Améliorations technologiques de l’efficacité énergétique du verre

Date : 21 février 2023

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

Source:Processus 2022, 10(12), 2653

EST CE QUE JE:https://doi.org/10.3390/pr10122653

(Cet article appartient au numéro spécial Technologies pour les systèmes énergétiques climatiquement neutres)

L’industrie du verre est très gourmande en énergie, consommant environ 500 à 700 millions de GJ chaque année. Remplacer les équipements inefficaces par des équipements plus performants est une bonne stratégie pour réduire la consommation énergétique d’une usine de verre. Étant donné qu’il existe de nombreuses solutions alternatives, le choix de l’amélioration technologique à mettre en œuvre est généralement difficile. Il est donc essentiel de revoir les solutions permettant de réduire la consommation d’énergie dans une usine de verre. La littérature propose des études similaires, mais elles ne sont pas suffisamment actuelles et ne représentent pas l’état actuel de l’art, qui mériterait d’être actualisé. Ainsi, cet article vise à fournir une liste actualisée de solutions alternatives, en les regroupant en différentes catégories (par exemple, l'étape du processus).

De plus, cet article étudie l'applicabilité actuelle des solutions d'économie d'énergie en Italie. Plus précisément, un échantillon de 103 entreprises italiennes est considéré et le type d'interventions que les entreprises ont récemment mises en œuvre ou qu'elles envisagent d'adopter est analysé. Des analyses statistiques et économiques quantitatives ont été menées pour mettre en évidence les solutions les plus populaires et déterminer leur rapport coût-efficacité. Les résultats montrent que la plupart des interventions consistent à remplacer les machines par des machines plus efficaces, principalement dans les systèmes auxiliaires (132 sur 426). Les résultats de cet article pourraient constituer un guide pour sélectionner des solutions d’économie d’énergie.

Le processus de production dans les usines de fabrication de verre est généralement énergivore et nécessite de grandes quantités de ressources. On a estimé que le processus de fabrication du verre consomme environ 5÷÷7 GJ par tonne de verre produite [1], et que la production mondiale de verre est d'environ 100 millions de tonnes/an [2]. Dans le monde, les produits en verre sont fabriqués par 1 141 entreprises et groupes dans 91 pays, avec une capacité totale quotidienne de plus de 500 tonnes/jour (https://plants.glassglobal.com/login/ (consulté le 27 mai 2021)) [3 ]. En Italie, la production de verre s'élève à environ 6 millions de tonnes/an, avec environ 2,7 Mt de CO2 produites et une consommation de 970 millions de Sm3/an de gaz naturel (environ 1 % de la consommation nationale de gaz naturel) [4].

Compte tenu de l’impact significatif de l’industrie manufacturière sur la durabilité écologique mondiale et compte tenu de la pression économique croissante introduite par un marché concurrentiel et la réduction des ressources énergétiques disponibles, il est devenu une préoccupation majeure d’optimiser l’efficacité énergétique des systèmes de production [5,6 ]. Dans cette perspective, pour réduire la consommation d’énergie dans le secteur du verre, il est possible d’agir à la fois au niveau technologique et managérial. En se concentrant sur les aspects technologiques, une des stratégies à poursuivre est d'améliorer les installations de production en modifiant ou en remplaçant les équipements inefficaces par des équipements plus performants et moins énergivores [7]. Les interventions peuvent considérer à la fois les actifs composant le processus de production de verre ainsi que les systèmes auxiliaires (par exemple, moteurs, compresseurs). D'autres secteurs proposent des analyses d'interventions technologiques pour l'efficacité énergétique des processus de fabrication, comme l'industrie du ciment [8] et l'industrie des fonderies [9].

Le processus de production du verre peut être décomposé en quatre macro-phases, telles que (i) la préparation de la fusion, (ii) la fusion et l'affinage, (iii) le conditionnement et le moulage, et (iv) la finition (voir Figure 1).

Selon la figure 1, le processus de production commence par la préparation de la fusion, qui commence après la fourniture des matières premières. La principale matière première utilisée pour produire du verre est le sable (70 à 72 %), principalement sous forme de silice, qui agit comme agent vitrifiant dans le processus chimique. Divers composants sont ajoutés au sable, dont un agent fondant (soude de soude, 14 %), un stabilisant (calcaire, 10 %), des oxydes pour déterminer les caractéristiques physico-chimiques et souvent des débris de verre (cacin). Après avoir obtenu les matières premières, lors de la préparation de la fusion, elles sont pesées, broyées et mélangées dans la bonne quantité pour obtenir les propriétés requises par le produit final. Vient ensuite la phase de fusion et de raffinage, au cours de laquelle les matériaux sont progressivement chauffés jusqu'à environ 1 500 degrés Celsius. Dans un premier temps, une partie de l'eau est éliminée, et une phase d'oxydation est réalisée pour permettre la dissociation des carbonates et sulfates. Le mélange est ensuite chauffé dans un four jusqu'à ce que la masse de verre fonde, facilitée par l'ajout de substances fondantes.