Bei der Herstellung von Braunglas werden in Deutschland rund 0,58 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr ausgestoßen. Ein neues Verfahren ermöglicht es, den Prozess bald umweltfreundlicher machen: In einem Forschungsprojekt haben Forschende der TU Bergakademie Freiberg ein vollelektrisches Schmelzverfahren für die Produktion von Braunglas weiterentwickelt und im Labormaßstab getestet.
Die Beheizung der sogenannten Glasschmelzwanne erfolgt dabei vollständig mit Strom anstelle von Erdgas: Rund 86 Prozent der CO₂-Emissionen könnten auf diese Weise eingespart werden. Dies entspricht dem jährlichen CO₂-Ausstoß von etwa 77.000 Haushalten. Zusätzlich kann die Menge des Farb- beziehungsweise Schwefelträgers halbiert werden.
Braune Gläser werden vor allem für die Verpackung von Medikamenten und lichtempfindlichen Lebensmitteln verwendet. Zur Herstellung wird ein brauner Farbträger (hier Natriumsulfat als Schwefelträger, Eisenoxid und Reduktionsmittel) der Rohstoffmischung, dem sogenannten Glasgemenge, beigemischt. Dieses Gemenge wird bislang in einer gasbeheizten Glasschmelzwanne bei Temperaturen von bis zu 1.500 °C geschmolzen. Eine rein elektrische Beheizung der Wanne ist nach aktuellem Stand der Technik noch nicht industriell realisierbar – insbesondere die Stabilität der Farbe und der Gemengedecke, die für stabile Prozessbedingungen entscheidend ist, stellt dabei eine Herausforderung dar.
Erneuerbare Energie direkt nutzen
In einer vollelektrischen Schmelzanlage im Technikumsmaßstab ist es einem Team des Instituts für Glas- und Glastechnologie der TU Bergakademie Freiberg gelungen, die Faktoren zu identifizieren, die bisher verhinderten, dass der Farbträger in der elektrischen Glasschmelzwanne zuverlässig für die Braunfärbung sorgt.
Dabei kommt in der Anlage das sogenannte Cold-Top-Verfahren zum Einsatz: Eine isolierende Schicht aus kühlem Gemenge liegt wie ein Deckel auf der glühenden Schmelze. „Das spart zwar massiv Energie, macht es aber deutlich komplizierter, die chemischen Reaktionen und das Entweichen von Gasen im Inneren präzise zu steuern“, erklärt Projektleiter Dr. Khaled Al Hamdan.
Als besonders geeignet hat sich eine spezielle Zusammensetzung aus Farbträger, Reduktionsmittel und Läutermittel für die zuverlässige Bildung des Braunfarbkörpers erwiesen. „Das Verhältnis der Gemengezugaben unterscheidet sich deutlich von traditionellen Schmelzverfahren. Durch die Modifizierung der Farb- und Reduktionsmittelanteile sowie des Temperaturprofils und der Decke des Gemenges konnten wir diese Hindernisse überwinden“, so Dr. Khaled Al Hamdan.
Im Labor konnte das Team nachweisen, dass die Produktion von Braunglas in der vollelektrischen Schmelzanlage zuverlässig und in hoher Qualität möglich ist. „Wir konnten eine absolut konstante Farbe garantieren und gleichzeitig die sogenannte kalte Gemengedecke stabilisieren“, erklärt Dr. Al Hamdan. Das neue Schmelzverfahren wird nun in Kooperation mit Industriepartnern getestet und könnte die Herstellung von Braunglas künftig deutlich umweltfreundlicher machen.