2022 är det internationella glasåret. Och ändå kämpar många glasfabriker för att överleva. Höga energikostnader och betydande CO₂ utsläppen innebär att glasproduktionen går en utmanande framtid till mötes. Forskare vid FAU och Technische Hochshchule Nürnberg Georg Simon Ohm bedriver just nu forskning som syftar till att hitta en lösning för att göra glasproduktionen mer hållbar utan att förlita sig på fossila bränslen. Deras tillvägagångssätt bygger på elektriskt drivna ugnar.

"Vi använder glas mycket mer i våra vardagliga liv än vi inser, ibland färgat, ibland genomskinligt, för en hel rad olika funktioner", säger Prof. Dr. Dominique de Ligny från ordföranden för glas och keramik vid FAU. "Inte bara för fönster, utan också för våra smartphoneskärmar, för förvaringsburkar, i roterande blad i vindturbiner eller vid produktion av lasrar."

Att tillverka glas kräver stora mängder energi. För att tillverka glas måste olika råvaror värmas i en ugn vid temperaturer över 1600 grader Celsius. Denna höga temperatur uppnås genom förbränning av naturgas, men stora mängder CO₂ släpps i processen. Stigande priser på naturgas gör att glasfabrikerna står inför enorma ökningar av tillverkningskostnaderna. Under tiden står energikostnaderna för mer än 40 % av de totala kostnaderna, medan de före 2020 bara stod för 14 %.

En trend som redan placerar flera glasfabriker på randen av stängning.

Smälta glas med el

Tillsammans med Prof. Dr Sven Wiltzsch från fakulteten för materialteknik vid TH Nürnberg har Prof. Dr. Dominique de Ligny redan forskat om metoder för att göra glasproduktionen mer hållbar och oberoende av fossila bränslen sedan 2020. Ett alternativ är att värma ugnar med el istället för naturgas. För att värma råvaran med elektricitet fästs elektroder på kanten av glassmältdegeln. Elektricitet flödar mellan elektroderna, överför energi till materialet och gör att det börjar smälta.

"Om vi ​​antar att vi kommer att kunna använda grön energi i framtiden skulle det göra den här metoden mycket mer hållbar. Denna process skulle bara frigöra mycket små mängder CO₂ , eftersom rent elbaserade smältprocesser inte innebär någon förbränning. Biprodukter som CO₂ eller kolmonoxid skulle inte längre frigöras", förklarar prof. Wiltzsch. "Om ugnen drivs med elektricitet går mindre energi förlorad än vad som är fallet vid omvandling av väte till exempel. Systemet är därför mer effektivt."

Blå glas istället för brunt glas

Under sina experiment stötte forskarna dock på ett problem:deras metod är inte lämplig för att tillverka brunt glas, men brunt glas är livsviktigt för vissa ändamål. Brunt glas krävs till exempel för att lagra medicin och livsmedel, eftersom det skyddar dem från UV-strålar.

Anledningen till att metoden inte lämpar sig för att tillverka brunt glas är den höga koncentrationen av syre i elektriska ugnar. I traditionella ugnar är atmosfären låg i syre, men i en elektrisk ugn är syrenivåerna höga. Den höga koncentrationen av syre i ugnen förändrar kemiska reaktioner på atomnivå och producerar blått snarare än brunt glas.

Nicole Ostermeier undersöker brunt glass speciella atomegenskaper i sin kandidatuppsats. Hon studerar tillämpad materialvetenskap vid TH Nürnberg och forskar vid FAU om varför brunt glas tappar färg och hur smältprocessen förändras när elektricitet används.

"Om vi ​​förstod vilken effekt syre har på glasets färg, skulle vi också kunna tillverka brunt glas med hjälp av elektroder, vilket gör hela glasproduktionsprocessen mer hållbar", säger prof. de Ligny och prof. Wiltzsch. + Utforska vidare

Forskare producerar kostnadseffektivt, miljövänligt glasmaterial