¿Producción sostenible gracias a la electricidad?

2022 es el año internacional del vidrio. Y, sin embargo, muchas fábricas de vidrio luchan por sobrevivir. Los elevados costes energéticos y las considerables emisiones de CO2 hacen que la producción de vidrio se enfrente a un futuro difícil. Los investigadores de la FAU y de la Technische Hochshchule Nürnberg Georg Simon Ohm están investigando para encontrar una solución que haga más sostenible la producción de vidrio sin depender de los combustibles fósiles. Su enfoque se basa en hornos de funcionamiento eléctrico.

«En nuestra vida cotidiana utilizamos el vidrio mucho más de lo que pensamos, a veces coloreado, a veces transparente, para toda una serie de funciones diferentes», afirma el profesor Dr. Dominique de Ligny, de la Cátedra de Vidrio y Cerámica de la FAU. «No sólo para las ventanas, sino también para las pantallas de nuestros smartphones, para los tarros de almacenamiento, en las palas giratorias de los aerogeneradores o en la producción de láseres».

La producción de vidrio requiere grandes cantidades de energía. Para producir vidrio, hay que calentar varias materias primas en un horno a temperaturas superiores a 1600 grados Celsius. Esta alta temperatura se consigue quemando gas natural, pero en el proceso se liberan grandes cantidades de CO2. El aumento de los precios del gas natural hace que las fábricas de vidrio tengan que hacer frente a enormes aumentos de los costes de fabricación. Entretanto, los costes energéticos suponen más del 40% de los costes totales, mientras que antes de 2020 solo representaban el 14%.

Una tendencia que ya está poniendo a varias fábricas de vidrio al borde del cierre.

Fundir vidrio con electricidad

Junto con el Prof. Dr. Sven Wiltzsch, de la Facultad de Ingeniería de Materiales de la TH Nürnberg, el Prof. Dr. Dominique de Ligny lleva investigando desde 2020 métodos para que la producción de vidrio sea más sostenible e independiente de los combustibles fósiles. Una opción es calentar los hornos con electricidad en lugar de con gas natural. Para calentar la materia prima con electricidad, se colocan electrodos en el borde del crisol de vidrio. La electricidad fluye entre los electrodos, transfiriendo energía al material y haciendo que empiece a fundirse.

«Si suponemos que en el futuro podremos utilizar energía verde, este método sería mucho más sostenible. Este proceso sólo liberaría cantidades muy pequeñas de CO2, ya que los procesos de fusión basados exclusivamente en la electricidad no implican ninguna combustión. Ya no se liberarían productos secundarios como el CO2 o el monóxido de carbono», explica el profesor Wiltzsch. «Si el horno funciona con electricidad, se pierde menos energía que en el caso de la conversión de hidrógeno, por ejemplo. Por tanto, el sistema es más eficiente».

Vidrio azul en lugar de vidrio marrón

Sin embargo, durante sus experimentos, los investigadores se encontraron con un problema: su método no es adecuado para producir vidrio marrón, pero el vidrio marrón es vital para ciertos fines. El vidrio marrón es necesario, por ejemplo, para almacenar medicamentos y alimentos, ya que los protege de los rayos UV.

La razón por la que el método no es adecuado para producir vidrio marrón es la alta concentración de oxígeno en los hornos eléctricos. En los hornos tradicionales, la atmósfera es baja en oxígeno, pero en un horno eléctrico, los niveles de oxígeno son altos. La alta concentración de oxígeno en el horno modifica las reacciones químicas a nivel de los átomos, produciendo un vidrio azul en lugar de marrón.

Nicole Ostermeier está investigando las propiedades atómicas especiales del vidrio marrón en su tesis de licenciatura. Estudia ciencias de los materiales aplicadas en TH Nürnberg, y está investigando en la FAU por qué el vidrio marrón pierde su color y cómo cambia el proceso de fusión cuando se utiliza la electricidad.

«Si comprendiéramos el efecto que tiene el oxígeno en el color del vidrio, también podríamos producir vidrio marrón utilizando electrodos, lo que haría más sostenible todo el proceso de producción de vidrio», dicen los profesores de Ligny y Wiltzsch.

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