歐洲玻璃聯盟及其脫碳方略

歐洲玻璃聯盟概況

歐洲玻璃聯盟是歐盟范圍內的玻璃工業聯盟。它由13個國家玻璃協會和代表5種玻璃（瓶罐玻璃、平板玻璃、特種玻璃、日用玻璃和連續玻璃纖維）的行業協會組成。

產量和員工數

2020 年，新冠疫情打斷了玻璃工業的正常運行，致使一些重要的玻璃行業（平板玻璃、日用玻璃、玻璃纖維）產量減少，恢復緩慢。2020年歐盟27國玻璃總產量為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國，產量約為1/5。緊隨其后的是法國、西班牙和意大利。歐盟玻璃工業的員工總數為186，292人。

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

成員

如上所述，歐洲玻璃聯盟的成員包括13個國家的玻璃協會和代表5類玻璃的行業協會。其中，歐洲玻璃纖維生產者協會是代表歐盟連續玻璃纖維企業的行業協會。

歐洲玻璃纖維生產者協會的現有成員包括：

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（法國圣戈班集團的連續玻璃纖維子公司，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）。

據歐洲玻璃聯盟資料，在歐盟范圍內現有超過13個連續玻璃纖維生產廠址，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。

歐洲玻璃聯盟的脫碳方略

在亟需減少碳排放和滿足巴黎氣候協定的背景下，歐盟委員會啟動了一項史無前例的減排戰略：歐洲綠色新政。為此，歐洲玻璃聯盟于2021年5月發布了一份文件，表述了歐盟玻璃工業的脫碳潛勢和技術路徑，后續又發表文章談論這一問題。其主要內容如下。

1 玻璃是使歐洲過渡到碳中和社會的重要材料

玻璃是歐洲實現碳中和的重要材料，表現在：

通過回收歐盟市場上74%的瓶子和罐子，玻璃行業每年可節約約900萬 t 二氧化碳，幾十年來一直處于循環經濟的前沿；

節能窗玻璃和窗戶在提高建筑物的能效、減少排放、增強歐盟公民節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；

連續玻璃纖維使各運輸部門（公路、鐵路、航空）能夠滿足低碳經濟的要求，提供更輕和耐用的復合材料；

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

歐洲玻璃聯盟認為，2050年的碳中和歐洲需要擁有處于可持續低碳解決方案創新前沿的繁榮的玻璃制造業。

2 玻璃制造過程中的CO2減排

玻璃工業已經對其制造過程中的脫碳進行了投資。為了實現轉變，玻璃工業支持符合環境保護的平衡工藝流程。在過去50年中，玻璃工業的單位產量排放量大幅下降（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生的排放量（占CO2總排放量的15%至25%）。

2.1 高溫排放物

因為玻璃工業中使用化石燃料來加熱熔窯，其能源消耗和CO2排放有著內在的聯系。提高能效可導致CO2排放大幅減少。因此，在過去幾十年中，減少排放的進度直接取決于該行業實施的能效提升措施。

例如，能效提升措施包括更多地使用回收玻璃、廢熱回收以及改進窯爐的設計和建造。然而，僅對玻璃熔窯技術的逐步改進不會造成大規模溫室氣體減排，而基礎研究和開發對于進一步減少該行業排放的新解決方案至關重要。

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 進一步減排的技術潛力

據稱玻璃工業幾乎達到了其熱力學極限，這意味著采用原有技術和燃燒天然氣已不可能大幅減少CO2排放。因此，玻璃行業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。但這些技術并非都是成熟的，也非立即可用于玻璃行業的所有分支。

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的可持續性努力和歐盟循環經濟的愿望，但其潛力受限于歐盟每年可獲得廢玻璃的理論最大數量（瓶罐玻璃的回收量已高達74%，未回收的廢建筑玻璃的數量也有限）。

玻璃纖維的回收利用也在進行。它正成為一種更有吸引力的節能減排解決方案。

3.2 利用廢熱預熱原料（標準配合料或粒狀配合料）

廢熱回收已廣泛應用于玻璃行業，用來在高于1 000 ℃的溫度下預熱進入熔窯的助燃空氣。一些殘余廢熱還可進一步用于預熱進入熔窯的原料或用于區域供暖等其他用途。使用煙氣對配合料和碎玻璃的混合物進行預熱是提高能效、減少CO2排放量的最佳可行技術之一。據報預熱配合料和碎玻璃之后，每噸玻璃可減排45 kg CO2。

預熱原料僅限于預熱碎玻璃或含有40%以上碎玻璃的配合料，否則會出現配合料結塊或揚塵的問題。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，但這常需要使用預熱器。必須注意的是，預熱原料的做法不能用于電熔窯，因為電熔窯的煙氣溫度太低。

3.3 低碳燃燒/能源轉換

革新的熔窯加熱/燃燒技術包括多種不同的選擇：

3.3.1 純氧燃燒+熱回收技術

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

3.3.2 電熔

電熔是玻璃生產中富有前景的脫碳路徑。歐洲玻璃聯盟列出的脫碳潛力中包括實行0～80%電熔或者全電熔。使用綠色電力進行全電熔能夠消除化石燃料燃燒產生的CO2排放。然而，無論這項技術多么有前途，它的實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中運行大型電熔窯（200～1000 t/d）仍在探索和驗證。對于某些玻璃組成（例如用于制造連續玻璃纖維的E玻璃），一些技術方面的問題（與導電性相關）會限制滿足E玻璃熔融所需熱量的電能輸入。

電力成本、熔化質量（尤其是碎玻璃含量高的情況下）和最終玻璃產品的質量要求是采用全電熔和進一步創新的主要障礙。為配合電熔，還需開發綠色電力。此外，電網的穩定性和供電的安全性也是熔制玻璃要考慮的基本因素，因為玻璃窯爐需要永久和穩定的能源供給，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、固體生物質及其汽化產物。這些燃料目前還沒有實現工業規模的應用，僅局限于示范項目。

試驗表明，用生物氣體部分替代天然氣不會嚴重影響燃燒行為和產品質量。盡管天然氣和生物氣體在總熱值等方面存在差異，但最高可實現30%的能量替代，而不會對燃燒行為和產品質量產生負面影響。現今主要的限制因素是玻璃行業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濟可行性。

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）行業等高溫加熱過程。據稱這些燃料是未來實行脫碳的強有力技術。假設完全使用氫氣，CO2減排量最高可達75%～85%。

然而，任何替代燃料（尤其是氫氣）都必須進行改進，因為氫氣火焰的亮度遠低于天然氣火焰，這使得向玻璃熔體的傳熱效率大大降低。這尚需一些協調研究。另外，有文章認為，還需要數年時間才能達到足夠的氫氣生產能力和運輸能力，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，因為過程排放是無法通過能源轉換來避免的。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年成為大規模的解決方案，需要建立廣泛的基礎設施。考慮到玻璃行業多為小而分散企業的特點，CCS/CCU的實施受到限制，首先是技術限制（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。

玻璃制造業減排潛力的總結見表1。

表1 玻璃制造業減排技術潛力總結

4 進一步減排的跨部門研發

要把一些理論減排潛力轉變為工業實踐，需要未來幾十年內的公共和個體努力。玻璃行業已經確定了一些需要重點研發的領域。這些創新技術中的大多數都是跨部門的，需要在若干工業領域內促成轉變：

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；

現場調研碳捕集與封存（CCS）、碳捕集與利用（CCU）的可能性。

值得注意的是，研發這些新的解決方案來減少玻璃工業的排放是不夠的。它們的部署需要大量的公共投資，尤其是基礎設施（如生物氣體配送、氫氣供應網、無碳電力供應）以及對現有監管框架的適配（如補償間接排放成本）等。