Descarbonização: Celsian

A melhor visão é de perspetivas

Rene Meuleman* descreve alguns dos combustíveis alternativos para produção de vidro e afirma que qualquer afastamento dos combustíveis fósseis necessitará de uma alteração de mentalidades, bem como de tecnologia.

Glasgow tornou-o bastante claro novamente; a forma como produzimos vidro terá de mudar e tornar-se neutra em carbono e temos menos de 30 anos para o fazer. Não há dúvida de que a produção de vidro é uma indústria que consome muita energia e, ao ser forçada a afastar-se da utilização de combustível fóssil, terá de mudar de tecnologia e, muito provavelmente, precisará de uma mentalidade diferente.

Desde a introdução de fornos de regeneração, a indústria do vidro percorreu um longo caminho e alcançou, ano após ano, os maiores índices de melhoria da eficiência energética entre as indústrias grandes consumidoras de energia.

Infelizmente, a melhoria da eficiência do combustível fóssil tradicional que alimentava os fornos quase parou por volta do ano 2000. Isto mostra-nos que esta tecnologia foi levada aos seus limites em termos de eficiência energética? Ainda não, mas está perto destes limites e as novas tecnologias de fundição e a utilização de energia renovável têm de ser equacionadas.

Irão surgir muitos designs novos de fornos de vidro, mas, antes de mergulharmos na forma que o forno do futuro deve ter, temos de responder a outras perguntas importantes: «Que tipo de energia renovável se tornará suficientemente disponível, será adequado aos nossos processos, será

Desenvolvimento do preço ETS 2017-2021

suficientemente eficiente em termos de energia, estará disponível a um preço comercialmente aceitável e nos locais onde se encontram os polos de produção de vidro?

Infraestruturas

A maioria dos polos de produção de vidro atuais, especificamente fábricas de recipientes de vidro, não está localizada em áreas industriais recentemente criadas. Por isso, a maioria não terá as infraestruturas de energia renovável no local ou mesmo perto.

A energia elétrica suficiente no local será limitada e o fornecimento de hidrogénio, bem como de oxigénio suficiente, mais provavelmente não existirá.

Para fornecer a quantidade de energia elétrica e/ou hidrogénio e oxigénio será preciso investimento e pode ser bastante moroso.

Eur/ton

Desenvolvimento do preço ETS� Que tipo de energia renovável se tornará disponível de forma suficiente?

Hidrogénio

Em primeiro lugar, observemos a definição de hidrogénio verde: o hidrogénio verde é produzido ao dividir a água usando eletricidade verde. 1 kg de hidrogénio contém 33,33 kWh de energia utilizável.

Em 2015, o preço do hidrogénio era de cerca de 0,18$/kWh, mas espera-se que diminua para 0,06$/kWh até 2025.

Opção TRL Entrada

no Mercado Capex (milhão de EUR)24, 25

Substituição do Combustível:

Substituição dos combustíveis fósseis usados atualmente Eletrificação do 6-7 2030combustível27

0,5 /kt de vidro

Gás verde em vez de gás natural Combustão de hidrogénio 8 2020

4 -

CO 2(C)Poupança de (E) energia26

100 % (C) 15-25 % (E) 100 % (C) - (E) 75-84 % (C) - (E)

Design do Processo:

Melhorias de eficiência energética e/ou substituição de processos de produção

Forno elétrico 7 2030

(3,5-5 por MW instalado (tamanho normal forno de 10 MW) (vidro de mesa 5-6 MW)

Forno de oxicombustível 9 Presente 15

Pré-aquecimento resíduos de vidro/ lote 9 Presente 3-4

100 % (C) 15-25 % (E)

8-10 % (C) - (E) 15 % (C) 10-20 % (E)28

Produção de eletricidade 8 2020

Optimelt TCR Plus 7 2025 1,7-4,9

15+3,5-4,5 para forno de 100 kt/ano

- (C) 5 % (E)

15-25 % (C) 15-25 % (E)29

Fonte de Dados

Fraunhofer (2019a)

PB & DNV GL (2015b) Fraunhofer (2019a)

Relatório WEC (2018)

Reynolds (2019) PB & DNV GL (2015b) Meuleman (2017) Sundaram (2016) Baukal (2013)

Wallenberger (2010) PB & DNV GL (2015b)

Forni et al. (2014) Ricardo-AEA (2013) PB & DNV GL (2015b)

de Diego (2016)

Tabela 1. O TRL (Nível de Disponibilidade da Tecnologia) da utilização de hidrogénio nas aplicações de � vidro é baixo, mas, provavelmente, aumentará devido a vários estudos de I&D.

Estimulado pelo lobby do hidrogénio, o mundo do vidro também fala cada vez mais sobre a utilização do hidrogénio nos seus fornos.

Recentemente, muitos projetos de investigação, entre eles um projeto do GlassTrend, dedicaram-se a perceber se o hidrogénio podia ser utilizado num forno tradicional de oxicombustível.

Aparentemente, do ponto de vista do processo de combustão e transferência de calor, o hidrogénio servirá. Os próximos passos focam-se no impacto que um espaço de combustão cheio de vapor de água terá no processo de fundição, na espuma, na qualidade do vidro e no desgaste refratário.

Por isso, o TRL (Nível de Disponibilidade da Tecnologia) da utilização de hidrogénio nas aplicações de vidro ainda é relativamente baixo, mas, provavelmente, aumentará devido a vários estudos de I&D, não só os do GlassTrend. estamos muito longe disso.

Porém, sejamos positivos e assumamos que ficará disponível em breve e mais ou menos de forma suficiente. O que acontecerá é que será utilizado por quem não pode passar sem ele para se tornar verde, como a indústria do aço, química e cimento, bem como a automóvel.

A indústria do vidro utilizará o hidrogénio apenas como fonte de calor, sendo extremamente ineficaz em termos energéticos, enquanto o aço, por exemplo, precisa dele como reagente e fonte de calor em quantidades muito maiores.

Dessa perspetiva, é questionável se o hidrogénio ficará disponível para a indústria do vidro a um nível de preços aceitável.

Não se esqueça de que a energia elétrica num forno de vidro é duas vezes mais eficiente em termos energéticos quando comparada com a combustão de hidrogénio e, no fim de contas, ambos serão provenientes da mesma fonte de energia renovável, que é a energia elétrica verde!

Energia elétrica

A utilização de energia elétrica no processo de fundição do vidro é muito mais eficiente em termos energéticos em comparação com qualquer processo de combustão, incluindo a queima de hidrogénio.

Também é fornecida com o mínimo de emissões de NOx, SOx e, claro, CO2.

A queima de hidrogénio, que foi produzido utilizando energia elétrica verde em primeiro lugar, num forno de oxihidrogénio alcançará uma eficiência energética de 45 %, ao passo que a eficiência energética da energia elétrica ronda os 85 %. Todavia, há alguns pontos negativos que devem ser equacionados.

Em primeiro lugar, a quantidade de energia elétrica que pode ser fornecida a um forno existente é limitada.

Furar orifícios no fundo de um forno antigo existente é uma operação bastante arriscada, mesmo tendo em conta que os estudos de modelação demonstraram que pode ser instalada 20-25 % de energia elétrica num design tradicional de forno sem as perturbações da corrente de convecção provocarem defeitos no vidro.

Posto isto, aumentar a quantidade de energia elétrica de fundição durante a reparação de um forno ainda deve ser equacionado, mas devem ser utilizados estudos de modelagem para encontrar a posição ideal dos elétrodos.

Nos casos em que será instalada > 60 % da energia elétrica de fundição, os regeneradores tornar-se-ão inúteis e é preciso equacionar a passagem para o oxicombustível.

Disponibilidade do hidrogénio

Estamos longe do ponto em que o hidrogénio verde estará suficientemente disponível para toda a indústria.

Hoje em dia, infelizmente 98 % do hidrogénio é proveniente do gás natural. Deve ficar claro, desde que seja esse o caso, que o gás natural deve ser utilizado em vez do hidrogénio.

Assim que o hidrogénio verde ficar disponível, começará a tornar-se interessante, mas, mais uma vez, ainda

Previsão dos Níveis do Preço do Hidrogénio

Por outras palavras, se tiver de ser instalada mais energia elétrica, devem ser equacionados novos designs de forno e, na nossa opinião, é questionável se esse design terá um impacto semelhante em comparação com os fornos que utilizamos atualmente e, em especial, se esse design tem de cumprir todas as percentagens pretendidas em termos de flexibilidade da cor, volume de produção e resíduos de vidro.

Existe uma relação negativa entre flexibilidade, tamanho do forno e eficiência energética. Por outras palavras: não haverá um design de forno neutro em carbono «de tamanho único».

Onde começar?

A descarbonização da indústria do vidro para cumprir o Acordo de Paris sobre o Clima é um grande desafio e pode ser dividido em três temas principais: � Que tipos de fontes de energia renovável ficarão disponíveis e quando estarão disponíveis nas minhas instalações? � Qual o impacto que terão no CapEx e OpEx? � Quais são as soluções técnicas disponíveis para utilizá-los?

Responder a estas perguntas pode ser comparado à questão sobre quem nasceu primeiro, o ovo ou a galinha? Porque temos de investigar as soluções técnicas para utilizar uma fonte específica de energia renovável se sabemos antecipadamente que não estará disponível em quantidades suficientes e, muito provavelmente, será demasiado dispendiosa? Ou, se não sabemos se uma fonte de energia específica funcionará no nosso processo específico de produção de vidro, porque devemos esperar por ela?

Ao discutir isto a nível interno, concluímos que temos uma matriz de resposta multidimensional que tem de ser resolvida para quase todas as situações diferentes. É ainda mais complexo porque a solução tem de abranger a estratégia de descarbonização para os próximos 30 anos. Enfrentamos um misto de desafios técnicos puros, considerações comerciais, situações locais e um sentimento de estarmos a observar uma bola de cristal desfocada.

Encontrar sinergias

Para diminuir com sucesso e, por fim, minimizar a sua pegada de carbono, provavelmente terá de começar a equacionar sinergias com outras empresas. O que pode ser usado de outras empresas e o que pode ser partilhado com outras empresas? Calor desperdiçado, flexibilidade de energia para estabilizar a rede, resíduos que se transformam em matérias-primas, etc., são assuntos importantes.

Na CelSian, em conjunto com os nossos parceiros, contribuímos para resolver estas perguntas complexas há 30 anos e, em conjunto, iremos eliminar o máximo possível de pontos de interrogação, tratar da avaliação do risco, encontrar as sinergias com outras empresas e oferecer a melhor estratégia para a sua futura licença para operar e manter-se ativo da forma mais lucrativa. �

Referências:

https://www.pbl.nl/en/publications/ decarbonisation-options-for-the-dutchcontainer-and-tableware-glass-industry https://www.iea.org/reports/the-future-ofhydrogen

*Diretor de Desenvolvimento de Negócios, CelSian, Eindhoven, Países Baixos www.celsian.nl

Especialistas em vidro

Suporte e otimização de processo Formação e P&D

O objetivo da Celsian é minimizar o custo de produção de vidro para os utilizadores finais e para o ambiente. Temos uma equipa ágil de especialistas em vidro que utiliza métodos comprovados, como a modelação de fornos, medições em laboratório e verificações práticas do estado dos fornos para otimizar os processos de fundição do vidro. Temos um vasto catálogo de formações para operadores e tecnologistas de vidro, preparamos programas dedicados e módulos de elearning. Esforçamo-nos por sermos o melhor parceiro para a otimização da produção de vidro em todo o mundo.

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