유리의 기술적 에너지 효율성 개선

날짜: 2023년 2월 21일

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

원천:프로세스 2022, 10(12), 2653

DOI:https://doi.org/10.3390/pr10122653

(이 기사는 기후 중립 에너지 시스템을 위한 특별 이슈 기술에 속합니다)

유리 산업은 에너지 집약적 산업으로 매년 약 5억~7억 GJ를 소비합니다. 비효율적인 장비를 더 나은 성능의 장비로 교체하는 것은 유리 공장의 에너지 소비를 줄이는 좋은 전략입니다. 대체 솔루션이 많기 때문에 구현할 기술 개선을 선택하는 것은 일반적으로 어렵습니다. 따라서 유리 공장에서 에너지 소비를 줄이기 위한 솔루션을 검토하는 것이 매우 중요합니다. 문헌은 유사한 연구를 제공하지만 최신 정보가 충분하지 않으며 업데이트되어야 하는 실제 기술 상태를 나타내지 않습니다. 따라서 이 문서에서는 대체 솔루션의 업데이트된 목록을 제공하고 이를 다양한 범주(예: 프로세스 단계)로 분류하는 것을 목표로 합니다.

또한, 이 문서에서는 이탈리아에서 에너지 절약 솔루션의 현재 적용 가능성을 조사합니다. 구체적으로, 103개 이탈리아 기업의 표본을 고려하고 기업이 최근에 구현했거나 채택하려는 개입 유형을 분석합니다. 가장 널리 사용되는 솔루션을 강조하고 비용 효율성을 결정하기 위해 정량적 통계 및 경제 분석이 수행되었습니다. 결과에 따르면 대부분의 개입은 주로 보조 시스템(426개 중 132개)에서 기계를 보다 효율적인 기계로 교체하는 것으로 구성됩니다. 본 백서의 결과는 에너지 절약 솔루션을 선택하기 위한 지침이 될 수 있습니다.

유리 제조 공장의 생산 공정은 일반적으로 에너지 집약적이며 많은 양의 자원이 필요합니다. 유리 제조 공정은 생산된 유리 1톤당 약 5~7GJ를 소비하는 것으로 추산되며[1], 전 세계 유리 생산량은 약 1억 톤/년입니다[2]. 전 세계적으로 유리 제품은 91개국 1,141개 기업 및 그룹에서 생산되며 일일 총 생산 능력은 500톤/일 이상입니다(https://plants.glassglobal.com/login/(2021년 5월 27일 접속)) [3 ]. 이탈리아의 유리 생산량은 연간 약 600만 톤에 달하며, 약 2.7 Mt의 CO2가 생산되고 연간 9억 7천만 Sm3의 천연가스 소비가 발생합니다(전국 천연가스 소비의 약 1%).

제조업이 지구 생태학적 지속가능성에 미치는 중대한 영향과 경쟁 시장으로 인한 경제적 압박 증가, 가용 에너지 자원의 감소를 고려할 때, 생산 시스템의 에너지 효율성을 최적화하는 것이 주요 관심사가 되었습니다[5,6 ]. 이러한 관점에서 유리 부문의 에너지 소비를 줄이기 위해 기술 및 관리 수준 모두에서 조치를 취하는 것이 가능합니다. 기술적 측면에 초점을 맞춰 추구해야 할 전략 중 하나는 비효율적인 장비를 더 나은 성능을 발휘하고 에너지 집약도가 낮은 장비로 수정하거나 교체하여 생산 공장을 개선하는 것입니다[7]. 개입은 유리 생산을 위한 생산 공정을 구성하는 자산과 보조 시스템(예: 엔진, 압축기)을 모두 고려할 수 있습니다. 다른 부문에서는 시멘트 산업[8] 및 주조 산업[9]과 같은 제조 공정의 에너지 효율성을 위한 기술적 개입에 대한 분석을 제안합니다.

유리 생산 공정은 (i) 융합 준비, (ii) 융합 및 정제, (iii) 컨디셔닝 및 성형, (iv) 마무리 등 4가지 매크로 단계로 나눌 수 있습니다(그림 1 참조).

그림 1에 따르면 생산 공정은 원료 공급 후 시작되는 융합 준비부터 시작됩니다. 유리 생산에 사용되는 주요 원료는 모래(70~72%)이며 주로 실리카 형태로 화학 공정에서 유리화제 역할을 합니다. 용해제(소다회, 14%), 안정제(석회석, 10%), 화학적-물리적 특성을 결정하는 산화물, 종종 유리 스크랩(파유리)을 포함한 다양한 구성 요소가 모래에 추가됩니다. 원료를 확보한 후 융합 준비 과정에서 최종 제품에 필요한 특성을 얻기 위해 적절한 양으로 계량, 분쇄 및 혼합됩니다. 그 다음에는 재료가 점차적으로 섭씨 1500도까지 가열되는 융합 및 정제 단계가 이어집니다. 처음에는 물의 일부가 제거되고 탄산염과 황산염이 분리될 수 있도록 산화 단계가 수행됩니다. 그런 다음 혼합물은 용해 물질을 첨가하여 유리 덩어리가 녹을 때까지 용광로에서 가열됩니다.