkostnaderna för CSP är mycket lägre än andra processer.

Forskarna tittade på scenarier för bearbetning av tre separata funktionella oxider som används för att producera keramik:ZnO, PZT och BaTiO3. De jämförde kallsintring (CSP) med en rad andra sintringstekniker och tittade på avkastningen på investeringen. De fann att i alla tre fallen, även efter 15 års användning, de låga etableringskostnaderna för CSP gjorde det till det ekonomiskt mest attraktiva sintringsalternativet, med lägre kapitalkostnader och bästa avkastning på investeringen samt avsevärda energi- och utsläppsbesparingar.

Forskarna inser att övergången från laboratorium till industri för CSP kommer att kräva enormt olika faciliteter och instrumentering såväl som relevant validering av egendom/prestanda för att realisera dess fulla potential, men de potentiella fördelarna med att göra det är betydande.

Ledande forskare på tidningen Dr. Taofeeq Ibn-Mohammed från WMG vid University of Warwick sa:

"De stigande energikostnaderna och oron för miljöpåverkan från tillverkningsprocesser har nödvändiggjort behovet av mer effektiv och hållbar tillverkning. Den keramiska industrin är en energiintensiv industrisektor och följaktligen är potentialen att förbättra energieffektiviteten enorm."

"Vår forskning är den första heltäckande teknoekonomiska analysen av ett antal sintringstekniker, jämföra dem med den nyligen utvecklade kallsintringsprocessen (CSP). Vi finner att det finns klara ekonomiska och miljömässiga fördelar om keramikindustrin skulle ta den kalla sintringsprocessen ut från laboratorier och in i kommersiell tillverkning."