秦子川 魏娜娜 江孫美

（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所 北京 100024）

0 引言

近年來(lái)，氣候變化已經(jīng)成為當(dāng)今人類發(fā)展共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，開(kāi)展碳減排行動(dòng)已成為全球共識(shí)。國(guó)際上，為有效控制碳排放，出臺(tái)了《京都議定書》《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》和《巴黎協(xié)定》三個(gè)里程碑式的國(guó)際法律文本，由此形成了2020年后的全球氣候治理格局。歐盟于2019年提出碳中和目標(biāo)，并在2019年底發(fā)布應(yīng)對(duì)氣候變化的《歐洲綠色協(xié)議》，隨后越來(lái)越多的國(guó)家積極提出碳中和目標(biāo)。中國(guó)作為負(fù)責(zé)任大國(guó)，一直以來(lái)高度重視碳減排工作，2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)宣布，中國(guó)“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。因此，開(kāi)展玻璃行業(yè)碳排放現(xiàn)狀與碳中和技術(shù)路線的分析與研究，掌握碳排放來(lái)源，提出實(shí)施碳中和的有效路徑，有助于推動(dòng)玻璃行業(yè)節(jié)能降碳，推進(jìn)行業(yè)綠色低碳發(fā)展。

1 全球平板玻璃工業(yè)現(xiàn)狀

資料表明，截止2021年底，全球有92個(gè)國(guó)家的1139家公司擁有玻璃熔爐2218座，玻璃年生產(chǎn)能力21216.5萬(wàn)t。其中，平板玻璃熔窯578座（包括451座浮法玻璃熔窯），年生產(chǎn)能力10704.5萬(wàn)t［1］。全球及主要生產(chǎn)地區(qū)或國(guó)家平板玻璃產(chǎn)量及人均產(chǎn)量如表1及圖1所示［1］。

圖1 主要生產(chǎn)地區(qū)或國(guó)家平板玻璃產(chǎn)量占比

表1 全球及主要生產(chǎn)地區(qū)或國(guó)家平板玻璃產(chǎn)量及人均產(chǎn)量

2016—2021年，全球玻璃行業(yè)以5.2%的速度發(fā)展，經(jīng)預(yù)測(cè)，2022—2030年全球玻璃行業(yè)仍將以4.1%～5.3%速度發(fā)展。

2 平板玻璃行業(yè)碳排放來(lái)源

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在平板玻璃生產(chǎn)中，二氧化碳排放來(lái)源類型主要有三個(gè)方面：燃料燃燒排放；過(guò)程排放；購(gòu)入和輸出去的電力及熱力產(chǎn)生的排放，如表2所示。

根據(jù)2021年我國(guó)平板玻璃行業(yè)的排放數(shù)據(jù)，燃料燃燒排放占據(jù)了總排放的65.5%；過(guò)程排放占據(jù)了22%；購(gòu)入和輸出去的電力及熱力產(chǎn)生的排放占據(jù)了12.5%。如圖2所示［2］。

圖2 2021年平板玻璃行業(yè)碳排放來(lái)源占比

3 國(guó)外平板玻璃行業(yè)碳排放現(xiàn)狀

（1）歐盟

歐盟整體于1990年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，其中各國(guó)普遍于20世紀(jì)90年代實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。德國(guó)等9個(gè)成員國(guó)于1990年碳達(dá)峰，其余18個(gè)成員國(guó)分別在1991—2008年碳達(dá)峰。歐盟碳排放量2006—2014年期間穩(wěn)步下降，2014年后趨勢(shì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)并小幅增加。2015年《巴黎協(xié)定》的簽署有效遏制碳增長(zhǎng)勢(shì)頭。2020年歐盟碳排放量為25.51億噸，較1990年減少32.05%。

在平板玻璃行業(yè)，歐盟在生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域扮演著關(guān)鍵角色。歐洲平板玻璃制造商協(xié)會(huì)（Glass for Europe） 2020年 發(fā) 布“ 2050 Flat Glass in Climate-Neutral Europe”（《2050歐洲平板玻璃氣候中和計(jì)劃》）中提到，12個(gè)受歐盟碳排放交易體系約束的國(guó)家共計(jì)擁有48座平板玻璃工廠，每年可生產(chǎn)平板玻璃1000萬(wàn)t，以滿足歐洲地區(qū)市場(chǎng)需求。目前，歐洲超過(guò)85%門窗玻璃以及90%玻璃生產(chǎn)原材料都由歐洲本地提供。對(duì)于下游應(yīng)用，建筑玻璃占據(jù)80%，汽車玻璃占據(jù)15%，光伏發(fā)電占據(jù)5%。因此，平板玻璃行業(yè)對(duì)歐洲關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域（建筑、汽車、能源）來(lái)說(shuō)具有極其重要的影響。在歐洲，建筑業(yè)占碳排放總量36%，歐洲平板玻璃制造商協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)，如若使用低碳高性能節(jié)能玻璃，可在2050年將建筑總能耗減少37%。圖3為近30年來(lái)歐盟地區(qū)每生產(chǎn)一噸平板玻璃CO2平均排放量。

圖3 歐盟地區(qū)每生產(chǎn)一噸平板玻璃CO 2平均排放量

此外，歐盟對(duì)廢玻璃的回收再利用極為重視。廢舊玻璃經(jīng)過(guò)回收破碎后，作為生產(chǎn)玻璃的原材料，不僅可以減少能耗，也可以減少CO2的過(guò)程排放。相比同等用量的原材料，可減少1.2倍的碳排放，具體數(shù)量上，據(jù)計(jì)算每增加10%廢玻璃用量，每噸玻璃能減少9 kg CO2排放。

（2）英國(guó)

英國(guó)是最早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的國(guó)家之一，于1991年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。2019年英國(guó)碳排放量為3.80億t，較1991年降低38%。2010年以后，英國(guó)減排步伐加快，2010—2020年，碳排放量降低39.74%，減排效果初有成效。圖4為2019年英國(guó)碳排放結(jié)構(gòu)示意。

圖4 2019年英國(guó)碳排放結(jié)構(gòu)

在玻璃行業(yè)，2021年8月，英國(guó)玻璃行業(yè)代表機(jī)構(gòu)British Glass與其成員磋商后發(fā)布了一項(xiàng)戰(zhàn)略，確定了玻璃行業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的潛在路徑。該戰(zhàn)略延續(xù)了2015年的工業(yè)脫碳路線圖，并與英國(guó)商業(yè)能源與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）合作，計(jì)劃在2050年實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排80%。該戰(zhàn)略概述了使玻璃制造商減少燃料燃燒和排放，以及提高能源效率的方式；簡(jiǎn)述了玻璃行業(yè)如何支持其他行業(yè)的脫碳；強(qiáng)調(diào)了需要考慮和面臨的主要難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，例如替代燃料成本高對(duì)財(cái)務(wù)方面的影響、可替代燃料的獲取以及回收玻璃的供應(yīng)等問(wèn)題。戰(zhàn)略書還提到，如果玻璃行業(yè)要成功脫碳，還需要得到政府適當(dāng)政策的支持和保護(hù)。

（3）日本

歷史上日本碳減排在發(fā)達(dá)國(guó)家中處于滯后位置。2011年日本大地震引發(fā)嚴(yán)重的福島核電站泄漏事故，導(dǎo)致日本關(guān)閉部分核電機(jī)組，替代使用化石燃料供應(yīng)電力能源。自此日本溫室氣體排放不降反升，直至2012年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，當(dāng)年碳排放量為12.92億t。2019年，日本碳排放量為11.18億t，比2013年峰值下降13.50%，較1990年僅下降2.82%。2020年，日本碳排放量進(jìn)一步下降至10.27億t。

在平板玻璃行業(yè)，數(shù)據(jù)表明，2017年日本平板玻璃產(chǎn)量為127.3萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)2.82%，全行業(yè)CO2排放量108.7萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)2.55%，平均折合單位產(chǎn)品CO2排放強(qiáng)度459.49 t/萬(wàn)重量箱，同比降低0.26%。如表3所示［1］。

表3 近幾年日本平板玻璃行業(yè)碳排放量情況

日本平均折合單位產(chǎn)品碳排放量偏高的原因是企業(yè)運(yùn)營(yíng)策略所致。一般來(lái)說(shuō)，我國(guó)平板玻璃熔窯處于比較滿負(fù)荷運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，以此來(lái)達(dá)到降低能耗、成本等目的；而日本玻璃生產(chǎn)企業(yè)更加注重產(chǎn)品品質(zhì)，通常情況下，平板玻璃熔窯處于70%左右負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)營(yíng)。

4 國(guó)外平板玻璃行業(yè)碳中和技術(shù)路徑現(xiàn)狀

4.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)降碳技術(shù)

如上所述，燃料燃燒占整個(gè)平板玻璃碳排放的60%以上。因此，節(jié)約能源、優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)、提高燃燒效率等是減少碳產(chǎn)生和排放的主要途徑。

2017年，美國(guó)普萊克斯推出的最新OPTIMELT（TM）

熱化學(xué)蓄熱室（TCR）技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用。該技術(shù)基于獨(dú)特的廢熱回收概念，在重整循環(huán)期間，通過(guò)預(yù)熱和重整天然氣和再循環(huán)煙氣的混合物，來(lái)回收在煙氣排出循環(huán)期間存儲(chǔ)在蓄熱室格子體中的熱量，進(jìn)一步大幅提高全氧燃燒的熱回收效率，實(shí)現(xiàn)更加低的碳排放和污染物排放，比現(xiàn)有的普通全氧燃燒技術(shù)還要節(jié)能約20%，相應(yīng)碳排放也降低約20%。

2023年，皮爾金頓英國(guó)公司對(duì)其Merseyside工廠進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)英鎊的技術(shù)投資。該技術(shù)項(xiàng)目每年將減少15000 t碳排放，同時(shí)為英國(guó)玻璃制造業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供技術(shù)支撐。根據(jù)該項(xiàng)目計(jì)劃，皮爾金頓英國(guó)公司還將把Watson Street工廠的制造業(yè)務(wù)搬到Greengate工廠。此舉是皮爾金頓對(duì)Greengate工廠玻璃窯爐的一項(xiàng)重大技術(shù)升級(jí)，使其通過(guò)改造適應(yīng)可持續(xù)生產(chǎn)需求，升級(jí)改造完成后，所有玻璃都將在新窯爐中生產(chǎn)，相比之前的兩個(gè)舊窯爐，每年相當(dāng)于減少8800輛汽車產(chǎn)生的碳排放。這項(xiàng)升級(jí)計(jì)劃將于2023年8月開(kāi)始，預(yù)計(jì)2024年8月投產(chǎn)。

2023年3月，日本AGC集團(tuán)成功開(kāi)發(fā)出應(yīng)用于玻璃窯爐的數(shù)字孿生技術(shù)“CADTANK Online Computation and Optimization Assistant” （ 簡(jiǎn) 稱COCOA）。窯爐內(nèi)部的溫度和熔融玻璃的對(duì)流，由于原料和耐火磚的狀態(tài)等各種因素每天變化，對(duì)玻璃的質(zhì)量帶來(lái)很大的影響。這些因素每變動(dòng)一次都需要重新導(dǎo)出最合適的操作條件，但是這些調(diào)整需要時(shí)間，其間的產(chǎn)量下降也是課題。COCOA可通過(guò)使用窯爐操作數(shù)據(jù)自動(dòng)生成的仿真模型，確認(rèn)窯爐內(nèi)部的溫度分布和熔融玻璃的對(duì)流等變化。技術(shù)人員可迅速且詳細(xì)地把握以往難以得知的窯爐內(nèi)狀態(tài)，迅速地進(jìn)行調(diào)整。COCOA于2023年2月正式在AGC的浮法玻璃窯爐進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)。

美國(guó)空氣制品公司（Air Products）利用煙氣將氧氣和天然氣分別預(yù)熱到650和450 ℃，為了保證安全，采用空氣作為中間傳熱流體，相對(duì)于富氧燃燒，節(jié)省10%的燃料，而相對(duì)于傳統(tǒng)的空氣窯，節(jié)省了25%的燃料，與傳統(tǒng)燃燒的空氣蓄熱室燃燒相比，CO2和氮氧化物排放量分別減少23%和90%，與富氧燃燒相比燃料消耗量減少9%。

2023年4月，法國(guó)液化空氣集團(tuán)將為Verallia公司位于意大利托斯卡納的Pescia工廠提供氧氣燃燒解決方案，以減少CO2排放和能源消耗。法液空把Verallia的Pescia工廠從傳統(tǒng)的燃燒工藝改造為優(yōu)化的氧氣燃燒工藝，同時(shí)建造一座新一代現(xiàn)場(chǎng)氧氣生產(chǎn)裝置，該裝置產(chǎn)生的氧氣將取代此前注入窯爐的空氣，使玻璃通過(guò)氧氣燃燒熔化，從而提高工藝效率。此外，該現(xiàn)場(chǎng)氧氣生產(chǎn)裝置將采用低溫工藝，比上一代節(jié)能10%?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)氧氣也避免了卡車運(yùn)輸?shù)任锪鳝h(huán)節(jié)。此外，液化空氣集團(tuán)還將為Verallia公司提供HeatOx專利技術(shù)，回收玻璃窯爐產(chǎn)生的熱量進(jìn)行再利用，以進(jìn)一步減少生產(chǎn)玻璃的能耗。法液空提供的解決方案將使Pescia工廠的玻璃窯爐減少18%的CO2排放。

4.2 新能源替代技術(shù)

使用低碳或無(wú)碳燃料代替化石燃料理論上減排潛力較大，生物甲烷、綠氫和可再生能源電力都可作為替代燃料應(yīng)用在平板玻璃生產(chǎn)中。但目前全球應(yīng)用替代燃料的生產(chǎn)線較少，且?guī)缀醵紴樵囼?yàn)線，技術(shù)推廣也受到成本和政策等因素的制約，仍處于技術(shù)探索和驗(yàn)證階段。

2021年8月，日本板硝子集團(tuán)旗下皮爾金頓英國(guó)公司（Pilkington UK）在世界首次使用100%氫氣實(shí)現(xiàn)了平板玻璃的生產(chǎn)制造。該試驗(yàn)性生產(chǎn)在皮爾金頓的圣海倫斯（St Helens）工廠進(jìn)行，生產(chǎn)中將天然氣完全取代為氫氣。作為世界首次采用氫氣進(jìn)行平板玻璃生產(chǎn)的試驗(yàn)，取得了圓滿成功。試驗(yàn)結(jié)果表明，玻璃原料被加熱到1600 ℃左右的熔爐可以安全地滿負(fù)荷運(yùn)行，且不會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，更證明了用氫氣對(duì)玻璃制造等能源密集型產(chǎn)業(yè)脫碳是可行的。

2022年2月，日本板硝子集團(tuán)旗下皮爾金頓英國(guó)公司在世界首次使用100%生物燃料進(jìn)行平板玻璃制造。在該生產(chǎn)試驗(yàn)中，Pilkington UK采用了一種由有機(jī)廢料制成的可持續(xù)性生物燃料，為其圣海倫斯玻璃工廠窯爐的運(yùn)行提供了為期4天的能源，共計(jì)生產(chǎn)浮法玻璃16.5萬(wàn)平方米，碳排放達(dá)到有史以來(lái)最低水平。與天然氣相比，采用該生物質(zhì)燃料產(chǎn)生的CO2減少了大約80%。

2022年5月，德國(guó)玻璃工業(yè)聯(lián)邦協(xié)會(huì)（BV Glass）和德國(guó)埃森市GWI研究所成功完成了共同合作的氫能生產(chǎn)玻璃項(xiàng)目（HyGlass）。該項(xiàng)目的目的是研究玻璃熔窯中使用氫氣作為長(zhǎng)期替代天然氣燃料的可行性，同時(shí)對(duì)采用混合氫氣和純氫氣生產(chǎn)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。項(xiàng)目的另一個(gè)研究重點(diǎn)是分析氫氣對(duì)燃燒和玻璃質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，只要在一定的控制策略下，燃料空氣比和燃燒器輸出量保持在一定水平，氫的使用對(duì)燃燒的影響并不大，爐膛溫度和傳熱都保持恒定。雖然氫的使用會(huì)導(dǎo)致更高的氮氧化物排放，但這些可以通過(guò)加熱爐的技術(shù)措施加以彌補(bǔ)。

2022年5月，日本電氣硝子（NEG）與日本Taiyo株式會(huì)社在共同開(kāi)發(fā)的氫氧燃燒器中，僅使用氫燃料，成功實(shí)現(xiàn)了玻璃熔化工藝。雙方新研制的氫氧燃燒器可適當(dāng)改變天然氣與氫氣的混合比例。在演示實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)了無(wú)論采用哪種燃燒方法，無(wú)論是只用氫氣還是氫與天然氣的混合物，都可以根據(jù)混合比例調(diào)節(jié)燃料的流量，獲得了與只用天然氣熔化能力相當(dāng)?shù)娜刍Ч?。這使氧燃燒技術(shù)和氫燃燒技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程中的CO2零排放。在玻璃制造領(lǐng)域，電氣硝子已較早完成了燃料從重油到液化石油氣（LPG）和天然氣的轉(zhuǎn)換，并于2010年完成了天然氣轉(zhuǎn)換。

2022年6月，法國(guó)圣戈班集團(tuán)首次實(shí)現(xiàn)了平板玻璃的零碳生產(chǎn)。該項(xiàng)目采用100%的回收廢玻璃以及100%的綠色能源（由沼氣及脫碳能源產(chǎn)生的電力）進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)確保了平板玻璃的光學(xué)等質(zhì)量要求。

2023年2月，日本AGC集團(tuán)和法國(guó)圣戈班集團(tuán)宣稱將計(jì)劃合作建設(shè)一條低碳平板玻璃生產(chǎn)試驗(yàn)線，旨在減少兩家公司的直接二氧化碳排放。該生產(chǎn)線將在AGC位于捷克Barevka工廠壓花玻璃生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)翻新，成為一條高性能的現(xiàn)代化低碳生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線目標(biāo)是50%采用電能，另50%由氧氣和天然氣混合燃燒供能，預(yù)計(jì)將于2024年下半年運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)。

2023年3月，法國(guó)圣戈班集團(tuán)在研發(fā)試驗(yàn)中以30%的比例使用氫氣作為能源制造平板玻璃。該試驗(yàn)為期5天，在德國(guó)赫爾佐根拉特工廠的測(cè)試生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)，將現(xiàn)場(chǎng)直接CO2排放量減少70%，證明了用一定比例氫氣作為能源制造平板玻璃的技術(shù)可行性。

2023年5月，由美國(guó)玻璃制造商和能源供應(yīng)商組成的五大湖清潔氫中心聯(lián)盟（GLCH），向美國(guó)能源部（DOE）提交了一項(xiàng)80億美元的資金申請(qǐng)，根據(jù)《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》，建立區(qū)域清潔氫能中心。該氫能中心將采用無(wú)碳排放的核能，并以具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本生產(chǎn)清潔氫氣。該項(xiàng)目能夠通過(guò)成熟的生產(chǎn)技術(shù)，以最大限度地減少每日100多噸氫氣生產(chǎn)所需的時(shí)間。這標(biāo)志著美國(guó)的氫能制造玻璃計(jì)劃又向前邁進(jìn)了一步。

2023年6月，日本AGC集團(tuán)受新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織（NEDO）委托，成功完成了世界上第一個(gè)以氨為燃料的玻璃生產(chǎn)示范試驗(yàn)。試驗(yàn)驗(yàn)證了玻璃的質(zhì)量、對(duì)窯爐材料的影響、火焰溫度、爐內(nèi)溫度以及抑制氮氧化物（NOX）排放的效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，在保持玻璃熔化爐溫度的情況下，廢氣中所含的NOX濃度低于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值。下一步計(jì)劃在2026年后在玻璃熔化爐中全面引入氨燃燒技術(shù)，未來(lái)將考慮將氨燃燒技術(shù)擴(kuò)展到鋼鐵和鋁等領(lǐng)域，以減少各種材料制造行業(yè)的溫室氣體排放。

2023年6月，德國(guó)肖特集團(tuán)在實(shí)驗(yàn)室中采用100%氫氣成功生產(chǎn)出玻璃熔體，完全未使用天然氣。相比2022年12月采用35%氫氣生產(chǎn)試驗(yàn)，結(jié)果表明，肖特可完全改進(jìn)熔融技術(shù)，不再使用化石燃料，這一點(diǎn)在此次試驗(yàn)中得到充分證實(shí)。

4.3 廢玻璃回收技術(shù)

2020年，歐洲正式啟動(dòng)了一項(xiàng)重大計(jì)劃“玻璃閉環(huán)”（Close the Glass Loop），目標(biāo)是在2030年實(shí)現(xiàn)90%的廢玻璃回收率。該計(jì)劃匯集了代表玻璃制造商、加工商、品牌、包裝、回收以及市政機(jī)構(gòu)在內(nèi)12個(gè)歐盟組織。這項(xiàng)計(jì)劃由歐洲玻璃容器聯(lián)合會(huì)（FEVE）主席Michel Giannuzzi提出，旨在解決大多數(shù)歐盟國(guó)家在廢玻璃回收鏈中面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，進(jìn)一步提升回收和再利用效率，實(shí)現(xiàn)玻璃利用的閉環(huán)。

2020年3月，British Glass公司致信英國(guó)財(cái)政大臣，要求提高玻璃回收率指標(biāo)，作為玻璃行業(yè)降低碳排放承諾的一部分。提升廢玻璃回收利用所能夠減排的CO2，占行業(yè)所需減少排放總量的三分之一左右，即利用1噸回收廢玻璃生產(chǎn)的玻璃容器等產(chǎn)品，可減少約580 kg的CO2排放。英國(guó)的目標(biāo)是力爭(zhēng)2030年實(shí)現(xiàn)廢玻璃回收率90%。

2022年5月，圣戈班聯(lián)合奧迪汽車公司發(fā)起行業(yè)開(kāi)創(chuàng)性研究，旨在將損壞的汽車玻璃轉(zhuǎn)化為可回收材料，并重新投入新車生產(chǎn)。為此，奧迪和其合作伙伴制定了一套專業(yè)化的多階段回收流程：首先，利用創(chuàng)新的回收工藝，將受損玻璃打碎成小塊；然后，清除所有非玻璃雜質(zhì)，如膠水殘留物等；由此產(chǎn)生的玻璃顆粒被熔化，并制作成新的平板玻璃；最后，這些玻璃板通過(guò)進(jìn)一步制作變成新車窗。若該試點(diǎn)項(xiàng)目成功，回收生產(chǎn)的新車窗將用于純電車型。與制造新玻璃相比，采用回收利用的方式，最多可減少30%的CO2排放量。除了與奧迪合作的試點(diǎn)項(xiàng)目，圣戈班玻璃還計(jì)劃未來(lái)三年在德國(guó)黑措根拉特工廠回收利用多達(dá)3萬(wàn)t玻璃。此舉不僅將大量節(jié)省能源和資源，還將顯著減少碳排放和用水量。預(yù)計(jì)該公司每天減少的碳排放量將達(dá)75 t。

2023年，圣戈班集團(tuán)與英國(guó)建筑公司McLaren合作，為廢窗玻璃的閉環(huán)回收利用提供支持。圣戈班的廢玻璃回收利用計(jì)劃是英國(guó)同類中規(guī)模最大的，每年回收廢玻璃超過(guò)55000 t，減少了氮氧化物排放，節(jié)省了原材料的使用。圣戈班集團(tuán)的目標(biāo)是到2050年，從廢舊建筑中回收25%以上的玻璃（消費(fèi)后碎玻璃）。目前，從市場(chǎng)和客戶端，圣戈班已經(jīng)通過(guò)玻璃回收計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了35%的碎玻璃回收，在某些情況下可以達(dá)到41%。

2023年3月，AGC集團(tuán)與德國(guó)玻璃深加工設(shè)備制造商Hegla就中空玻璃循環(huán)再利用技術(shù)展開(kāi)合作。隨著雙玻和三玻中空玻璃產(chǎn)量和用量的增加，使用壽命結(jié)束時(shí)需要更換的廢舊中空玻璃也在不斷增長(zhǎng)。目前，僅有一小部分廢玻璃被回收至平板玻璃工廠窯爐進(jìn)行循環(huán)利用。最好的情況是廢舊中空玻璃通過(guò)專門的工廠回收，拆解后再加工成新的中空玻璃進(jìn)行利用。這其中，IG2Pieces技術(shù)將起到關(guān)鍵作用。這是一種在保護(hù)玻璃原片和尺寸的同時(shí)，拆解中空玻璃組件的設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，該設(shè)備切割中空玻璃的邊緣，將完整的玻璃從框架中分離出來(lái)。分離出來(lái)的玻璃可利用價(jià)值將遠(yuǎn)高于未經(jīng)分離而丟棄的中空玻璃組件。

近期，日本板硝子在其京都工廠實(shí)現(xiàn)玻璃廢棄物零排放，這在玻璃行業(yè)尚屬首次。以前京都工廠每年的廢棄物達(dá)到5100 t，4700 t循環(huán)利用，400 t作掩埋處理?，F(xiàn)在將廢棄物完全分類到50種，全部進(jìn)行再處理并回收利用。玻璃工廠排出的廢棄物最多的是切裁時(shí)的邊角料，此外還有研磨時(shí)產(chǎn)生的粉末，并混有磚瓦、金屬等雜質(zhì)。該工廠將上述廢棄物按顏色及物質(zhì)分成11種類型，分別回收。實(shí)施上述措施只使費(fèi)用上升10%，今后不僅是板硝子的京都工廠，其它工廠也要陸續(xù)達(dá)到零排放。

2023年7月，歐洲玻璃容器聯(lián)合會(huì)（FEVE）發(fā)布報(bào)告稱，歐盟28國(guó)廢舊玻璃容器回收率均數(shù)已達(dá)80.1%，創(chuàng)歷史新高。歐盟每年回收的300億個(gè)廢舊玻璃容器中的大部分又回到了工廠得以再利用。76%的回收率是整個(gè)歐盟的平均水平，不能代表個(gè)體情況。從國(guó)家來(lái)看，瑞典、比利時(shí)、丹麥、奧地利、瑞士、斯洛文尼亞的回收率最高，超過(guò)了90%。緊隨其后的是德國(guó)、愛(ài)爾蘭、意大利、荷蘭和盧森堡，也超過(guò)了80%。而波蘭、英國(guó)、羅馬尼亞、保加利亞、希臘、匈牙利以及葡萄牙這些國(guó)家在回收方面仍需進(jìn)一步提升。

4.4 碳捕集技術(shù)

據(jù)國(guó)際能源署稱，目前全球已經(jīng)有15座直接空氣捕集廠在運(yùn)營(yíng)，每年捕集的CO2超過(guò)9000 t。同時(shí)，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)的報(bào)告表明，擴(kuò)大碳去除技術(shù)可以幫助世界將全球變暖限制在1.5 ℃以內(nèi)。

皮爾金頓英國(guó)公司正評(píng)估在其玻璃生產(chǎn)工廠部署碳捕集技術(shù)的可行性，并與C-Capture公司展開(kāi)試驗(yàn)性合作。此前，總部位于英國(guó)利茲的CCapture公司已申請(qǐng)了一項(xiàng)低成本碳捕集技術(shù)的專利，該技術(shù)比現(xiàn)有的商業(yè)技術(shù)節(jié)省40%的能源。該技術(shù)使用了一種新的捕集溶劑，這種溶劑不含胺和氮，不被歸類為有害溶劑，價(jià)格低廉，而且可以通過(guò)生物資源進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。在這項(xiàng)專利中，C-Capture將以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將溶劑應(yīng)用于玻璃制造中排放的代表性煙氣中，作為該技術(shù)具備捕集重工業(yè)廢氣中CO2能力的證明。

2021年9月，瑞士初創(chuàng)公司Climeworks在冰島啟動(dòng)了除碳工廠Orca的建設(shè)，這是迄今為止最大的旨在從空氣中清除CO2的工廠。該工廠每年能夠捕集4000 tCO2，并將其變成固體安全地儲(chǔ)藏在地下。Orca在外形上由8個(gè)集裝箱式的大型收集器組成，其碳捕集需要以下3個(gè)步驟：首先，需要使用一套由大堆金屬“空氣過(guò)濾器”組成的直接空氣捕捉裝置，它能夠通過(guò)風(fēng)扇從周圍空氣中“吸入”CO2，然后用化學(xué)過(guò)濾器將其提取出來(lái)，剩余的空氣則從另一邊排出。一旦過(guò)濾器中的CO2飽和，收集器就會(huì)關(guān)閉，以防止更多的空氣進(jìn)入。再利用與工廠同處一地的地?zé)岚l(fā)電廠提供的能量，對(duì)捕集到的CO2進(jìn)行加熱，這一操作會(huì)使CO2從過(guò)濾器中釋放，并以濃縮形式提取出來(lái)。再把CO2加壓并與水混合，通過(guò)管道輸送并將CO2泵入地下進(jìn)行儲(chǔ)存。最后，濃縮的CO2與水結(jié)合后，會(huì)一同被泵入地下深處，在那里，CO2分子與玄武巖發(fā)生反應(yīng)，并在兩年內(nèi)變成固體儲(chǔ)存起來(lái)，不僅可以永久地儲(chǔ)存在深層地質(zhì)構(gòu)造中，之后也可以用來(lái)制造燃料、化學(xué)品、建筑材料和其他產(chǎn)品。濃縮后的CO2與水混合，被注入地下1000 m深處的玄武巖中進(jìn)行礦化。CO2-水混合物大約兩年內(nèi)變成石頭，在四個(gè)月內(nèi)變成硫氫化物，整個(gè)碳移除和儲(chǔ)存過(guò)程才算完成。Climeworks公司估計(jì)，到2030年末，每噸碳的成本將從600～800美元降低至100～150美元。

2022年5月，日本東京都立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的直接空氣捕集（DAC）碳捕集技術(shù)，據(jù)稱這個(gè)技術(shù)在去除大氣中濃度較低的有害氣體時(shí)，效率可達(dá)99%。在測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)IPDA能夠從濃度為400×10-6的空氣中去除超過(guò)99%的二氧化碳 400×10-6大約是目前大氣中的濃度水平。這一過(guò)程也比其他碳捕集技術(shù)快得多，每摩爾化合物每小時(shí)可去除201 mmol的CO2。

2022年8月，法國(guó)電力集團(tuán)（EDF）與設(shè)備制造商Terrao聯(lián)合在敦刻爾克測(cè)試一項(xiàng)用于供暖或工業(yè)生產(chǎn)的碳捕集項(xiàng)目。目前，該系統(tǒng)處于示范階段，目標(biāo)是能夠裝備至現(xiàn)有設(shè)施，以更低的成本捕集CO2。敦刻爾克的樣機(jī)已經(jīng)處于準(zhǔn)工業(yè)化階段，其功率為250 kW。

2023年3月，歐盟乃至全球范圍內(nèi)首個(gè)跨境碳捕捉與封存項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)。該項(xiàng)目名為“綠沙”，計(jì)劃將比利時(shí)捕捉的CO2運(yùn)輸至丹麥北海區(qū)域，注入地下永久封存?！熬G沙”碳捕捉與封存項(xiàng)目在去年12月獲得丹麥能源署批準(zhǔn)，是丹麥?zhǔn)讉€(gè)獲得批準(zhǔn)的向地下注入CO2的降碳項(xiàng)目。按照規(guī)劃，CO2最終會(huì)注入北海海床一英里以下，在高壓條件下實(shí)現(xiàn)永久封存。在比利時(shí)捕集的CO2將通過(guò)海船運(yùn)抵丹麥，隨后注入項(xiàng)目所在地。若項(xiàng)目進(jìn)展順利，德國(guó)也將加入該項(xiàng)目，推動(dòng)德國(guó)本土工業(yè)脫碳。2030年前，“綠沙”項(xiàng)目預(yù)計(jì)每年可永久封存800萬(wàn)tCO2，這約等于丹麥全年CO2排放量的10%。

2023年6月，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)與氣候行動(dòng)部計(jì)劃撥款約500億歐元，支持資本密集型和能源密集型的重污染企業(yè)投資研發(fā)新型脫碳技術(shù)，緩解歐洲工業(yè)正面臨的原材料、能源和勞動(dòng)力成本高的壓力。該計(jì)劃將面向中小企業(yè)開(kāi)放，主要涵蓋玻璃、水泥、冶金、石灰、化工、造紙等行業(yè)。到2045年，該計(jì)劃約減少3.5億tCO2排放，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)德國(guó)氣候目標(biāo)所需工業(yè)減排總量的三分之一。

4.5 低碳玻璃產(chǎn)品

2022年9月，法國(guó)圣戈班集團(tuán)推出的低碳玻璃ORAé?被確認(rèn)為世界上碳足跡最低的玻璃，即厚度4 mm玻璃的CO2排放當(dāng)量?jī)H為6.64 kg。相比圣戈班在歐洲地區(qū)提供的標(biāo)準(zhǔn)玻璃產(chǎn)品，碳足跡減少了約42%，這款低碳玻璃使用了三分之二的可回收成分作為原材料，并以天然氣和可再生電力為能源，從而達(dá)到環(huán)保性能。圣戈班集團(tuán)還將ORAé?低碳玻璃原片與COOL-LITE?XTREME陽(yáng)光控制鍍膜技術(shù)結(jié)合為COOL-LITE?XTREME ORAé?節(jié)能玻璃，其能夠顯著減少建筑制冷、制熱、照明所需的能耗以及溫室氣體排放。應(yīng)用方面，最新的一個(gè)項(xiàng)目案例是瑞典開(kāi)發(fā)商N(yùn)CC與幕墻制造商Fasadglass合作的哥德堡的Habitat 7大樓，采用了COOLLITE?XTREME ORAé?節(jié)能玻璃。

2022年11月，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和威斯康星大學(xué)的研究者們開(kāi)發(fā)了一種采用光伏玻璃外墻的建筑能量模型。作者研究了三種不同的光伏玻璃技術(shù)，結(jié)果最終表明，新型玻璃外墻技術(shù)，尤其是具有高熱性能的光伏玻璃，在所有氣候條件下與典型傳統(tǒng)建筑相比，每年可節(jié)省10000～40000 GJ的能源，每年可減少高達(dá)2000 t的CO2排放量。若結(jié)合有效的布置方法，通過(guò)光伏玻璃技術(shù)實(shí)現(xiàn)高層凈零建筑是可行的。

2022年12月，AGC歐洲玻璃公司推出低碳浮法玻璃系列，其特點(diǎn)是生產(chǎn)4 mm厚每平方米玻璃的CO2排放當(dāng)量小于7 kg。此舉將使AGC公司在生產(chǎn)浮法玻璃過(guò)程中減少40%以上的碳排放。生產(chǎn)該低碳浮法玻璃的工廠位于比利時(shí)Moustier，也將是AGC第一家生產(chǎn)低碳浮法玻璃的工廠。該低碳浮法玻璃原片能夠加工成各類玻璃產(chǎn)品，如鋼化、中空以及鍍膜玻璃等。

2023年7月，美國(guó)康寧公司推出了Corning?Viridian?注射劑玻璃瓶，其生產(chǎn)過(guò)程中的CO2排放量減少最多可達(dá)到30%。與傳統(tǒng)玻璃注射劑瓶相比，Viridian?注射劑瓶使用的玻璃材料減少了20%，且不會(huì)影響注射劑瓶的質(zhì)量或安全性。玻璃材料用量的減少降低了30%的制造和運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)排放，并減少了流入廢棄物的玻璃總量。

2023年7月，美國(guó)賓西法尼亞州立大學(xué)（Penn State）的研究人員通過(guò)改進(jìn)玻璃配料，開(kāi)發(fā)了一種名為L(zhǎng)ionGlas的新型玻璃。該研究團(tuán)隊(duì)將純堿和石灰石替換為氧化鋁或鐵化合物，不僅大幅減少了熔化過(guò)程中的CO2直接排放，還將熔化所需溫度降低了300～400 ℃，使能耗減少約30%。

5 結(jié)語(yǔ)

“十四五”時(shí)期是我國(guó)平板玻璃工業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的關(guān)鍵階段。目前，我國(guó)平板玻璃工業(yè)總體的碳排放還處于上升期，并未達(dá)到峰值，要實(shí)現(xiàn)最終的碳中和目標(biāo)依然任重而道遠(yuǎn)。因此，需要從多方位、多角度、多路線發(fā)力，全面推進(jìn)玻璃行業(yè)的各項(xiàng)碳中和技術(shù)路線不斷取得突破，從而為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)貢獻(xiàn)行業(yè)自身的力量。