Lietuvos mokslininkai kuria inovaciją, galinčią pakeisti stiklo pramonę

Stiklo pramonė yra viena iš daugiausiai energijos naudojančių ir didžiausią CO₂ pėdsaką paliekančių industrijų. Pagrindinė to priežastis – stiklo lydymui naudojamos gamtinės dujos, kurių degimo metu išskiriama daug anglies dvideginio. Spręsti šią problemą siekia Lietuvos mokslininkai kartu su partneriais iš Vokietijos ir Švedijos – jie kuria inovatyvius plazmos degiklius, galinčius iš dalies pakeisti iškastinį kurą ir sumažinti stiklo gamybos poveikį klimatui.

Tvarūs sprendimai

2023 m. Lietuvos energetikos institutas (LEI) pradėjo tarptautinį projektą „Tvari šilumos gamyba su adaptyvia kuro technologija“ (GIFFT). Jo tikslas – pakeisti stiklo lydymo procese naudojamą iškastinį kurą, diegiant alternatyvius, mažai CO₂ išskiriančius energijos šaltinius. Neseniai pasibaigė projekto bandomasis etapas, kurio metu buvo testuojami du inovatyvūs plazmos degiklio prototipai, galintys sumažinti stiklo pramonės anglies dioksido emisijas.

Gegužę bandymus Lietuvoje kartu su LEI mokslininkais atliko projekto partneriai – Vokietijos įmonių „PlasmaAir“ ir „SCHOTT“ atstovai bei tyrėjai iš Chalmerso technologijos universiteto (Švedija). Testuoti du plazmos degiklio prototipai, kurių vieną sukūrė plazmos palaikomo degimo srityje besispecializuojantys vokiečiai „PlasmaAir“, o kitą – LEI mokslininkai.

Abu šie degikliai skiriasi savo konstrukcija. Vokiečių sukurtas degiklis plazmos srautą sukuria iš vandenilio ir metano dujų mišinio, o degimui reikalingas deguonis į šį srautą įterpiamas vėliau. Tuo tarpu Lietuvos mokslininkų sukurtas degiklis plazmos srautui formuoti naudoja deguonį, o kuras įterpiamas jau į suformuotą plazmą.

Bandymų metu buvo lyginama, kuris degiklis turi daugiau privalumų. Svarbų vaidmenį šiame procese atliko tyrėjai iš Chalmerso technologijos universiteto, kurie vykdė išsamius matavimus, naudodami pažangią diagnostinę įrangą. Vis dėlto, galutiniai atsakymai paaiškės tik atlikus kruopščią surinktų duomenų analizę Švedijoje. Kitais metais degiklius planuojama išbandyti nebe laboratorijoje, bet stiklo gamykloje, imituojant realias gamybos sąlygas.

Svarbūs pokyčiai

„PlasmaAir“ atstovas dr. Steffen Pauly džiaugėsi sėkmingai pavykusiu eksperimentu ir išreiškė viltį, kad išbandyti plazmos degikliai greitai galės pasitarnauti stiklo pramonei.

„Atlikome eksperimentą su mūsų sukurtu plazmos degikliu, kuris kaip plazmos dujas naudoja vandenilį, o į plazmos srautą vėliau įterpiamas metanas ir deguonis. Iš pradžių kilo iššūkių, tačiau eksperimentas buvo sėkmingas, esame labai patenkinti, kad viskas pavyko pakankamai sklandžiai, – pasakojo jis. – Projekto metu ieškome įvairių būdų, kaip elektrifikuoti šildymo procesus stiklo pramonėje – tai itin svarbu siekiant reikšmingai sumažinti CO₂ emisijas. Šiuo metu dauguma stiklo gamintojų kaip pagrindinį šilumos šaltinį naudoja gamtines dujas, o jų degimas yra svarbiausia anglies dioksido išmetimo priežastis šioje industrijoje. Mūsų siūloma plazminė sistema leistų išlaikyti esamą šiluminę galią, tačiau dalį energijos tiekti elektros pagalba, taip ženkliai sumažinant CO₂ emisijas.“

Platus pritaikymas

Bandymų metu testuotus degiklius siekiama iš pradžių pritaikyti Vokietijos stiklo gamintojai  „SCHOTT“ ir bendrovei „Panevėžio stiklas“. Pasak projekto koordinatoriaus, LEI vyriausiojo mokslo darbuotojo dr. Nerijaus Striūgo, plazmos degikliai ateityje gali būti panaudoti ne tik stiklo pramonėje, bet ir kitose šakose, kur būtinos aukštos temperatūros. Pavyzdžiui, cemento ar aliuminio pramonėse. Jei projektas vystysis sėkmingai, pašnekovo manymu, naujos technologijos stiklo gamyboje gali būti įgyvendintos per artimiausią dešimtmetį.

„Abu išbandyti degikliai turi savo privalumų ir trūkumų. Mūsų sukurtas degiklis išsiskiria stabilumu ir deguonies naudojimu plazmos formavimui, kas suteikia didesnį lankstumą bei galimybes naudoti įvairius degiųjų dujų mišinius. Tuo tarpu partnerių „PlasmaAir“ degiklis degiųjų dujų mišinį naudoja savo viduje, todėl jo pritaikymas kitiems dujų mišiniams yra ribotas. Kita vertus, partneriai jau daugelį metų specializuojasi plazmos sistemų kūrime ir siūlo paruoštus galutinius produktus, o jų inžineriniai sprendimai leidžia greitai šalinti gedimus, užtikrinant aukštą patikimumą bei ilgaamžiškumą stiklo krosnyse. Tai – išties svarbu, nes krosnys stiklo pramonėje  be sustojimo turi veikti net kelis dešimtmečius. Stabdyti jų darbą yra brangu ir rizikinga, kadangi nukritus temperatūrai, stiklas sukietėja ir krosnį reikia perstatyti iš naujo“, – paaiškino jis.

Projekto koordinatorius pasakoja, kad svarbus bandymų tikslas buvo išmatuoti krosnyje degančios liepsnos temperatūrą, įvertinti fizikinius proceso parametrus, šilumos pernašos intensyvumą. Kitas laukiantis žingsnis – bandymai pačioje stiklo gamykloje, imituojant realias gamybos sąlygas.

„Labiausiai norėjosi pamatyti plazminio degiklio veikimo procesą krosnies viduje. Nors panašių bandymų atviroje patalpoje atlikta daug, buvo įdomu stebėti, kaip viskas veikia pačioje krosnyje, aukštoje temperatūroje. Pirminiai rodikliai buvo išties geri, tačiau tiksliau rezultatus galėsime įvertinti tik kartu su partneriais iš Chalmerso technologijos universiteto atlikus surinktų duomenų analizę, – sako jis. – Įvertinę rezultatus ir optimizavę degiklių veikimą, kitų metų pavasarį vyksime į „SCHOTT“ gamyklą, kur juos išbandysime eksperimentinėje krosnyje, beveik realiomis sąlygomis.“

Naujos galimybės

LEI Degimo procesų laboratorijoje vykusių eksperimentų eigą atidžiai stebėjo Vokietijos stiklo gamintojo „SCHOTT“ atstovas Volkeris Ohmstede. Jis atskleidė, kad įmonės tikslas – per artimiausią dešimtmetį tapti neutralia CO₂ atžvilgiu. Tačiau tai neįmanoma, kol stiklo gamybos procese naudojamas metanas – pagrindinis CO₂ emisijų šaltinis stiklo lydymo metu.Todėl „SCHOTT“ aktyviai ieško sprendimų, leidžiančių transformuoti energijos tiekimą. GIFFT projekto metu kuriami plazminiai degikliai yra vienas iš realiausių žingsnių šia kryptimi.

V. Ohmstede pabrėžė, kad plazminiai degikliai atveria svarbias naujas galimybes. Jie leidžia derinti skirtingus energijos šaltinius – iškastinį kurą ir elektrą – ir taip lanksčiai reaguoti į energijos prieinamumą ar kainų svyravimus. Tokia hibridinė sistema itin aktuali pereinant prie švaresnės pramonės. Pavyzdžiui, dienos metu būtų galima naudoti elektrą iš atsinaujinančių šaltinių, o naktį ar esant energijos trūkumui, grįžti prie metano.