Für die Herstellung von Spezialgläsern werden bei Schmelztemperaturen von bis zu 1.700 °C große Mengen an Energie benötigt. Der Einsatz von regenerativen Energien und neuen Technologien kann dazu beitragen, sie langfristig klimaneutral zu machen.

 

 

 

Motivation und Zielstellung

 

Glas ist als technischer Werkstoff in der heutigen Welt unverzichtbar geworden. Seine vielfältigen Anwendungen reichen von Haushaltsgeräten, dem Automobilbereich und der Baubranche über Bauteile in der Optoelektronik bis hin zur Pharmazie und Medizin. Bei der Glasherstellung werden bisher für die Beheizung von Schmelzwannen, aber auch für Umformungsprozesse, fossile Brennstoffe eingesetzt. Dadurch entstehen erhebliche Mengen an CO₂.

Das Projekt MiGWa hat sich daher zum Ziel gesetzt, zwei neuartige und innovative Technologien zur direkten Vermeidung des Hauptanteils der CO₂-Emissionen bei der Glasherstellung zu erforschen. Dafür werden in Zusammenarbeit von der TU Bergakademie Freiberg (TUBAF), dem Gas- und Wärme-Institut Essen (GWI) sowie der SCHOTT AG in der dreijährigen Projektlaufzeit Prozesse im Labormaßstab erforscht. Mit den gewonnenen Erkenntnissen sollen entsprechende Beheizungsaggregate entwickelt und in Technikumsversuchen getestet werden.

So soll zum einen die benötigte Energie zum Aufschmelzen der Glasrohstoffe mittels Mikrowelle weitestgehend klimaneutral und mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad in die Glasschmelze eingebracht werden. Zum anderen wird die Beheizung der Schmelzwanne und die Heißnachverarbeitung mit Wasserstoffbrennern getestet. Die Auswirkungen dieser veränderten Bedingungen sowohl auf die Schmelz- und Umformungsprozesse, die Emissionen als auch auf die Produkteigenschaften liegen dabei im Fokus. Im Endergebnis soll dadurch der Einsatz von fossilen Brenngasen im Glasherstellungsprozess bei Erhaltung der geforderten Glasqualität weitestgehend reduziert werden. Ein Ersatz des fossilen Brennstoffs Erdgas durch klimaneutralen Wasserstoff oder regenerativ erzeugte elektrische Energie würde somit direkt und effektiv zur Vermeidung großer Mengen an Treibhausgasemissionen führen.

 

 

Innovation und Vorgehensweise

 

Im ersten Projektjahr sind zum Thema Mikrowelle die Erarbeitung von wissenschaftlichen Grundlagen für die Absorption von Mikrowellenstrahlung in Feuerfestmaterialien und Glas auf Basis experimenteller Laborversuche und numerischer Simulationen geplant. Insbesondere dem Thema Arbeitssicherheit beim Betrieb von Mikrowellengeneratoren kommt während der gesamten Projektlaufzeit eine große Bedeutung zu.

Von der TUBAF und dem GWI sollen unterschiedliche H₂-O₂-Brenner für die Glasschmelze und Heißformgebungsprozesse untersucht und falls notwendig, effiziente und schadstoffarme H₂-Oxy-Brennern entwickelt werden. Wichtige Kriterien sind Schadstoffentwicklung (insbesondere NO_x) und die Flammenlänge, damit Schäden an den Anlagen vermieden werden. Die Brenner müssen sowohl für ein Erdgas-H₂-Gemisch als auch für den Betrieb mit 100 % H₂ geeignet sein. Weitere wichtige Fragestellungen der Forschungspartner betreffen den Gesamtwärmeübergang auf die Versuchsgläser, die Bewertung der Abgase bzgl. Korrosion und die Identifizierung geeigneter Sensorik sowie Bewertungskriterien für Abgasmessungen. Im zweiten und dritten Jahr ist vorgesehen, die im Labor erarbeiteten Grundlagen und die Entwicklungen mit längeren Versuchsreihen an Technikumsanlagen bei SCHOTT zu testen. Unter produktionsnahen Prozessbedingungen sollen die Auswirkungen sowohl auf den Schmelzprozess und die Glaseigenschaften als auch auf die Heißformgebungsprozessen und die Produkteigenschaften bestimmt werden.

Ein positives Projektergebnis kann in den nächsten Jahren zu einem wegweisenden Technologiewandel und damit maßgeblich zur Dekarbonisierung von Bestandsanlagen beitragen.

 

 

Projektziele

 

1. Reduktion der verbrennungsbedingten CO₂-Emissionen durch Substitution fossiler Energieträger

2. Entwicklung bzw. Identifizierung von effizienten und schadstoffarmen H₂-Oxy-Brennern

3. Demonstration der untersuchten Technologien an produktionsnahen Anlagen

 

 

 

 

 

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• 20. - 23.10.2022 - glasstec 2022, Düsseldorf: Posterbeitrag Projektvorstellung MiGWa (download Poster)