Eru rafmagnsofnar framtíð glerframleiðslu?
Yfirlit yfir glerframleiðslu
Glerframleiðsla er venjulega orkufrek. Glerofnar geta náð 1300-1550 ºC til að bræða og betrumbæta hráefnin, allt eftir samsetningu sem krafist er.
Jarðgas og raforka eru helstu orkugjafar, hvernig sem sögulega séð hefur gleriðnaðurinn verið hrifinn af gasi vegna þess að það er rótgróin tækni, með lágt verð, háan hreinleika, auðvelt að stjórna og þeirri staðreynd að engin krafa er um geymsluaðstöðu. Gasofnar hafa langan líftíma, að meðaltali yfir 12 ár og stundum allt að 20 ár.
Þar til nýlega hafa rafknúnir glerbræðsluofnar verið notaðir fyrir sérglös, og sérstaklega gler með verulegum rokgjörnum innihaldsefnum eins og flúorópalgleri, bórsílíkötum og blýkristalli. Áhugi fer vaxandi á að auka notkun þess í gegnum iðnaðinn.
Framleiðsla rafmagns glerofna
Áhrifaríkasta aðferðin við framleiðslu á rafmagnsgleri er að nota rafskaut sem sökkt er í glerið annaðhvort sem rafhleðslu (sem veitir 5-20% af heildarorkuinntakinu) eða rafbræðslu. Rafskautin sem eru á kafi eru tengd við aflgjafa og spenni til að leiða rafstraum í gegnum glerið.
Í alrafmagnsofnum kemur bræðsluorkan frá rafskautunum (joule hiti), þar sem gasbrennari er notaður við fyrstu gangsetningu eða sem neyðarhitagjafi. Þessir ofnar starfa aðallega „kaldur toppur“, þar sem hráefninu er dreift jafnt yfir bræðsluflöt glersins og myndar einangrandi „lotu teppi“. Bráðnun og hreinsun fer fram í einu lóðréttu ferli þar sem gler er dregið í gegnum háls neðst á djúpum bræðslutanki.
Kostir rafbræðslu
Rafmagnsofnar bjóða upp á nokkra kosti fram yfir gasofna. Til dæmis hafa þeir mjög litla beina losun CO2, varma NOx eða SOx losun. Með þrýstingi um að draga úr losun frá bæði viðskiptavinum og löggjöf er þetta verulegur ávinningur. Þó að hægt sé að bæta hefðbundna gasofna til að draga úr losun getur það leitt til flóknari tækni sem leiðir til viðbótarviðhalds, notkunar á óumhverfisvænum efnum og takmarkanir á endingartíma búnaðar.
Annar ávinningur er að hitatap frá rafmagnsofnum er mun minna. Hitanýtni gasofna nær hámarki í um 45%. Þetta þýðir að meiri orka tapast sem hiti en er notað til að breyta hráefninu í bráðið gler. Varmatap verður frá yfirbyggingu ofnsins og í afgangslofttegundum, jafnvel þótt varmaendurnýtingarkerfi séu notuð. Aftur á móti þýðir rafmagnsaðferðin að bræðsluorkan er flutt beint inn í glerið. Hitanýting getur verið yfir 70% jafnvel í litlum rafmagnsofni og getur náð 85% í stórum rafmagnsofni.
Alrafmagnsofnar eru líka orkunýtnari en gasknúnir ofnar; þeir nota um 35% minni orku. Munurinn á orkunýtni er sérstaklega mikilvægur fyrir litla ofna. Þegar ofnastærð minnkar helst orkunýtni rafmagnsofna mjög mikil, en nýtni gasofna minnkar verulega og getur verið innan við 20%.
Rafmagnshækkun getur verið mjög áhrifarík leið til að draga úr heildarorkunotkun. Það þýðir líka að orkulosun getur verið mjög einbeitt, sem hjálpar til við að ákvarða aðstæður í glerbaðinu. Í sumum tilfellum getur vel hannað uppörvunarkerfi bætt einsleitni glergæða, fræ- og steintap. Aftur á móti, í gasofnum, þar sem einbeitt orkulosun er ekki möguleg, geta ónákvæmar hitastigssnið myndast í glerinu.
Helsti kostur við kalda rafmagnsofninn er að allt sem fer inn í lotuna helst í glerinu, fyrir utan lofttegundirnar sem losna við bræðsluferlið og streyma út í gegnum teppið. Tap á innihaldsefnum lotu eins og flúor, bór, blý, ýmis rokgjörn hreinsunarefni og önnur innihaldsefni er nánast eytt.
Ókostir við alrafmagnsbráðnun
Þó að rafmagnsofnar hafi lægri fjármagnskostnað hafa þeir styttri líftíma (2-7 ár samanborið við 10-20 ár fyrir hefðbundna ofna) og hærri orkukostnað. Hagkvæmni rafofna er nátengd raforkukostnaði miðað við gas. Meiri varma- og orkunýtni getur vegið upp á móti þessum kostnaði fyrir smærri ofna, en þetta gæti ekki verið raunin fyrir stærri ofna.
Lágum umhverfisáhrifum er aðeins viðhaldið ef ofninn getur tekið við orku frá endurnýjanlegum orkugjöfum og krefst raforkukerfis sem er áreiðanlegt og stöðugt.
Það eru líka rekstrarleg sjónarmið. Til dæmis, viðhald rafskauta til að takmarka meiri viðnám af völdum slits. Ekki er hægt að bræða gler með hærri hita (>1500C) og áhyggjur eru af tæringu/rof á rafskautsefni frá ákveðnum glersamsetningum. Ennfremur getur endurunnið gler verið vandamál sem krefst nýrra meðhöndlunaraðferða.
Niðurstaða
Víðast hvar er samt umhverfisvænna að brenna jarðefnaeldsneyti í ofni en að nota það til að framleiða rafmagn til rafbræðslu. En þar sem endurnýjanlegar orkugjafar auka framlag sitt til raforkuframleiðslu mun þetta ástand breytast. Svo virðist sem umbætur í orkunýtni tækni við bruna jarðefnaeldsneytis hafi jafnast. Eftir því sem losunarlöggjöf tekur við og neytendur krefjast í auknum mæli efnis og tækni sem eru umhverfisvæn, gæti vel verið að glerframleiðsla breytist frá gasi til raforku. Aðrir kostir rafbræðslu, eins og betri hitauppstreymi og orkunotkun, munu einnig teljast í hag.
