歐洲玻璃聯(lián)盟及其脫碳方略

歐洲玻璃聯(lián)盟概況

歐洲玻璃聯(lián)盟是歐盟范圍內(nèi)的玻璃工業(yè)聯(lián)盟。它由13個國家玻璃協(xié)會和代表5種玻璃（瓶罐玻璃、平板玻璃、特種玻璃、日用玻璃和連續(xù)玻璃纖維）的行業(yè)協(xié)會組成。

產(chǎn)量和員工數(shù)

2020 年，新冠疫情打斷了玻璃工業(yè)的正常運(yùn)行，致使一些重要的玻璃行業(yè)（平板玻璃、日用玻璃、玻璃纖維）產(chǎn)量減少，恢復(fù)緩慢。2020年歐盟27國玻璃總產(chǎn)量為3585.1萬 t（按熔融玻璃計），與2019年相比下降了2.6%。德國仍然是歐盟最大的玻璃生產(chǎn)國，產(chǎn)量約為1/5。緊隨其后的是法國、西班牙和意大利。歐盟玻璃工業(yè)的員工總數(shù)為186，292人。

連續(xù)玻璃纖維是玻璃行業(yè)中最小的行業(yè)之一，盡管其產(chǎn)品的價值/質(zhì)量比相對較高。2020年歐盟的連續(xù)玻璃纖維產(chǎn)量為85.3萬 t，約占玻璃總產(chǎn)量的2.4%。歐盟的連續(xù)玻璃纖維制造商直接雇用員工約5000人。

成員

如上所述，歐洲玻璃聯(lián)盟的成員包括13個國家的玻璃協(xié)會和代表5類玻璃的行業(yè)協(xié)會。其中，歐洲玻璃纖維生產(chǎn)者協(xié)會是代表歐盟連續(xù)玻璃纖維企業(yè)的行業(yè)協(xié)會。

歐洲玻璃纖維生產(chǎn)者協(xié)會的現(xiàn)有成員包括：

佳斯邁威斯洛伐克公司（位于斯洛伐克）；

朗盛公司玻璃纖維生產(chǎn)廠（位于比利時）；

歐洲歐文斯科寧玻璃纖維公司（公司位于比利時）；

日本電氣玻璃公司（位于荷蘭，是日本電氣硝子公司收購的原美國PPG工業(yè)公司的歐洲玻璃纖維子公司）；

圣戈班Vetrotex公司（法國圣戈班集團(tuán)的連續(xù)玻璃纖維子公司，工廠位于捷克和墨西哥）；

3B玻璃纖維公司（公司位于比利時，工廠位于比利時、挪威和印度）。

據(jù)歐洲玻璃聯(lián)盟資料，在歐盟范圍內(nèi)現(xiàn)有超過13個連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)廠址，分布于比利時、德國、法國、荷蘭、意大利、西班牙、捷克、拉脫維亞、土耳其等國；已關(guān)閉的廠址有3處：芬蘭1處，意大利1處，西班牙1處。

歐洲玻璃聯(lián)盟的脫碳方略

在亟需減少碳排放和滿足巴黎氣候協(xié)定的背景下，歐盟委員會啟動了一項(xiàng)史無前例的減排戰(zhàn)略：歐洲綠色新政。為此，歐洲玻璃聯(lián)盟于2021年5月發(fā)布了一份文件，表述了歐盟玻璃工業(yè)的脫碳潛勢和技術(shù)路徑，后續(xù)又發(fā)表文章談?wù)撨@一問題。其主要內(nèi)容如下。

1 玻璃是使歐洲過渡到碳中和社會的重要材料

玻璃是歐洲實(shí)現(xiàn)碳中和的重要材料，表現(xiàn)在：

通過回收歐盟市場上74%的瓶子和罐子，玻璃行業(yè)每年可節(jié)約約900萬 t 二氧化碳，幾十年來一直處于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的前沿；

節(jié)能窗玻璃和窗戶在提高建筑物的能效、減少排放、增強(qiáng)歐盟公民節(jié)約能源和開支的能力方面具有巨大的潛力。到2050年，高性能的窗玻璃能夠減少建筑物37.4%的二氧化碳排放量；

連續(xù)玻璃纖維使各運(yùn)輸部門（公路、鐵路、航空）能夠滿足低碳經(jīng)濟(jì)的要求，提供更輕和耐用的復(fù)合材料；

玻璃是光伏板的主要構(gòu)成材料。玻璃纖維織物是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的主要/基本材料。它們提供了可持續(xù)的替代能源，有助于歐盟可再生能源的增長。

歐洲玻璃聯(lián)盟認(rèn)為，2050年的碳中和歐洲需要擁有處于可持續(xù)低碳解決方案創(chuàng)新前沿的繁榮的玻璃制造業(yè)。

2 玻璃制造過程中的CO2減排

玻璃工業(yè)已經(jīng)對其制造過程中的脫碳進(jìn)行了投資。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，玻璃工業(yè)支持符合環(huán)境保護(hù)的平衡工藝流程。在過去50年中，玻璃工業(yè)的單位產(chǎn)量排放量大幅下降（即每噸熔融玻璃減少69%的CO2）。然而，人們可以觀察到，隨著邊際收益變得更加困難，自1990年以來，排放量繼續(xù)下降的速度減慢。

玻璃制造過程中的CO2排放源主要是燃料燃燒產(chǎn)生的高溫（1 300至1 500 ℃）熱量（占CO2總排放量的75%至85%）和配合料中碳酸鹽分解產(chǎn)生的排放量（占CO2總排放量的15%至25%）。

2.1 高溫排放物

因?yàn)椴ＡЧI(yè)中使用化石燃料來加熱熔窯，其能源消耗和CO2排放有著內(nèi)在的聯(lián)系。提高能效可導(dǎo)致CO2排放大幅減少。因此，在過去幾十年中，減少排放的進(jìn)度直接取決于該行業(yè)實(shí)施的能效提升措施。

例如，能效提升措施包括更多地使用回收玻璃、廢熱回收以及改進(jìn)窯爐的設(shè)計和建造。然而，僅對玻璃熔窯技術(shù)的逐步改進(jìn)不會造成大規(guī)模溫室氣體減排，而基礎(chǔ)研究和開發(fā)對于進(jìn)一步減少該行業(yè)排放的新解決方案至關(guān)重要。

2.2 工藝過程排放物

工藝過程排放物來自碳酸鹽原料的分解，這些原料主要是碳酸鈉Na2CO3、石灰石CaCO3和白云石CaMg（CO3）2。這些排放物可通過減少原料生料的投入和在配合料中增加“碎玻璃”比例而減少。

3 進(jìn)一步減排的技術(shù)潛力

據(jù)稱玻璃工業(yè)幾乎達(dá)到了其熱力學(xué)極限，這意味著采用原有技術(shù)和燃燒天然氣已不可能大幅減少CO2排放。因此，玻璃行業(yè)正在考慮幾種更具潛力的脫碳路線，其中有些甚至是“顛覆性”的。但這些技術(shù)并非都是成熟的，也非立即可用于玻璃行業(yè)的所有分支。

3.1 增加廢玻璃的回收利用

幾乎所有的瓶罐玻璃和平板玻璃制造商都可能使用更多碎玻璃（回收玻璃），前提是其質(zhì)量合適。除了減少能耗之外，加大碎玻璃用量還能減少顆粒物排放。據(jù)報每增加10%碎玻璃用量，每噸玻璃能減少9 kg CO2排放。這種減少排放的途徑符合行業(yè)的可持續(xù)性努力和歐盟循環(huán)經(jīng)濟(jì)的愿望，但其潛力受限于歐盟每年可獲得廢玻璃的理論最大數(shù)量（瓶罐玻璃的回收量已高達(dá)74%，未回收的廢建筑玻璃的數(shù)量也有限）。

玻璃纖維的回收利用也在進(jìn)行。它正成為一種更有吸引力的節(jié)能減排解決方案。

3.2 利用廢熱預(yù)熱原料（標(biāo)準(zhǔn)配合料或粒狀配合料）

廢熱回收已廣泛應(yīng)用于玻璃行業(yè)，用來在高于1 000 ℃的溫度下預(yù)熱進(jìn)入熔窯的助燃空氣。一些殘余廢熱還可進(jìn)一步用于預(yù)熱進(jìn)入熔窯的原料或用于區(qū)域供暖等其他用途。使用煙氣對配合料和碎玻璃的混合物進(jìn)行預(yù)熱是提高能效、減少CO2排放量的最佳可行技術(shù)之一。據(jù)報預(yù)熱配合料和碎玻璃之后，每噸玻璃可減排45 kg CO2。

預(yù)熱原料僅限于預(yù)熱碎玻璃或含有40%以上碎玻璃的配合料，否則會出現(xiàn)配合料結(jié)塊或揚(yáng)塵的問題。使用粒狀配合料則可消除這一限制，解決配合料飛散的問題，但這常需要使用預(yù)熱器。必須注意的是，預(yù)熱原料的做法不能用于電熔窯，因?yàn)殡娙鄹G的煙氣溫度太低。

3.3 低碳燃燒/能源轉(zhuǎn)換

革新的熔窯加熱/燃燒技術(shù)包括多種不同的選擇：

3.3.1 純氧燃燒+熱回收技術(shù)

純氧燃燒最初是為所有類型的大型玻璃熔窯研發(fā)的，其目的之一是減少燃燒產(chǎn)生的氮氧化物排放（最高可減排70%～90%）。在純氧燃燒熔窯中配上TCR（熱催化轉(zhuǎn)化）的熱回收系統(tǒng)，在提高燃料效率的同時，還能減少CO2的排放。2014年9月在一個產(chǎn)量為50 t/d的瓶罐玻璃熔窯中示范應(yīng)用了熱催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，之后一直穩(wěn)定運(yùn)行。此項(xiàng)技術(shù)將純氧燃燒煙氣中的廢熱儲存在蓄熱床內(nèi)，利用此種熱能將天然氣和循環(huán)煙氣的混合物轉(zhuǎn)化為熱合成氣，與氧氣一起燃燒。這種技術(shù)除節(jié)能之外，據(jù)報每噸玻璃能夠減排44 kg CO2。

3.3.2 電熔

電熔是玻璃生產(chǎn)中富有前景的脫碳路徑。歐洲玻璃聯(lián)盟列出的脫碳潛力中包括實(shí)行0～80%電熔或者全電熔。使用綠色電力進(jìn)行全電熔能夠消除化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2排放。然而，無論這項(xiàng)技術(shù)多么有前途，它的實(shí)施在今天仍然受到窯爐大小、玻璃組成和配合料中所含碎玻璃數(shù)量的限制。

雖然小型熔窯（小于200 t/d）已可使用電熔，但在平板玻璃或瓶罐玻璃生產(chǎn)中運(yùn)行大型電熔窯（200～1000 t/d）仍在探索和驗(yàn)證。對于某些玻璃組成（例如用于制造連續(xù)玻璃纖維的E玻璃），一些技術(shù)方面的問題（與導(dǎo)電性相關(guān)）會限制滿足E玻璃熔融所需熱量的電能輸入。

電力成本、熔化質(zhì)量（尤其是碎玻璃含量高的情況下）和最終玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量要求是采用全電熔和進(jìn)一步創(chuàng)新的主要障礙。為配合電熔，還需開發(fā)綠色電力。此外，電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電的安全性也是熔制玻璃要考慮的基本因素，因?yàn)椴ＡЦG爐需要永久和穩(wěn)定的能源供給，不能隨著綠色電力的可供性波動而間歇性地操作。

3.3.3 使用生物燃料

生物燃料包括生物氣體、固體生物質(zhì)及其汽化產(chǎn)物。這些燃料目前還沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用，僅局限于示范項(xiàng)目。

試驗(yàn)表明，用生物氣體部分替代天然氣不會嚴(yán)重影響燃燒行為和產(chǎn)品質(zhì)量。盡管天然氣和生物氣體在總熱值等方面存在差異，但最高可實(shí)現(xiàn)30%的能量替代，而不會對燃燒行為和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響?，F(xiàn)今主要的限制因素是玻璃行業(yè)對生物氣體的所需量和可獲量以及生物氣體高于天然氣的價格，所以生物氣體尚不具備經(jīng)濟(jì)可行性。

3.3.4 使用氫燃料

用氫替代天然氣大有前景。玻璃行業(yè)正在探索氫燃料熔窯。在電解過程中將水分解成氫氣和氧氣后，可直接使用氫氣，或者將之加工為液體能源。這兩種燃料都可用于玻璃（纖維）行業(yè)等高溫加熱過程。據(jù)稱這些燃料是未來實(shí)行脫碳的強(qiáng)有力技術(shù)。假設(shè)完全使用氫氣，CO2減排量最高可達(dá)75%～85%。

然而，任何替代燃料（尤其是氫氣）都必須進(jìn)行改進(jìn)，因?yàn)闅錃饣鹧娴牧炼冗h(yuǎn)低于天然氣火焰，這使得向玻璃熔體的傳熱效率大大降低。這尚需一些協(xié)調(diào)研究。另外，有文章認(rèn)為，還需要數(shù)年時間才能達(dá)到足夠的氫氣生產(chǎn)能力和運(yùn)輸能力，使氫燃料熔窯具有競爭力。

3.4 碳捕集

為了解決在玻璃制造中的過程排放（目前估計在總排放量的15%和25%之間），碳捕集是供考慮的有趣手段，因?yàn)檫^程排放是無法通過能源轉(zhuǎn)換來避免的。然而，碳捕集與封存（CCS）、碳捕集與利用（CCU）需要克服多種障礙才能作為一種選擇。如今，它僅是一種理論脫碳潛力。欲使它到2050年成為大規(guī)模的解決方案，需要建立廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施。考慮到玻璃行業(yè)多為小而分散企業(yè)的特點(diǎn)，CCS/CCU的實(shí)施受到限制，首先是技術(shù)限制（空間限制、酸性化合物的存在、低CO2濃度），其次是市場對碳的需求有限。

玻璃制造業(yè)減排潛力的總結(jié)見表1。

表1 玻璃制造業(yè)減排技術(shù)潛力總結(jié)

4 進(jìn)一步減排的跨部門研發(fā)

要把一些理論減排潛力轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)實(shí)踐，需要未來幾十年內(nèi)的公共和個體努力。玻璃行業(yè)已經(jīng)確定了一些需要重點(diǎn)研發(fā)的領(lǐng)域。這些創(chuàng)新技術(shù)中的大多數(shù)都是跨部門的，需要在若干工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)促成轉(zhuǎn)變：

熔化溫度超過1 000 ℃的大型熔窯的電熔化；

僅通過能效提升或能源轉(zhuǎn)換無法減少的過程排放的研究；

大型熔窯及碳中性燃料的傳熱研究；

現(xiàn)場調(diào)研碳捕集與封存（CCS）、碳捕集與利用（CCU）的可能性。

值得注意的是，研發(fā)這些新的解決方案來減少玻璃工業(yè)的排放是不夠的。它們的部署需要大量的公共投資，尤其是基礎(chǔ)設(shè)施（如生物氣體配送、氫氣供應(yīng)網(wǎng)、無碳電力供應(yīng)）以及對現(xiàn)有監(jiān)管框架的適配（如補(bǔ)償間接排放成本）等。