2022 est l’année internationale du verre. Et pourtant, de nombreuses usines de verre peinent à survivre. Les coûts énergétiques élevés et les émissions de CO2 considérables signifient que la production de verre est confrontée à un avenir difficile. Des chercheurs de la FAU et de la Technische Hochshchule Nürnberg Georg Simon Ohm mènent actuellement des recherches visant à trouver une solution pour rendre la production de verre plus durable sans dépendre des combustibles fossiles. Leur approche est basée sur des fours électriques.
« Nous utilisons beaucoup plus le verre dans notre vie quotidienne que nous ne le pensons, parfois coloré, parfois transparent, pour toute une gamme de fonctions différentes », explique le professeur Dominique de Ligny de la chaire Verre et Céramique de la FAU. « Non seulement pour les fenêtres, mais aussi pour les écrans de nos smartphones, pour les bocaux de stockage, dans les pales rotatives des éoliennes ou dans la production de lasers. »
La production de verre nécessite de grandes quantités d’énergie. Afin de produire du verre, diverses matières premières doivent être chauffées dans un four à des températures supérieures à 1600 degrés Celsius. Cette température élevée est obtenue en brûlant du gaz naturel, mais de grandes quantités de CO2 sont libérées au cours du processus. La hausse des prix du gaz naturel signifie que les usines de verre sont confrontées à d’énormes augmentations des coûts de fabrication. Entre-temps, les coûts énergétiques représentent plus de 40 % des coûts totaux, alors qu’avant 2020, ils ne représentaient que 14 %.
Une tendance qui place déjà plusieurs verreries au bord de la fermeture.
Faire fondre du verre à l’électricité
En collaboration avec le professeur Dr. Sven Wiltzsch de la faculté de génie des matériaux du TH Nürnberg, le professeur Dr. Dominique de Ligny a déjà recherché des méthodes pour rendre la production de verre plus durable et indépendante des combustibles fossiles depuis 2020. Une option consiste à chauffer fournaises à l’électricité plutôt qu’au gaz naturel. Afin de chauffer la matière première à l’électricité, des électrodes sont fixées au bord du creuset de verre. L’électricité circule entre les électrodes, transférant de l’énergie au matériau et le faisant commencer à fondre.
« Si nous supposons que nous pourrons utiliser de l’énergie verte à l’avenir, cela rendrait cette méthode beaucoup plus durable. Ce processus ne dégagerait que de très petites quantités de CO2, car les processus de fusion purement électriques n’impliquent aucune combustion. des produits tels que le CO2 ou le monoxyde de carbone ne seraient plus libérés », explique le professeur Wiltzsch. « Si le four fonctionne à l’électricité, moins d’énergie est perdue que lors de la conversion de l’hydrogène, par exemple. Le système est donc plus efficace. »
Verre bleu au lieu de verre brun
Au cours de leurs expériences, les chercheurs se sont toutefois heurtés à un problème : leur méthode n’est pas adaptée à la production de verre brun, mais le verre brun est indispensable à certaines fins. Le verre brun est nécessaire, par exemple, pour stocker des médicaments et des denrées alimentaires, car il les protège des rayons UV.
La raison pour laquelle le procédé n’est pas adapté à la production de verre brun est la forte concentration d’oxygène dans les fours électriques. Dans les fours traditionnels, l’atmosphère est pauvre en oxygène, mais dans un four électrique, les niveaux d’oxygène sont élevés. La forte concentration d’oxygène dans le four modifie les réactions chimiques au niveau des atomes, produisant du verre bleu plutôt que brun.
Nicole Ostermeier étudie les propriétés atomiques particulières du verre brun dans sa thèse de licence. Elle étudie la science appliquée des matériaux à TH Nürnberg et mène des recherches à la FAU sur les raisons pour lesquelles le verre brun perd sa couleur et sur la façon dont le processus de fusion change lorsque l’électricité est utilisée.
« Si nous comprenions l’effet de l’oxygène sur la couleur du verre, nous serions également en mesure de produire du verre brun à l’aide d’électrodes, ce qui rendrait l’ensemble du processus de production de verre plus durable », déclarent les professeurs de Ligny et Wiltzsch.