Il vetro piano: produzione e impronta di carbonio

Le laste di vetro piano popolano la nostra vita quotidiana, purtroppo la loro produzione ha una impronta di carbonio difficile da ridurre con l'attuale tecnologia..

Edificio in vetro

La nascita del processo di produzione industriale del vetro piano

Le laste di vetro piano popolano la nostra vita quotidiana, come l’acciaio. Le diamo per scontate anche se la maggior parte di noi non hanno idea di come vengano prodotte. Sebbene entrambi questi materiali siano antichi, la loro produzione è stata fondamentalmente migliorata solo dopo la seconda guerra mondiale: la produzione di acciaio primario con l’introduzione di forni ad ossigeno di base e la produzione di lastre di vetro mediante l’applicazione della vecchia idea di vetro fuso galleggiante su un grande bagno di stagno fuso. Lo stagno fornisce una superficie perfettamente piana.

Alistair Pilkington, fu il primo a implementare una linea di produzione continua. Il risultato fu annunciato nel gennaio 1959, brevettato, e il nuovo metodo conquistò rapidamente il mercato.

Gli ingredienti del vetro piano

Gli ingredienti sono sabbia (SiO2, circa il 73%), biossido di sodio (Na2O, circa il 13%), calce (CaO, circa il 9%) e magnesio (4%). La miscela viene riscaldata a circa 1.050 °C e il vetro fuso viene versato da un beccuccio ceramico su uno strato di stagno fuso di 6 centimetri di spessore, ad una temperatura di 230 °C. Le vasche vanno da 4 a 8 metri di larghezza e fino a 60 metri di lunghezza, e sono tenute sotto una atmosfera protettiva di azoto e idrogeno, per prevenire l’ossidazione dello stagno.

Il vetro fuoriesce in modo da poter essere regolato per produrre fogli sottili di spessore da 0,12 millimetri fino a 25 mm. Dopo che il foglio si è raffreddato a circa 600 °C viene fatto passare attraverso un lungo contenitore, chiamato lehr, che lo raffredda gradualmente: questo processo di ricottura ne impedisce la fessurazione. Una volta raffreddato può essere tagliato in rettangoli grandi fino a 6×3,2 metri.

Lehr
Lehr

Come gli altiforni, gli impianti di vetro float lavorano ininterrottamente per 11-15 anni, questo evita la necessità di aggiungere grandi quantità di energia per riavviare il processo. Un impianto produce da 50 a 1.200 tonnellate o più di vetro al giorno. La maggior parte degli impianti ha una singola linea, ma le più grandi fabbriche di vetro float in Cina gestiscono 10 o più linee nello stesso impianto.

Processo di produzione del vetro piano
Processo di produzione del vetro piano. Credit: IEEE-Spectrum

Produzione di vetro piano nel mondo

In molti paesi, tra cui Paesi Bassi, Portogallo e Romania, una sola linea è sufficiente fornire tutto il mercato locale. Gli Stati Uniti hanno ora solo 23 stabilimenti con 31 linee, mentre la Cina, di gran lunga il più grande produttore mondiale di vetro, ha più di 50 fabbriche e 190 linee.

Questo dato, anche corretto in base alle diverse entità della popolazione, ci dice che la Cina supera le tradizionali potenze del vetro come la Germania, la Francia e l’Italia. Solo la Polonia, la Repubblica Ceca e il Lussemburgo producono più vetro della Cina su base pro capite. Al contrario, diverse grandi nazioni non hanno affatto produzione di vetro piatto; tra questi non solo i tre stati più popolosi dell’Africa, ma anche il Canada (l’ultimo impianto chiuso in Quebec nel 2005) e la Svezia.

Impronta di carbonio

Come nel caso dell’acciaio primario, la produzione di lastre di vetro è abbastanza energivora e non può fare a meno dei combustibili fossili, utilizzando le pratiche odierne. Il minimo teorico per produrre vetro float fuso è di quasi 3 gigajoule per tonnellata (rispetto ai circa 10 GJ/t per fondere il ferro primario), e il fabbisogno effettivo arriva fino a 9 GJ/t, con circa il 90% dell’energia proveniente dal gas naturale. La produzione di vetro float è quindi un altro processo industriale (insieme a ferro primario, ammoniaca, cemento e plastica) che non può essere facilmente decarbonizzato.

Si può risparmiare energia recuperando più calore, progettando architetture di linea migliori e caricando quote più elevate di vetro riciclato. Ma i processi alternativi che bruciano idrogeno o metano sintetico privo di carbonio (prodotto con anidride carbonica catturata) rimangono circa cinque volte più costosi. Unica consolazione è che, a differenza di altri materiali importanti la cui produzione dipende dal carbonio fossile, il silicio amorfo può essere aggiunto alle lastre di vetro per creare finestre fotovoltaiche trasparenti che generano elettricità, un contributo conveniente e invisibile alla diminuzione dell’intensità di carbonio del processo.

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