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Stay in this territory

Si prevede che l'industria del vetro assisterà a cambiamenti significativi per soddisfare gli obiettivi di decarbonizzazione fissati dall'accordo di Parigi per il 2030 e il 2050. Mikael Le Guern spiega come si può ottenere questa trasformazione verso il vetro "verde" attraverso l'elettrificazione e la digitalizzazione del processo di produzione del vetro.

L’industria del vetro si trova attualmente ad affrontare tre sfide principali per raggiungere l’obiettivo di azzeramento delle emissioni di carbonio.
Il primo è il raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione, guidati dall’Accordo di Parigi e di altri obiettivi stabiliti da governi e aziende in materia di clima/energia a zero emissioni di carbonio. Anche la riduzione delle emissioni di NOx e SOx è un fattore chiave per l’ambiente.
In secondo luogo, i cambiamenti attesi necessari per ottenere la decarbonizzazione eserciteranno pressioni sulle spese in conto capitale e di esercizio che potrebbero incidere su redditività e qualità del vetro. Essendo un settore a elevato consumo energetico, in cui le tecnologie tradizionali sono poco efficienti, il vetro deve rimanere competitivo rispetto ad altri materiali di imballaggio come alluminio e plastica.
Infine, viste le pressioni al cambiamento dei consumatori, questo settore tradizionalmente conservatore deve puntare sull’innovazione per adattarsi alla nuova realtà, ad esempio attraverso l’elettrificazione e la digitalizzazione dei processi, per riuscire a raggiungere gli obiettivi di sostenibilità previsti dai clienti.

Per ridurre le emissioni di carbonio, il settore deve ridurre drasticamente l’uso del gas naturale. Nel dicembre 2020, l’UE ha annunciato gli obiettivi di riduzione delle emissioni di carbonio del 55% entro il 2030. All’inizio di settembre 2021 il prezzo dell’emissione di gas serra (EUA) del sistema UE di scambio delle quote di emissione (ETS) aveva raggiunto circa 60 euro/t. Un aumento dell’80% rispetto agli inizi di gennaio 2021. È probabile che la tendenza continui, con alcune proiezioni che prevedono il superamento dei 90 euro/t entro il 2030 e oltre.

Ovviamente questo vale per l’Europa, ma la sfida della decarbonizzazione è presente ovunque. Compresa la Cina, che ha creato il proprio mercato di scambio di emissioni di carbonio che, nella prima fase, copre le centrali elettriche a carbone e a gas che rappresentano circa il 40% delle emissioni di carbonio della Cina. Si prevede che il sistema ETS cinese si estenderà ad altri settori, incluso il vetro. Le transazioni nell’ETS cinese sono iniziate nel luglio 2021 ad un prezzo molto più basso rispetto all’Europa, a circa 6 euro/t. Secondo l’indagine 2020 sulla determinazione dei prezzi delle emissioni di anidride carbonica in Cina, condotta nei mesi di luglio/agosto 2020 da centinaia di parti interessate, “gli intervistati si aspettano che il commercio delle emissioni di carbonio incida sempre più sulle decisioni di investimento nei prossimi anni. Il 37% degli intervistati prevede che le decisioni di investimento saranno fortemente o moderatamente influenzate nel 2020. Entro il 2025, questo numero sale al 69%.” La Cina ha promesso di portare le sue emissioni di carbonio a un picco prima del 2030 e di raggiungere la neutralità di carbonio entro il 2060 circa. Anche gli Stati Uniti hanno aderito all’accordo di Parigi. Si tratta di un movimento globale. Il mercato e i consumatori lo esigono.

L’elettrificazione ha senso

La maggior parte delle emissioni di CO2 nella produzione del vetro (generalmente dal 75 all’85%) deriva dalla combustione del combustibile nel processo di fusione. La sostituzione dei bruciatori a gas con riscaldatori elettrici rappresenta quindi un metodo molto diretto per ridurre rapidamente la CO2. Sono attualmente in corso valutazioni su altre tecnologie, come l’idrogeno e il biogas. Tuttavia, Eurotherm by Schneider Electric ritiene che, in termini di prontezza e disponibilità delle tecnologie, la fusione elettrica, inclusa la fusione ibrida (con energia elettrica dal 50% al 90%), sia la soluzione più logica per affrontare la sfida di decarbonizzazione negli anni a venire.

L’elettrificazione dei processi è il modo più rapido per ridurre le emissioni di gas a effetto serra in conformità all’accordo di Parigi e per raggiungere le promesse e gli impegni assunti dalle aziende attraverso iniziative come l’RE100 o gli SBTi (Science Based Targets). Si prevede pertanto che il numero e le dimensioni degli impianti elettrici dovranno aumentare per poter sostituire quelli tradizionali a combustibili fossili. Il vantaggio della fusione elettrica sta nel fatto che si tratta di una tecnologia già collaudata e comunemente utilizzata, incrementabile dimensionalmente per riuscire ad alimentare grandi impianti di fusione elettrici.
Eurotherm, in qualità di fornitore globale di soluzioni per il controllo di potenza, di sistemi per la fusione/boosting elettrico e di servizi correlati all’industria del vetro da oltre 50 anni, è in grado di fornire tutte le informazioni necessarie per realizzare questo obiettivo ed è assolutamente pronta per l’elettrificazione!

Considerare il processo nella sua interezza

L’elettrificazione del processo non si limita al solo forno. Con l’aumento delle dimensioni degli impianti elettrici, è importante adottare un approccio olistico che includa l’intero sistema di alimentazione e l’architettura di distribuzione. Per ottenere i migliori risultati, è necessario un approccio verticale completo, dalla rete elettrica al vetro. Essendo parte di Schneider Electric Eurotherm è in grado di combinare il sistema di distribuzione dell’energia con l’architettura di automazione dei processi e dei sistemi di alimentazione per puntare a ridurre il più possibile la CO2. Questa integrazione include apparecchiature di distribuzione ad alta e media tensione (AT e MT), trasformatori, quadri di distribuzione, variatori di velocità, ecc. fino al sistema di controllo della potenza di melting e boosting.

Tradizionalmente, i sistemi di alimentazione di fornaci per il vetro sono progettati da società di progettazione (EPC) e/o utenti finali che applicano le loro conoscenze e la loro esperienza nei processi industriali acquisite con progetti sviluppati precedentemente. Le installazioni possono quindi risultare decisamente solide, ma spesso non sono altrettanto ottimizzate in termini di costi e ingombri, perché il processo di progettazione elettrica si concentra su singole parti del sistema, anziché considerarlo nella sua interezza. Anche i produttori di apparecchiature elettriche generalmente non sono coinvolti nella fase di progettazione, ma spesso vengono consultati solo per la richiesta di offerta, quindi successivamente alla determinazione degli aspetti chiave del sistema.

L’approccio “dalla rete elettrica al vetro” – grid to glass

L’approccio di Eurotherm è diverso: nell’ambito dell’elettrificazione, l’intero sistema di potenza può essere ulteriormente ottimizzato in termini di costi e affidabilità mediante la modellazione e la simulazione con software come ETAP (ora parte del portafoglio Schneider), uno dei principali sviluppatori di piattaforme software per la modellazione e la simulazione di sistemi di alimentazione elettrica, ottimizzando i sistemi di alimentazione elettrica dei clienti in base agli equivalenti digitali. Grazie a questo tipo di design end-to-end, i sistemi di alimentazione mission-critical complessi possono essere ottimizzati e l’integrazione di energie rinnovabili, microreti, celle a combustibile e tecnologie di accumulo a batterie nella rete di alimentazione può essere migliorata e accelerata. Un approccio progettuale “grid to glass” non solo può contribuire a fornire reti elettriche resilienti e generazione e trasporto di energia decarbonizzata; ma consente anche di ottenere risparmi significativi, fino al 20% di spese in conto capitale, grazie al miglioramento di progettazione e prestazioni.

Power supply box inside view

Per ottimizzare i costi negli impianti elettrici di grandi dimensioni, Eurotherm consiglia inoltre di installare tutte le apparecchiature in un’installazione prefabbricata (E-House); una soluzione di distribuzione elettrica integrata, testata, convalidata e compatta. È possibile ottenere risparmi significativi sui costi fino al 20%, riducendo i costi di ingegneria civile degli edifici tradizionali per l’edilizia residenziale, sia per impianti nuovi che esistenti. Ulteriori vantaggi sono: riduzione dei tempi di consegna fino al 20%, dei tempi di avviamento e dei costi di messa in servizio delle apparecchiature, riuscendo quindi a contenere tempi e stress legati a progetti di rinnovo.

EHouse open

Per i processi di melting e boosting, una soluzione ottimale per la fornitura di energia alla fusione è rappresentata da sistemi di controllo di potenza raffreddati ad acqua che controllano una o due coppie di elettrodi (generalmente da 100 kVA a 1000 MVA). I vantaggi sono numerosi: design compatto che consente la collocazione in prossimità del forno per ridurre la corrente di linea e le perdite di calore ed eliminare costose sbarre di distribuzione per i cavi più piccoli. Una rete controllori di potenza multipli fornisce flessibilità per incrementi dimensionali e offre una ridondanza di alimentazione sufficiente a consentire un funzionamento continuo e affidabile.

Water cooled power supply box 7 x 5

Digitalizzazione per prestazioni basate su dati

La fase successiva all’elettrificazione è la digitalizzazione. Con tutte queste risorse distribuite, diventa importante collegare i dispositivi. Le architetture di gestione della potenza abilitate all’IoT con dispositivi collegati sono la scelta ideale per i sistemi di distribuzione intelligenti. Grazie ai sensori intelligenti e alla connettività 24/7, l’analisi dei dati in tempo reale consente di prendere decisioni efficaci. Ciò può contribuire a una maggior sicurezza di persone e apparecchiature, a migliorare l’affidabilità delle apparecchiature grazie alla manutenzione predittiva, a semplificare la gestione delle risorse tramite funzionalità digitali e a migliorare la sicurezza della rete. Le apparecchiature collegate possono comprendere interruttori, misuratori di potenza, controllori di potenza, unità, commutatori MT/BT, trasformatori, ecc. Il risultato può essere un notevole miglioramento dell’utilizzo delle risorse, una riduzione dei costi di manutenzione e dei tempi di fermo non pianificati. Dal reparto produzione all’azienda globale, il personale può sapere cosa sta succedendo e quando, in qualunque momento, da qualunque posto.

La digitalizzazione si applica a tutti i livelli e la piattaforma e architettura aperta e interoperabile EcoStruxure di Schneider Electric, abilitata per l’IoT, crea ambienti di collaborazione per collegare il livello del campo al livello aziendale. Quindi, dai prodotti connessi (come i controllori digitali e i dispositivi di protezione) al controllo edge (come i controllori di automazione programmabili (PAC) e i sistemi di controllo e acquisizione dati di supervisione (SCADA)) fino a software/analisi e servizi, la piattaforma EcoStruxure consente alle soluzioni abilitate per l’IoT di collegarsi, raccogliere, analizzare e agire sui dati in tempo reale, dalla progettazione alla manutenzione.

Un approccio alla sicurezza informatica di tipo “Defense-in-Depth”

Con un numero maggiore di apparecchiature collegate, la sicurezza informatica end-to-end è un requisito imprescindibile. Nell’ambito dei servizi di elettrificazione e digitalizzazione, Schneider Electric fornisce soluzioni di sicurezza informatica e servizi continui in più ambienti operativi, tra cui la gestione dell’energia (apparecchiature di distribuzione elettrica) e i prodotti e i sistemi di automazione industriale. I servizi di sicurezza informatica industriale offerti da Eurotherm includono valutazioni dei rischi, architettura basata su un approccio di “defense-in-depth”, monitoraggio, patch di software/sistemi operativi e altro ancora.

Un approccio integrato per la massima efficienza

Eurotherm continua a supportare l’industria del vetro nel raggiungimento dei propri obiettivi di sostenibilità, riducendo le emissioni di gas a effetto serra in linea con l’accordo di Parigi, e mantenendo la propria redditività. Eurotherm, collaborando con i produttori di forni e produttori di vetro, nel ruolo di partner digitale per ottimizzare la sostenibilità e l’efficienza, sta contribuendo attivamente affinché il settore si elettrifichi, dalla rete al vetro.

La versione completa di questo articolo è apparsa nel numero di novembre/dicembre 2021 di Glass Worldwide insieme a un’ampia selezione di editoriali che approfondiscono tutte le aree di produzione e di lavorazione.

 

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