Technologische Energieeffizienzverbesserungen bei Glas

Datum: 21. Februar 2023

Autoren: Alessandra Cantini, Leonardo Leoni, Saverio Ferraro, Filippo De Carlo, Chiara Martini, Fabrizio Martini und Marcello Salvio

Quelle:Prozesse 2022, 10(12), 2653

DOI:https://doi.org/10.3390/pr10122653

(Dieser Artikel gehört zur Sonderausgabe Technologien für klimaneutrale Energiesysteme)

Die Glasindustrie ist sehr energieintensiv und verbraucht jedes Jahr etwa 500–700 Millionen GJ. Der Austausch ineffizienter Geräte durch leistungsstärkere Geräte ist eine gute Strategie, um den Energieverbrauch einer Glasfabrik zu senken. Da es viele Alternativlösungen gibt, ist die Entscheidung, welche technologische Verbesserung umgesetzt werden soll, meist schwierig. Daher ist eine Überprüfung von Lösungen zur Reduzierung des Energieverbrauchs in einer Glasfabrik von entscheidender Bedeutung. Die Literatur bietet ähnliche Studien, diese sind jedoch nicht ausreichend aktuell und stellen nicht den aktuellen Stand der Technik dar, der aktualisiert werden sollte. Daher zielt dieses Papier darauf ab, eine aktualisierte Liste alternativer Lösungen bereitzustellen und diese in verschiedene Kategorien (z. B. die Prozessphase) einzuteilen.

Darüber hinaus untersucht dieser Beitrag die aktuelle Anwendbarkeit energiesparender Lösungen in Italien. Konkret wird eine Stichprobe von 103 italienischen Unternehmen betrachtet und die Art der Interventionen analysiert, die die Unternehmen kürzlich umgesetzt haben oder die sie ergreifen möchten. Es wurden quantitative statistische und wirtschaftliche Analysen durchgeführt, um die beliebtesten Lösungen hervorzuheben und deren Kosteneffizienz zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten Eingriffe darin bestehen, Maschinen durch effizientere zu ersetzen, hauptsächlich in Hilfssystemen (132 von 426). Das Ergebnis dieses Papiers könnte als Leitfaden für die Auswahl energiesparender Lösungen dienen.

Der Produktionsprozess in Glasfabriken ist typischerweise energieintensiv und erfordert große Mengen an Ressourcen. Es wurde geschätzt, dass der Glasherstellungsprozess etwa 5 ÷ 7 GJ pro produzierter Tonne Glas verbraucht [1] und die weltweite Glasproduktion etwa 100 Millionen Tonnen pro Jahr beträgt [2]. Weltweit werden Glasprodukte von 1141 Unternehmen und Konzernen in 91 Ländern hergestellt, mit einer täglichen Gesamtkapazität von mehr als 500 Tonnen/Tag (https://plants.glassglobal.com/login/ (abgerufen am 27. Mai 2021)) [3 ]. In Italien beträgt die Glasproduktion etwa 6 Millionen Tonnen/Jahr, wobei etwa 2,7 Mio. Tonnen CO2 produziert werden und ein Erdgasverbrauch von 970 Mio. Sm3/Jahr (etwa 1 % des nationalen Erdgasverbrauchs) erfolgt [4].

Angesichts der erheblichen Auswirkungen, die die verarbeitende Industrie auf die globale ökologische Nachhaltigkeit hat, und angesichts des zunehmenden wirtschaftlichen Drucks, der durch einen Wettbewerbsmarkt und die Reduzierung der verfügbaren Energieressourcen entsteht, ist es zu einem vorrangigen Anliegen geworden, die Energieeffizienz von Produktionssystemen zu optimieren [5,6 ]. Aus dieser Perspektive ist es zur Reduzierung des Energieverbrauchs im Glassektor möglich, sowohl auf technologischer als auch auf verwaltungstechnischer Ebene zu handeln. Mit Blick auf die technologischen Aspekte besteht eine der zu verfolgenden Strategien darin, Produktionsanlagen zu verbessern, indem ineffiziente Geräte modifiziert oder durch leistungsstärkere und weniger energieintensive Geräte ersetzt werden [7]. Bei den Eingriffen können sowohl die Vermögenswerte berücksichtigt werden, aus denen sich der Produktionsprozess für die Glasproduktion zusammensetzt, als auch Hilfssysteme (z. B. Motoren, Kompressoren). Andere Branchen schlagen Analysen technologischer Eingriffe zur Energieeffizienz von Herstellungsprozessen vor, beispielsweise die Zementindustrie [8] und die Gießereiindustrie [9].

Der Glasherstellungsprozess kann in vier Makrophasen unterteilt werden, wie zum Beispiel (i) Schmelzvorbereitung, (ii) Schmelzen und Raffinieren, (iii) Konditionieren und Formen und (iv) Endbearbeitung (siehe Abbildung 1).

Gemäß Abbildung 1 beginnt der Produktionsprozess mit der Fusionsvorbereitung, die nach der Bereitstellung der Rohstoffe beginnt. Der Hauptrohstoff für die Glasherstellung ist Sand (70–72 %), hauptsächlich in Quarzform, der im chemischen Prozess als Verglasungsmittel fungiert. Dem Sand werden verschiedene Komponenten zugesetzt, darunter ein Schmelzmittel (Soda, 14 %), ein Stabilisator (Kalkstein, 10 %), Oxide zur Bestimmung der chemisch-physikalischen Eigenschaften und oft auch Glasscherben (Glasscherben). Nach der Beschaffung der Rohstoffe werden diese während der Fusionsvorbereitung gewogen, gemahlen und in der richtigen Menge gemischt, um die für das Endprodukt erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Anschließend erfolgt die Fusions- und Veredelungsphase, in der die Materialien nach und nach auf etwa 1500 Grad Celsius erhitzt werden. Zunächst wird ein Teil des Wassers entfernt und eine Oxidationsphase durchgeführt, um die Dissoziation von Carbonaten und Sulfaten zu ermöglichen. Anschließend wird die Mischung in einem Ofen erhitzt, bis die Glasmasse schmilzt, was durch die Zugabe schmelzender Substanzen erleichtert wird.

Diese Verbindung wird dann entsprechend den Marktanforderungen durch Raffinierungs- und Entfärbungs-/Färbeprozesse behandelt. Beim Läuterungsprozess werden Gasblasen durch Läutermittel beseitigt, während die Entfärbung mit Hilfe von Oxiden erfolgt. Die Schmelzphase ist die energieintensivste, was vor allem auf den Schmelzofen zurückzuführen ist, der das Glas durch Verbrennung, Elektrodenkontakt oder gemischte Verfahren erhitzt [10]. Anschließend wird während der Konditionierungs- und Formungsphase der Glasherstellungsprozess nach dem zu erzielenden Endprodukt unterschieden, das in vier verschiedene Typen eingeteilt werden kann: Flachglas, Behälterglas, Spezialglas und Glasfaser [11]. Flachglas wird typischerweise im Bau- und Automobilsektor verwendet (z. B. Platten und Floatglas für den Wohn- und Gewerbebau, Automobilanwendungen, Arbeitsplatten und Spiegel).

Behälterglas kann wiederum in Hohlglas und Weißglas für den Lebensmittel- und Getränkebereich bzw. den Parfümerie- und Pharmabereich unterteilt werden. Spezialglasprodukte gehören zum Haushaltssektor (z. B. gepresstes und geblasenes Glas für Tischgeschirr, Kochgeschirr, Beleuchtung, Fernseher, Flüssigkristallanzeigen, Laborgeräte und optische Kommunikation). Schließlich können Glasfasern in Glaswolle zur Isolierung oder Textil-/Verstärkungsfasern eingeteilt werden. In dieser Phase ändern sich die Prozessressourcen je nach Produkt. Im Allgemeinen verlässt die geschmolzene, raffinierte und abgekühlte Glasmasse nach dem Ruhen den Ofen durch Kanäle und gelangt in Fließsysteme, sogenannte „Vorherde“, die das geschmolzene Glas zu den Formmaschinen transportieren. Nachdem das Glas die Kanäle passiert und die Konditionierung abgeschlossen hat, gelangt es in die Formmaschinen, wo es seine endgültige Form annimmt [11]. In der Endbearbeitungsphase werden schließlich die für das Endprodukt erforderlichen Oberflächeneigenschaften bestimmt.

Um die Energieeffizienz in der Glasproduktionsanlage zu steigern, wurden für jeden Arbeitsschritt des Produktionsprozesses vielfältige technologische Lösungen entwickelt. Die Best Available Techniques Reference Documents (BREFs) im Zusammenhang mit der Glasherstellung sind das Referenzdokument, das im Glassektor zur Erzielung einer verbesserten Energieeffizienz verwendet werden soll [12]. Die Europäische Union hat die BREFs als Veröffentlichungen erstellt, die als Leitlinien zur Verbesserung der Energieeffizienz dienen. Zusätzlich zu den BVT-Merkblättern finden sich in der Fachliteratur weitere Lösungen zur Energieeffizienz, die auf technische Anlagen anwendbar sind. Lösungen in der Schmelzvorbereitungsphase betreffen beispielsweise Waagen zum computergestützten Wiegen von Komponenten [12], Rohstofffördersysteme zum Vorwärmen von Gemenge und Scherben [11,12,13] sowie Mahlmühlen zur Verbesserung der Energieeffizienz [14]. ] und zum gleichzeitigen Mahlen und Mischen [15].

In der Schmelz- und Raffinationsphase betreffen die energiesparenden Lösungen meist Schmelzöfen, Brenner und Elektroden. Die Arbeit von Bauer et al. [16] schlägt die Installation von Thermovoltaikanlagen an den Maschinenwänden vor, um die Verlustwärme zurückzugewinnen. In der Konditionierungs- und Formphase betreffen die Lösungen Formmaschinen und Hochöfen, wobei sich einige Lösungen mit deren Ersatz durch Autogen- oder elektrisch beheizte Modelle befassen [11]. Für die Endbearbeitungsphase schließlich betreffen die Lösungen Maschinen wie Öfen zur Reduzierung von Verlusten oder den Einbau effizienterer Typen [11]. Vielfach vorgeschlagene Lösungen betreffen die Verbesserung von Maschinen durch Modernisierung, insbesondere für technologische Anlagen, die sehr energieintensiv sind oder hohe Energieverluste aufweisen, wie Schmelzöfen, Brenner und Hochöfen [11].

Die Vielzahl der auf dem Markt angebotenen Alternativen erschwert jedoch die Entscheidung, welche technischen Verbesserungsmaßnahmen ergriffen werden sollen. Das Ergebnis ist, dass Unternehmen, die an einem ökologischen Wandel interessiert sind, verwirrt sind und nicht in der Lage sind, die beste Produktionstechnologie auszuwählen, in die sie investieren möchten. Aus diesen Gründen wurden in der wissenschaftlichen Literatur bereits Anstrengungen unternommen, einen Überblick über die wichtigsten Technologien zur Überwindung von Energieproblemen und zur Minimierung des Energieverbrauchs zu entwickeln [12,17,18]. Allerdings ist diese Literatur nicht ausreichend aktuell und berücksichtigt nicht die technologischen Entwicklungen des letzten Jahrzehnts. Darüber hinaus sind die vorgeschlagenen Lösungen zwar nach der Prozessphase unterteilt, auf die sie sich beziehen (Schmelzvorbereitung, Schmelzen und Raffinieren, Konditionieren und Formen sowie Endbearbeitung), aber es gibt keine synthetische Klassifizierung, die die verfügbaren Alternativen zusammenfasst und sie auch nach der jeweiligen Phase unterteilt spezifischen Vermögenswert, auf den sie einwirken. Schließlich fehlen echte Beweise für die aktuelle Anwendbarkeit solcher Lösungen in realen Geschäftskontexten.

Um diese Lücke zu schließen, verfolgt die vorliegende Arbeit zwei Ziele. Das erste Ziel besteht darin, eine aktualisierte Liste technologischer Energieeinsparmöglichkeiten für Glasproduktionsanlagen bereitzustellen und diese sowohl nach Prozessphasen als auch nach den beteiligten Vermögenswerten aufzuteilen. Das zweite Ziel besteht darin, die aktuelle Situation in Italien und zukünftige Perspektiven abzubilden. Zu diesem Zweck wurde eine Stichprobe von Unternehmen analysiert und statistische Überlegungen zu kürzlich umgesetzten Energiesparmaßnahmen und Lösungen für für die nächsten Jahre vorgeschlagene Technologieanlagen angestellt. Die für die aktuelle Studie benötigten Informationen wurden den Energiebewertungen (EAs) von 103 verschiedenen Glasherstellungsanlagen in Italien entnommen, die von Unternehmen der Glasindustrie zur Einhaltung von Artikel 8 des Gesetzesdekrets 102/2014, der italienischen Umsetzung, erstellt wurden der Energieeffizienzrichtlinie (EED) 2012/27/EU.

Alle in diesem Dokument bereitgestellten Informationen könnten für Unternehmen der Glasbranche nützlich sein, die einen Leitfaden zur Verbesserung ihres Energieverbrauchs und ihrer Nachhaltigkeit suchen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die technologischen Möglichkeiten und bezieht sich nur auf Lösungen für die Glasproduktionsausrüstung. Von der Diskussion ausgeschlossen sind Lösungen zur Beleuchtung oder Beheizung der Industriehalle, in der sich die Anlage befindet [19]; Lösungen für Qualitätskontrolle, Wartung und Produktverpackungsaktivitäten (die dem Produktionsprozess nachgelagert sind) [12,20]; und Lösungen zur Installation von Sensoren, die, obwohl es sich um Technologien handelt, typischerweise zusammen mit Software und Computersystemen zur Implementierung von Managementlösungen (Prozesskontrolle und -optimierung) verwendet werden [21]. Vielmehr wurden Lösungen im Zusammenhang mit Hilfssystemen berücksichtigt, die für die Energieeffizienz des Glasherstellungsprozesses nicht zu vernachlässigen sind.

Der Rest des vorliegenden Papiers lautet wie folgt: Abschnitt 2 beschreibt den Ansatz, der zur Erreichung der Ziele verfolgt wird. In Abschnitt 3 wird unter Anwendung der vorgeschlagenen Methodik eine aktualisierte Liste der verfügbaren Technologien angeboten und eine Analyse des italienischen Szenarios gezeigt. Abschnitt 4 enthält eine Diskussion der Ergebnisse. Schließlich enthält Abschnitt 5 Schlussfolgerungen.

Das Europäische Parlament und der Rat haben im Oktober 2012 die Energieeffizienzrichtlinie (EED) mit dem Ziel erlassen, den Energieverbrauch bis 2020 um 20 % zu senken [22]. Um die Erreichung der europäischen Ziele zu gewährleisten und den Weg für weitere Fortschritte bei der Energieeffizienz (EE) nach 2020 zu ebnen, entwickelt der EED einen gemeinsamen Maßnahmenrahmen zur Förderung von EE. Artikel 8 des festgelegten Rahmenwerks verpflichtet die betroffenen Unternehmen, Energieaudits (EAs) zu erstellen. Eine EA ist ein systematisches Dokument, das zur Analyse potenzieller zukünftiger Investitionen in energiesparende Technologien erforderlich ist [8]; Die Sammlung ist obligatorisch und wird von großen und/oder energieintensiven Organisationen alle vier Jahre verlangt. Insbesondere enthält jede EA genaue Angaben zum Standort der Anlage, einige allgemeine Unternehmensmerkmale, die Art des Herstellungsprozesses und die Art der fertigen Produkte.

Die italienische Regierung hat die EED im Jahr 2014 umgesetzt (durch die Verabschiedung des Gesetzesdekrets Nr. 102/2014, das zuletzt durch das Gesetzesdekret Nr. 73/2020 aktualisiert wurde) und die Verpflichtung auf eine bestimmte Klasse energieintensiver Unternehmen ausgeweitet. In Italien gilt die EA-Anforderung sowohl für große Unternehmen als auch für energieintensive Unternehmen, die mehr als 1 GWh Strom verbrauchen und Steuererleichterungen auf ihre Stromrechnungen erhalten. Diese Unternehmen sind in den Datenbanken des Environmental Energy Services Fund (CSEA) enthalten. In Italien wird die Verwaltung und Umsetzung der EEED-Rahmenbereiche der italienischen Nationalagentur für neue Technologien, Energie und nachhaltige Wirtschaftsentwicklung (ENEA) übertragen, die für die Zusammenstellung der EAs zuständig ist. Zu diesem Zweck wird das Webportal Audit102 genutzt (https://audit102.enea.it/ (abgerufen am 26. Oktober 2022)) und ENEA Datenbanken sowohl zum Verbrauch als auch zu Eingriffen auf Standortebene zur Verfügung gestellt.

Für das Ziel dieser Arbeit sind die Daten am relevantesten, die sich auf die Interventionen beziehen, die die italienischen Unternehmen zwischen 2015 und 2019 durchgeführt haben, und diejenigen, die sie in den EAs identifiziert haben, deren Umsetzung zwischen 2019 und 2022 in Betracht gezogen werden soll. Diese Daten wurden beide analysiert die Liste der Energiesparlösungen mit neuen Lösungen von EAs zu aktualisieren und die bereits in der Literatur verfügbaren zu bestätigen. Durch die Erhebung von Informationen über umgesetzte und geplante Produktionstechnologien lässt sich abschätzen, wie sich die Glasbranche in den kommenden Jahren entwickeln wird.

Es wurde eine dreistufige Methodik befolgt, um eine aktualisierte Liste energiesparender technologischer Möglichkeiten in 103 Glasfabriken bereitzustellen und zu ermitteln, welche Maßnahmen derzeit in Italien am meisten in Betracht gezogen werden. Die erfassten Daten wurden in eine Tabellenkalkulationsdatenbank eingegeben und zur Erhöhung der Anzahl technischer Lösungen genutzt (siehe Tabelle A1, Tabelle A2, Tabelle A3, Tabelle A4 und Tabelle A5 in Anhang A, kursive Schriftarten).

2.1. Erforschung energiesparender technologischer Möglichkeiten

Die wissenschaftliche Literatur wurde herangezogen, um nach technologischen Möglichkeiten zur Reduzierung des Energieverbrauchs in einer Glasproduktionsanlage zu suchen. Durch Durchsuchen der Online-Datenbanken Google Scholar und Scopus und Eingabe von Schlüsselwörtern wie „Energiechancen in der Glasherstellung“, „Glastechnologien“ und „Energieeinsparung in Glasanlagen“ wurden 40 interessante Artikel identifiziert. Die Ergebnisse dieser Studie wurden verwendet, um eine Liste energiesparender technologischer Lösungen zu erstellen, wobei jede Alternative in der Liste mit der bibliografischen Quelle verknüpft wurde, die zu ihrer Identifizierung herangezogen wurde (Tabelle A1, Tabelle A2, Tabelle A3, Tabelle A4 und Tabelle A5 in Anhang A). ). Die gefundenen technologischen Lösungen wurden nach der Prozessphase und der Maschinerie, auf der sie agierten, unterteilt.

Um den Inhalt in Tabelle A1, Tabelle A2, Tabelle A3, Tabelle A4 und Tabelle A5 zu validieren, wurde eine Stichprobe von 103 italienischen Unternehmen analysiert. Diese Unternehmen befanden sich in Italien, wie in Abbildung 2 dargestellt, und zeichneten sich durch die in Abbildung 1 dargestellten Produktionsprozesse aus. Den Unternehmen wurde ein strukturierter Fragebogen ausgehändigt, in dem sie gebeten wurden, zwei offene Fragen zu beantworten. Erstens, welche energiesparenden Technologielösungen sie in den letzten 4 Jahren implementiert haben. Zweitens, welche Lösungen sie in den nächsten Jahren umsetzen wollten. Das Ergebnis des Fragebogens war nützlich, um die Liste der technologischen Lösungen zu erweitern und die Literaturmöglichkeiten durch die Beratung erfahrener Industrieller zu ergänzen.

Die Liste der technologischen Lösungen, unterteilt nach Prozessphase, Produktionsmaschine und Endprodukttyp, bietet Unternehmen ein synthetisches Werkzeug zur Verbesserung ihrer Nachhaltigkeit. Tatsächlich kann ein Generikahersteller, der den Energieverbrauch in einem bestimmten Bereich/einer bestimmten Maschine des Werks senken möchte, das vorliegende Dokument konsultieren, um schnell die verfügbaren Alternativen zu identifizieren.

2.2. Überblick über die aktuelle Situation in Italien

Die Ergebnisse der Fragebögen wurden analysiert, um zu sehen, welche der technologischen Lösungen in den letzten 4 Jahren in Italien umgesetzt wurden und welche als zukünftige Maßnahmen vorgeschlagen wurden. Durch Berechnung der Häufigkeit der Auswahl jeder Lösung wurden statistische Informationen gesammelt. Insbesondere wurde der Anwendungsgrad verschiedener technologischer Lösungen im italienischen Kontext geschätzt und die Anzahl und Art der in den letzten Jahren durchgeführten Eingriffe definiert. Andererseits wird durch die Betrachtung der Anzahl und Art der vorgeschlagenen Interventionen eine Vorstellung von den zukünftigen Entwicklungsperspektiven der Technologien in Italien gewonnen. Für jeden EA im Glassektor wurden folgende Informationen analysiert:

Wie in den Gleichungen (1) und (2) angegeben, ergibt sich die Berechnung der Häufigkeiten fa,i und fs,i aus dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Beobachtungen und der Gesamtzahl der Beobachtungen. In diesem Fall entspricht die Gesamtzahl der Beobachtungen der Stichprobendimension (SD, also 103 Unternehmen). Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung.

Es ist wichtig zu bedenken, dass einige Lösungen im Glasproduktionsprozess möglicherweise nur begrenzt anwendbar sind. Selbst wenn die Makrophasen des Prozesses für jeden Produkttyp gleich sind (siehe Abbildung 1), sind die technologischen Vermögenswerte aufgrund der Variabilität und des Endverwendungssektors unterschiedlich. Beispielsweise werden Flachglasprodukte kontinuierlich durch Walzen oder Ziehen geformt. Behälterglasprodukte hingegen erfordern das Pressen, Blasen oder Formen in speziellen Formen. Darüber hinaus kann es Produkte geben, für die nur eine Weiterverarbeitung erforderlich ist und nicht alle Unternehmen den gesamten Produktionszyklus durchführen. Um eine realistischere Darstellung der Trends im Zusammenhang mit den in Glasstandorten eingesetzten Technologien zu erhalten, wurden statistische Daten zur Häufigkeit der angewandten und vorgeschlagenen Eingriffe anhand der Gleichungen (3) und (4) berechnet:

Dabei gibt reference_SD die sekundäre Stichprobe von Standorten an, die solche Interventionen in Betracht ziehen. Die neuen Frequenzwerte können eine Einschätzung des aktuellen und zukünftigen Status der wichtigsten Technologien in der italienischen Glasindustrie liefern.

2.3. Quantitative ökonomische Analyse der gesammelten Energiesparmaßnahmen

Die in der Audit102-Datenbank gesammelten EAs umfassten im Allgemeinen quantitative Daten zu durchgeführten und identifizierten Interventionen. Es wurde ein standardisierter Ansatz entwickelt, um Informationen zu Energiesparlösungen zu analysieren, den Interventionsbereich zuzuordnen, die Gesamteinsparungen in Tonnen Öläquivalent (toe) zu berechnen und Indikatoren und Statistiken für den Glassektor zu berechnen. Ursprünglich wurden Interventionen in der Audit102-Datenbank mehr als 300 Bereichen zugeordnet, derzeit sind sie 17 Interventionsbereichen zugeordnet. Anschließend werden die Ergebnisse beschrieben und in Interventionskategorien eingeteilt, die technischer Natur (z. B. „Drucksysteme“ und „Wärmekraftwerke und Wärmerückgewinnungssysteme“) oder verwaltungstechnischer Art sein können, z. B. die Einführung oder Verbesserung eines Überwachungssystems und die Einführung von ISO 50001-Zertifizierungen oder Schulungen.

Es werden Zahlen zu verschiedenen Arten von Energieeinsparungen bereitgestellt, nämlich Einsparungen bei Strom, thermischer Energie, Kraftstoffen für den Transport (sofern relevant) und anderen Einsparungen. Andere Einsparungen beziehen sich auf eine Mischung aus elektrischen und thermischen Einsparungen, für die die Aufschlüsselung in die beiden Komponenten im Energieaudit nicht verfügbar war, oder auf Einsparungen anderer Energieträger. Diese Zahlen beziehen sich auf die erzielten Einsparungen für durchgeführte Interventionen, aber auf potenzielle Einsparungen für die vorgeschlagenen (zukünftigen) Interventionen. Bei den identifizierten Interventionen stellt das Einsparpotenzial einen Höchstwert dar, da nicht alle Interventionen für die Umsetzung ausgewählt werden und sich ihre Einführung zeitlich verzögern würde. Aus diesem Grund könnten diese Interventionen in der folgenden Analyse auch als „vorgeschlagene Interventionen“ bezeichnet werden.

CAPEX wird ebenfalls von der Datenbank erfasst, und im Falle umgesetzter Interventionen werden weitere wirtschaftliche Indikatoren bereitgestellt, wie beispielsweise die einfache Amortisationszeit, berechnet ohne Anreize. Basierend auf den Datenbankinformationen können die globalen Energieeinsparungen, gemessen in Tonnen, berechnet und entweder als Endenergieeinsparungen oder als Primärenergieeinsparungen sortiert werden, wobei sich letzteres auf die technischen Interventionsbereiche „Kraft-Wärme-Kopplung und Kraft-Wärme-Kopplung“ und „Erzeugung aus erneuerbaren Energiequellen“ bezieht ".

Anhand von Informationen zu CAPEX und Energieeinsparungen wurde für jeden Eingriff ein Kostenwirksamkeitsindikator für die eingesparte Energie berechnet, gemessen als investierter Euro pro Zehe. Der Indikator wird sowohl für implementierte als auch für identifizierte EPIAs geschätzt, wie in Gleichung (5) dargestellt:

Für die Entwicklung branchenspezifischer Analysen kann der NACE-Code für das Unternehmen und für jeden Standort verwendet werden. Diese Daten wurden gesammelt und analysiert, um die Gründe zu ermitteln, die die Unternehmen dazu veranlassten, eine bestimmte Energiesparlösung anstelle anderer zu übernehmen. Im Vergleich zu Abschnitt 2.2 ermöglicht diese Phase die Analyse der durchgeführten Interventionen aus wirtschaftlicher Sicht, wobei sowohl die Investitionskosten als auch die erwarteten Energieeinsparungen im Zusammenhang mit jeder betrachteten Intervention berücksichtigt werden.

In Italien wurden 103 Standorte für die Glasproduktion identifiziert und gebeten, eine EA bereitzustellen. Die höchste Standortdichte weist die Region Venetien mit 21 Vorkommen auf, gefolgt von der Region Lombardei mit 20 Vorkommen (Abbildung 3). In der Stichprobe von 103 Standorten weisen die norditalienischen Regionen (Ligurien, Piemont, Lombardei, Trentino-Südtirol, Venetien, Friaul-Julisch Venetien, Emilia-Romagna) mit insgesamt 69 Glasproduktionsanlagen eine höhere Standortdichte auf . Die Regionen Mittelitalien (Toskana, Marken, Umbrien, Latium) verfügen über 24 Produktionsstandorte, während die restlichen 10 Standorte in Süditalien (Abruzzen, Kampanien, Apulien, Sizilien) liegen.

Aus den 103 EAs ging hervor, dass alle Unternehmen Tätigkeiten der Rohstoffaufbereitung und -veredelung durchführen. Insgesamt 53 Unternehmen führen den gesamten Produktionszyklus durch (alle Phasen in Abbildung 1). Der Produktionszyklus stellt sechs Arten von Fertigprodukten bereit, wie in Tabelle 1 dargestellt. Die meisten Standorte in der Analysestichprobe produzieren Hohlglas (49 %), insbesondere für Pharma-, Lebensmittel- und Haushaltszwecke, gefolgt von der Produktion von Verglasungssystemen (40 %). Die anderen Produkttypen sind Glasfaser (5 %); Floatglas (4 %); die Sekundärverarbeitung von Hohlglas (3 %); und andere Produkte wie Mosaike, Fliesen, Glas für elektrische Isolatoren, Bullaugen (2 %) bzw. Glasröhren (1 %).

Tabelle 1. Art der von 103 italienischen Glasproduktionsstandorten hergestellten Fertigprodukte.

Was schließlich die Art des für den Glasherstellungsprozess verwendeten Rohmaterials betrifft (siehe Tabelle 2), so verwenden von den 103 EAs 50 % der Standorte Chargenglas, gefolgt von der Verwendung von Scherben und Flachglas mit entsprechenden Prozentsätzen 46 % und 37 %. Es wurde festgestellt, dass Glasstäbe (8 %), Hohlglas zur Dekoration (3 %) und jungfräuliches Glaskristall (1 %) geringe Verwendungswerte aufweisen.

Tabelle 2. Art des Rohmaterials.

3.1. Energiesparende Technologien von EAs

Die von italienischen Glasherstellern umgesetzten und vorgeschlagenen technologischen Interventionen wurden aus der Analyse von EAs gewonnen, wie in Abschnitt 2.1 erläutert. Tabelle 3 zeigt die Liste der durchgeführten und vorgeschlagenen Interventionen (vierte Spalte), sortiert nach Produktionsprozess (erste Spalte). Zum besseren Verständnis zeigt Spalte zwei die mit der Lösung verbundene Prozessmaschine und Spalte drei das Ziel der Lösung. Schließlich enthalten die verbleibenden Spalten quantitative Informationen über die Anzahl der von den EAs erkannten Anträge und deren Häufigkeit. Die Tabelle wurde unter Berücksichtigung der Ergebnisse der in der wissenschaftlichen Literatur vorgeschlagenen Interventionen zur Energieeffizienz des Glasherstellungsprozesses zusammengestellt. Aus diesem Grund sind die Lösungen, die auch in der Literatur in Tabelle 3 (und nicht nur in den EAs) zu finden sind, kursiv dargestellt.

Tabelle 3. Ergebnisse der italienischen Glasproduktions-EAs.

Aus der Analyse der 103 EAs für den Glasbereich lässt sich die Relevanz und der Nutzen bestimmter Lösungen ermitteln. Tatsächlich Lösungen mit einem Wert ungleich Nullfrelevant_a,i Die Werte stellen Energieeffizienzlösungen dar, die in den letzten Jahren von italienischen Unternehmen stark umgesetzt wurden. Andererseits sind Interventionen mit einem Wert ungleich Null möglichfrelevant_s,i Werte stellen Lösungen dar, die noch nicht umgesetzt sind, aber kurz vor dem Kauf und der Anwendung stehen. Es kann festgestellt werden, dass Lösungen mit hoher Qualität vorliegenfrelevant_a,iWerte stellen in der Branche etablierte Energieeffizienzlösungen dar, während Lösungen mit hohen Werten für Energieeffizienz stehenfrelevant_s,iDie Werte weisen auf Interventionen hin, an deren Anwendung Unternehmen großes Interesse für Energieeffizienz und wirtschaftliche Einsparungen haben.

Die Ergebnisse der 103 EAs wurden analysiert, um die Anzahl der vorgeschlagenen und durchgeführten Interventionen pro Prozessphase (Abbildung 4), pro Prozessmaschinerie (Abbildung 5) und pro Art des Endprodukts (Abbildung 6) zu bestimmen.

In Bezug auf die Makrophasen des Glasherstellungsprozesses (siehe Abbildung 1) zeigen die Ergebnisse von Tabelle 3 ein hohes Interesse an Hilfsdiensten mit 44 durchgeführten Interventionen und 132 vorgeschlagenen Interventionen (siehe Abbildung 4). Unter den Makrophasen sind die Fusions- und Veredelungsprozesse sowie die Veredelungsprozesse diejenigen mit höheren Eingriffswerten. Im ersteren Fall werden mehr Interventionen umgesetzt (72) als vorgeschlagen (43), und umgekehrt gilt für die Abschlussphase, dass jeweils 30 Interventionen umgesetzt und 80 vorgeschlagen wurden. Die Ergebnisse zu den Eingriffen in den Prozessphasen zeigen, dass in den letzten 4 Jahren der Fusion und Raffination sowie den Hilfsdiensten durch die Umsetzung energieeffizienter Lösungen große Aufmerksamkeit gewidmet wurde. Im Gegensatz dazu werden in den nächsten vier Jahren große Veränderungen in den Hilfsdiensten und der Endbearbeitungsphase stattfinden. In der vorgelagerten Phase des Prozesses (Schmelzvorbereitung) und der Zwischenphase (Konditionierung und Formen) werden nur wenige Lösungen hervorgehoben. Die Ergebnisse könnten auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass Unternehmen möglicherweise stärker daran interessiert sind, energieintensive Prozesse wie Schmelzen, Raffinieren und Veredeln deutlich zu verbessern.

Die Daten können auch unter Berücksichtigung der Prozessmaschine jeder Phase analysiert werden (siehe Abbildung 5). Die beliebtesten Eingriffe sind Öfen (56), Drucksysteme (32) und Wärmerückgewinnungssysteme (26). Tatsächlich erweisen sich Öfen als äußerst energieintensive Anlagen, die zum Schmelzen und Raffinieren (47 Lösungen) sowie zur Endbearbeitung (9 Lösungen) konzipiert sind. Der häufigste Eingriff bei diesen Maschinen betrifft die Umrüstung, um eine höhere Effizienz zu gewährleisten [6,11,12]. Ähnlich wie bei Öfen betreffen die meisten Eingriffe bei Wärmerückgewinnungssystemen die Fusions- und Raffinierungsphase (20 Lösungen), wobei der Schwerpunkt auf der Installation von regenerativen Öfen am Ende ihrer Lebensdauer liegt [11,23]. Andererseits betreffen die durchgeführten Eingriffe bei Drucksystemen hauptsächlich Hilfssysteme (26 Lösungen). Für diese Anlagen betreffen die am häufigsten umgesetzten Lösungen die Modernisierung von Maschinen (Motoren, Pumpen, Kompressoren usw.).

Unterschiedliche Ergebnisse betreffen die vorgeschlagenen Eingriffe, bei denen es sich überwiegend um Drucksysteme (94), Motoren (55) und Wärmerückgewinnungssysteme (45) handelt. Bei den durchgeführten Eingriffen geht es bei Drucksystemen eher um den Prozess mit Hilfssystemen (70 Lösungen), hauptsächlich zur Reduzierung von Druckluftverlusten an Rohrverbindungen und leckagegefährdeten Stellen [11,12,24]. Ebenso beziehen sich die für die Effizienz der Motoren vorgeschlagenen Lösungen auf die Hilfssysteme (35 Lösungen), hauptsächlich durch den Einbau von Motoren mit Premium-Wirkungsgrad (Klasse IE2, IE3 und IE4) und die Installation von Wechselrichtern an bereits vorhandenen Motoren System. Stattdessen umfassen die für Wärmerückgewinnungssysteme vorgeschlagenen Lösungen hauptsächlich die Fusions- und Raffinierungsphase (19 Lösungen) und die Endbearbeitungsphase (16 Lösungen). Für die Fusions- und Raffinierungsphase betreffen die am häufigsten vorgeschlagenen Maßnahmen den Einsatz von Plattenwärmetauschern zur indirekten Vorwärmung von Dampf oder Scherben [11] und den Ersatz vorhandener Rückgewinnungssysteme durch andere, die Methan oder organische Flüssigkeiten als Wärmeträger nutzen (ORC-Austauscher). Abschließend muss betont werden, dass Maschinen, die in der EA-Analyse nur wenig involviert sind, der Vorherd, die Formgebung, die Endbearbeitungsmaschinen, die Kühler und die Transportsysteme sowohl für die durchgeführten als auch für die vorgeschlagenen Eingriffe sind.

Der Glassektor in Italien produziert verschiedene Arten von Fertigprodukten (siehe Tabelle 1). Durch die Kombination der Ergebnisse der EAs-Analyse (Tabelle 3) und der fertigen Produktfamilien ist es möglich, die Relevanz der durchgeführten und vorgeschlagenen Interventionen zu kommentieren (siehe Abbildung 6). Die meisten der durchgeführten Eingriffe betrafen Unternehmen, die Hohlglas herstellen, wobei 116 Vorfälle festgestellt wurden. Dieses Ergebnis ist vor allem darauf zurückzuführen, dass Hohlglas der Produkttyp ist, der von italienischen Unternehmen am häufigsten verarbeitet wird. Betrachtet man jedoch die Eingriffe gewichtet nach der Anzahl der Produktionsstandorte, so werden hohe Werte für Röhrenglas (4 Eingriffe), Floatglas (10 Eingriffe) und sonstiges Glas (5 Eingriffe) erreicht. Tatsächlich werden Glasröhren nur von einem Unternehmen im Gebiet hergestellt, Floatglas von vier Unternehmen, während andere Produkte von zwei Unternehmen hergestellt werden. Die Zahl der Eingriffe bei Verglasungssystemen, die zwar die am zweithäufigsten verbreitete Produktart in der Region sind, verzeichnet lediglich 17 Vorfälle, was nicht sehr gut durchdacht zu sein scheint. Was die vorgeschlagenen Interventionen betrifft, so sind Hohlglas- und Verglasungssysteme mit 134 bzw. 82 Lösungen diejenigen mit der höchsten Anzahl an Lösungen. Auch bei der Betrachtung der Produktionsstandorte planen Unternehmen, die sich mit anderen Produkten befassen, die meisten Eingriffe (14).

3.2. Wirtschaftsanalyse von EAs

Betrachtet man alle im Glassektor umgesetzten und identifizierten Maßnahmen, so stellen die erzielten Endenergieeinsparungen 0,7 % des Endenergieverbrauchs dar, während die potenziellen Endenergieeinsparungen weitere 0,9 % ausmachen würden. Wie im vorherigen Abschnitt erläutert, liegt der Schwerpunkt dieses Artikels sowohl bei durchgeführten als auch bei identifizierten Interventionen auf technologischen Lösungen im Zusammenhang mit den Produktionsphasen, Hilfssystemen und Wärmerückgewinnungssystemen.

In den analysierten EAs wurden insgesamt 40 Produktionsstandorte aufgeführt, die quantitative Informationen zu durchgeführten Eingriffen meldeten. Die entsprechenden Einsparungen an Endenergie sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die quantitativen Informationen sind in vier Gruppen unterteilt: „Drucksysteme“, „Wärmekraftwerk“. und Wärmerückgewinnungssysteme“, „Motoren, Wechselrichter und andere elektrische Anlagen“ sowie „Produktionslinien und Maschinen“. Produktionslinien bestimmen große Energieeinsparungen und die größten wirtschaftlichen Investitionen (sowohl insgesamt als auch im Durchschnitt). In diesem Bereich sind Eingriffe in den Elektro- oder Brennstoffofen enthalten, die im Einklang mit den in Tabelle 3 aufgeführten technologischen Lösungen stehen und hauptsächlich darin bestehen, den vorhandenen Ofen durch einen moderneren und effizienteren zu ersetzen. Drucksysteme sind sowohl hinsichtlich der Einsparungen als auch der Gesamtinvestitionen der zweite Bereich, während Wärmekraftwerke und Wärmerückgewinnungssysteme hinsichtlich der durchschnittlichen Investitionen den zweiten Bereich bilden. Die in Tabelle 4 und Tabelle 5 dargestellten durchschnittlichen quantitativen Daten wurden als Durchschnitt der Anzahl der Produktionsstandorte berechnet, die quantitative Informationen gemeldet haben.

Tabelle 4. Energieeinsparungen durch die umgesetzten technischen Eingriffe. Die jährlichen Gesamteinsparungen werden als Summe der Einsparungen an Wärmeenergie, Strom und Kraftstoff berechnet.

Tabelle 5. Erforderliche Investitionen für die Anwendung technologischer Eingriffe.

Für jeden Interventionsbereich wurde ein Kostenwirksamkeitsindikator berechnet, der gemäß Tabelle 6 geschätzt wurde. Die verfügbaren Informationen ermöglichten die Berechnung für 27 der 40 quantitativ erfassten Interventionen und lieferten Informationen sowohl zu Energieeinsparungen als auch zu Kosten. Der Bereich „Drucksysteme“ weist einen vorteilhaften Wert des Indikators auf, was bestätigt, dass es sich um einen Maßnahmentyp mit großer Anwendbarkeit handelt. „Motoren, Wechselrichter und andere elektrische Anlagen“ sowie „Produktionslinien und Maschinen“ weisen mittlere Werte des Wirtschaftlichkeitsindikators auf, während der Bereich „Wärmekraftwerke und Wärmerückgewinnungssysteme“ den niedrigsten relativen Wert aufweist Indikator.

Tabelle 6. Kostenwirksamkeitsindikator für jeden Interventionsbereich.

In den untersuchten EAs wurden insgesamt 162 Produktionsstandorte identifiziert, die quantitative Informationen zu vorgeschlagenen Interventionen lieferten. Für den Zweck dieser Analyse werden sie, wie bereits für implementierte Interventionen erläutert, in vier Gruppen eingeteilt, die weder den Produktionsprozess noch die Hilfssysteme beeinflussen, wie beispielsweise Beleuchtung, Managementeingriffe und Produktion aus erneuerbaren Quellen. Tabelle 7 und Tabelle 8 fassen die Einsparungen an Endenergie zusammen mit den Investitionskosten zusammen, die von den Produktionsstandorten angegeben wurden, die in EAs eine Machbarkeitsstudie vorgeschlagen haben. In Tabelle 9 sind die für die vorgeschlagenen Interventionen berechneten Kostenwirksamkeitsindikatoren aufgeführt. Durch Machbarkeitsstudien wurde geschätzt, dass in allen Bereichen Stromeinsparungen erzielt werden könnten, während in den Bereichen „Wärmekraftwerke und Wärmerückgewinnungssysteme“ sowie „Produktionslinien und Maschinen“ erhebliche thermische Einsparungen erzielt werden könnten. Die höchste Energieeinsparung war mit dem Bereich „Wärmekraftwerke und Wärmerückgewinnungsanlagen“ verbunden.

Wie bei den durchgeführten Interventionen zu beobachten war, waren diejenigen in Produktionslinien mit einem hohen Einsparpotenzial verbunden, gefolgt von den bedeutendsten Investitionskosten (Tabelle 8). Dieser Bereich weist einen relativ guten Kosteneffizienzindikator auf, und wie in Tabelle 3 dargestellt, werden die meisten technologischen Lösungen auf Öfen angewendet. Was die durchgeführten Eingriffe betrifft, so stellt in diesem Fall der Ofenaustausch einen hohen Anteil der Eingriffe dar. Die Wirtschaftlichkeit von „Wärmekraftwerken und Wärmerückgewinnungssystemen“ ist mit der von Eingriffen in Produktionslinien vergleichbar, letzterer Bereich weist jedoch eine deutlich kürzere Amortisationszeit (PBT) auf. Eingriffe in Drucksysteme weisen den besten Wert des Wirtschaftlichkeitsindikators auf, während Eingriffe in Produktionslinien den besten Wert für PBT aufweisen (Tabelle 9).

Tabelle 7. Bewertete Energieeinsparungen für die vorgeschlagenen technologischen Eingriffe. Die jährlichen Gesamteinsparungen werden als Summe der Einsparungen an Wärmeenergie, Strom und Kraftstoff berechnet.

Tabelle 8. Bewertete Investitionen für die vorgeschlagenen Interventionen.

Tabelle 9.Amortisationszeit für jeden Interventionsbereich.

Vorgeschlagene technologische Eingriffe können auch anhand ihrer PBT-Klasse analysiert werden (siehe Abbildung 7). In diesem Fall liefern 146 von 162 Interventionen quantitative Informationen. Vorgeschlagene Interventionen mit PBT zwischen 1 und 2 Jahren machen 28 % (4,2 ktoe/Jahr) der gesamten jährlichen potenziellen Einsparung aus. Weitere 15 % potenzielle Einsparungen sind mit Eingriffen verbunden, deren PBT zwischen 3 und 5 Jahren liegt (2,2 ktoe/Jahr).

Abschließend zeigt Abbildung 8, dass die Hälfte der potenziellen Einsparungen (6,8 ktRÖE/Jahr) durch die Einführung von Interventionen mit einem PBT von weniger als 3 Jahren und durch die Mobilisierung von 12 % der Gesamtinvestitionen im Zusammenhang mit den vorgeschlagenen Interventionen (rund 4,4 Mio. EUR) erreicht werden kann. Dies unterstreicht die Tatsache, dass vergleichsweise kostengünstigere Interventionen mit einem hohen Einsparpotenzial verbunden sind, und dieser Trend erscheint umso bedeutsamer, wenn man bedenkt, dass bestehende Anreizmechanismen nicht in die PBT-Berechnung einbezogen werden.

Wie in Abbildung 4 dargestellt, bietet der Glasherstellungsprozess zahlreiche mögliche Eingriffe zur Verbesserung der Energieeffizienz, die sich hauptsächlich auf Hilfssysteme oder Technologien in den Prozessphasen Schmelzen, Raffinieren und Veredeln beziehen. Was Hilfssysteme betrifft, beziehen sich die meisten von EAs gefundenen Lösungen auf zukünftige Eingriffe (132). Die meisten dieser Lösungen beziehen sich wiederum auf Drucksysteme und Motoren. Bei beiden Interventionsobjekten geht es bei den vorgeschlagenen Verbesserungen hauptsächlich um die Modernisierung der Maschinen mit effizienteren Systemen.

Tatsächlich ist der durchschnittliche Investitionsaufwand für die Umsetzung der vorgeschlagenen Eingriffe in Drucksysteme relativ gering (rund 45.000 EUR). Stattdessen liegt die durchschnittliche Investition für Eingriffe an Motoren bei rund 65.000 Euro. Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit weisen, wie bereits hervorgehoben, Drucksysteme den besten Wert des Indikators auf. Betrachtet man den Anteil (siehe Abbildung 6) dieser beiden Bereiche in verschiedenen PBT-Klassen, so nimmt der Anteil von Drucksystemen mit zunehmender PBT-Klasse ab, was zeigt, dass dieser Bereich durch eine relativ kurze Kapitalrendite gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu hat der Interventionsbereich Motoren den höchsten Anteil in den PBT-Klassen zwischen 2 und 3 Jahren und zwischen 3 und 5 Jahren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Drucksysteme offenbar mit den meisten unmittelbaren Erträgen verbunden sind, während Eingriffe an Motoren unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Indikatoren interessant sind, aber aufgrund der Schlüsselrolle der zugehörigen Geräte im Produktionsprozess wahrscheinlich geplant sind. Was hingegen die Prozessphasen betrifft, ist die Fusion und Raffinierung diejenige mit der höchsten Anzahl an durchgeführten Eingriffen (72). Tatsächlich sind in dieser Phase in hohem Maße energieintensive Anlagenanlagen beteiligt, die während der gesamten Schmelzphase extrem hohe Temperaturen erreichen und aufrechterhalten müssen. In der Raffinationsprozessphase werden die meisten Eingriffe an Öfen und Wärmerückgewinnungssystemen durchgeführt. Insbesondere bei den Öfen betreffen die meisten gemeldeten Eingriffe die Erneuerung der Maschinen sowie die Wandisolierung. Sowohl umgesetzte als auch vorgeschlagene Eingriffe in die Gruppenklassifizierung von Produktionslinien zeichnen sich im Vergleich zu Eingriffen in anderen Bereichen durch relativ hohe Investitionen aus.

Darüber hinaus sind Wärmerückgewinnungssysteme im Hinblick auf die Investitionen der zweite Bereich, der durch höhere relative Investitionen gekennzeichnet ist (siehe Tabelle 8). Die meisten Eingriffe in Produktionslinien fallen in die ersten beiden PBT-Klassen. Im Gegensatz dazu konzentrieren sich Wärmerückgewinnungssysteme auf die beiden zentralen Klassen mit PBT zwischen 3 und 5 Jahren und zwischen 5 und 10 Jahren. Stattdessen werden in der Endphase die meisten Eingriffe in den kommenden Jahren vorgenommen (80). Ein Viertel dieser Eingriffe zielt auf Drucksysteme ab, der Großteil davon auf die Reduzierung von Druckluftverlusten. Wie bereits hervorgehoben, sind Drucksysteme ein sehr interessanter Interventionsbereich im Vergleich zu allen wirtschaftlichen Indikatoren für vorgeschlagene Interventionen, wie z. B. durchschnittliche Investition, Kosteneffizienz und PBT.

Abschließend muss darauf hingewiesen werden, dass einige der in der Literatur gefundenen Technologien zur Energieeffizienz von den 103 italienischen Unternehmen tatsächlich nicht berücksichtigt werden. Eine erste Rechtfertigung kann auf dem Stand des technologischen Fortschritts der Lösung liegen, der sich im Anfangsstadium oder im rückläufigen Stadium befinden kann. Technologien im Frühstadium können als neu entstehend betrachtet werden. Daher ist der tatsächliche Nutzen ihrer Anwendung noch nicht vollständig klar. Andererseits gelten Technologien im Endstadium als veraltet. Folglich stellen sie im Vergleich zu anderen Lösungen weniger effiziente und teurere Eingriffe dar. Schließlich erweist sich eine weitere mögliche Rechtfertigung für die Nichtanwendung bestimmter Technologien als große Veränderung des Produktionsprozesses durch die Definition destruktiver Veränderungen.

Die Verbesserung der Energieeffizienz von Unternehmen wird sowohl im Hinblick auf die wirtschaftlichen (kurzfristig wahrgenommenen) als auch die (mittel- bis langfristig wahrgenommenen) Umweltauswirkungen immer wichtiger. In diesem Zusammenhang sind mehrere Industriesektoren an der Verbesserung der Energieleistung beteiligt und daran interessiert. Zuvor wurden in der Forschung Hinweise zur Energieeinsparung für verschiedene Sektoren vorgeschlagen, beispielsweise für die Gießerei- [9] und die Zementindustrie [8]. Unter den Sektoren ist die Glasherstellung sehr energieintensiv und verbraucht weltweit etwa 45.000 TJ pro Jahr. Technologische Eingriffe in der Glasindustrie wurden noch nicht untersucht. Aus diesem Grund wurde eine detaillierte Analyse energieeffizienter technologischer Lösungen durchgeführt. Es wurde eine aktualisierte Liste technologischer Möglichkeiten zur Energieeinsparung bereitgestellt, die sowohl nach Prozessphasen als auch nach der beteiligten Anlage gegliedert ist. Die Analyse zeigt Belege für alle Lösungen in der Literatur als Grundlage für den Stand der Technik. Diese Lösungen wurden durch alle Interventionen ergänzt, die von den EAs von 103 Glasproduktionsstandorten in ganz Italien hervorgehoben wurden.

Wie oben erwähnt, handelt es sich bei einer EA um ein systematisches Dokument, das zur Analyse potenzieller zukünftiger Investitionen in Energiesparlösungen erforderlich ist. Die Energieanalysen liefern statistische Ergebnisse der von italienischen Unternehmen durchgeführten und vorgeschlagenen Eingriffe und unterteilen sie nach Prozessphase, Prozessmaschinen und Art des hergestellten Endprodukts. Darüber hinaus wurden aus den Wirtschaftsdaten der EAs die monetären Zusammenhänge für den Einsatz und die Anwendbarkeit bestimmter Technologien ermittelt. Bei den Energie- und Wirtschaftsanalysen wurden Lösungen für die Anlagenbeleuchtung und -heizung, nachgelagerte Prozesse zur Qualitätskontrolle und Produktverpackung sowie Lösungen für die Sensorinstallation nicht berücksichtigt. Im Gegensatz dazu wurden Lösungen für Hilfssysteme in Betracht gezogen, die für die Energieeffizienz nicht zu vernachlässigen sind. Es ist wichtig hervorzuheben, dass die Ergebnisse statistischer und wirtschaftlicher Analysen als Leitfaden für Unternehmen dienen könnten, die bereit sind, ihre Nachhaltigkeit zu verbessern. Die Auswahl einer optimalen Lösung hängt jedoch von strategischen Entscheidungen ab, die unternehmensspezifisch sein können.

Die Ergebnisse der EAs zeigen, dass die meisten Lösungen eher vorgeschlagene als umgesetzte Interventionen betreffen. Unter diesen werden Hilfssysteme am häufigsten für die Verbesserung und Modernisierung von Drucksystemen und Motoren in Betracht gezogen. Vielmehr sind aus Sicht des Produktionsprozesses unter den vier identifizierten Phasen des Glasherstellungsprozesses die Fusion sowie die Veredelung und Veredelung Phasen von besonderem Interesse. Insbesondere in der Fusions- und Raffinierungsphase beziehen sich die meisten durchgeführten Eingriffe auf Öfen und Wärmerückgewinnungssysteme. Andererseits befassen sich die meisten der vorgeschlagenen Lösungen in der Endphase mit Eingriffen in Drucksysteme, Wärmerückgewinnungssysteme und Motoren. Im Gegensatz dazu wurden weder für die Fusionsvorbereitungs- und Konditionierungsphase noch für die Formungsphase viele Lösungen gefunden.

Aus der Sicht des fertigen Produkts zeigt Italien besonderes Interesse an der Herstellung von Hohlglas und Verglasungssystemen, für die die meisten vorgeschlagenen und durchgeführten Interventionen gemeldet werden. Gemessen an der Anzahl der genutzten Produktionsstandorte werden jedoch bei den Produkttypen Glasröhren und anderen Produkten hohe Werte erreicht. Man kann daher sagen, dass es sich hierbei zwar nicht um sehr beliebte Produkttypen in Italien handelt, es sich jedoch um diejenigen handelt, für die die Unternehmen im Durchschnitt die meisten Lösungen implementieren und vorschlagen, weshalb sie als von großem Interesse angesehen werden.

Aus wirtschaftlicher und energetischer Sicht zeigt die Analyse der im EA aufgeführten durchgeführten Eingriffe interessante Werte der erzielten Einsparungen. Die endgültigen Energieeinsparungen können berechnet werden, und zwar unter Berücksichtigung mehrerer technischer, technisch-betriebswirtschaftlicher und verwaltungstechnischer Eingriffsbereiche, mit Ausnahme der Kraft-Wärme-Kopplung/Trigeneration und der Produktion aus erneuerbaren Quellen. Die in den EAs beschriebenen Eingriffe der verpflichteten Unternehmen sind mit einer Endenergieeinsparung in Höhe von 0,7 % des Endenergieverbrauchs in der Glasbranche verbunden. Der Zweck einer EA besteht darin, die Energieverbrauchsstruktur auf Standortebene zu beschreiben, die Energieleistungsindizes zu ermitteln und diese mit denen in der Literatur zu vergleichen. Darüber hinaus zielen EAs darauf ab, die effektivsten Möglichkeiten zur Energieeinsparung zu ermitteln. Die in den EAs identifizierten Lösungen wären bei Umsetzung mit Endenergieeinsparungen in Höhe von 0,9 % des Endenergieverbrauchs der Glasbranche verbunden.

Der Schwerpunkt dieses Artikels lag auf einer spezifischen Gruppe von Interventionen, die sich auf technologische Bereiche bezogen, die für den Produktionsprozess, Hilfssysteme und Wärmerückgewinnungssysteme relevant sind. Dieser Fokus kann jedoch als Einschränkung der Studie angesehen werden, so dass künftige Arbeiten sich neben der Glasproduktionsausrüstung auch mit anderen Arten von Verbesserungen befassen können. In allen Bereichen gibt es interessante Möglichkeiten zur Energieeinsparung, allerdings unterscheiden sie sich hinsichtlich Investition, Wirtschaftlichkeit und PBT. Die im Produktionsprozess eingesetzten Technologien sowie wirtschaftliche Merkmale auf Standortebene haben höchstwahrscheinlich Einfluss auf die Identifizierung und Auswahl von Interventionen. Derzeit dürfte sich der Anstieg der Energiepreise allgemein auf eine Senkung des PBT auswirken, sich aber auch negativ auf die Bereitschaft und Fähigkeit des Unternehmens auswirken, neue Investitionsprojekte umzusetzen.

Mit dieser Arbeit wurden zwei Ziele erreicht, die sowohl für Praktiker als auch für Forscher den größten Beitrag darstellen. Die erste bestand darin, eine aktualisierte Liste technologischer Energiesparmöglichkeiten für Glasproduktionsanlagen bereitzustellen. Das zweite Ziel besteht darin, die aktuelle Situation in Italien und zukünftige Perspektiven abzubilden. Mögliche zukünftige Entwicklungen könnten die Analyse des aktuellen und technologischen Status von Glasunternehmen in anderen Ländern sein, um so gängige Praktiken zu vergleichen und die Beweggründe hinter bestimmten Entscheidungen hervorzuheben.

Darüber hinaus ist es interessant, regelmäßig zu überprüfen, welche Lösungen tatsächlich umgesetzt wurden und welche anderen entsprechend dem technologischen Fortschritt und den internationalen Vorschriften vorgeschlagen werden. Darüber hinaus könnte eine weitere mögliche zukünftige Entwicklung die Analyse anderer Produktionssektoren mit hohem Energieverbrauch in Italien sein. Abschließend ist zu erwähnen, dass diese Arbeit nicht beweist, welche Lösung insgesamt die beste ist, da diese stark von den Bedürfnissen/Einschränkungen des jeweiligen Unternehmens abhängt. Tatsächlich könnten Unternehmen unterschiedlichen Aspekten unterschiedliche Prioritäten einräumen (z. B. Wirtschaft, Umwelt usw.). Dementsprechend könnte eine mögliche zukünftige Forschungsentwicklung darin bestehen, ein Multi-Kriterien-Entscheidungsmodell (MCDM) zu nutzen, um die beste Lösung für einen bestimmten Kontext zu definieren.

Konzeptualisierung, AC, LL, SF und FDC; Methodik, AC, LL, SF und FDC; Software, CM, MS, FM, AC und LL; Validierung, AC, LL, SF, FDC, FM, MS und CM; formale Analyse, AC, LL, SF und CM; Untersuchung, AC, LL, SF und CM; Ressourcen, CM und MS; Datenkuration, AC, LL, SF und CM; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, SF; Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten, AC, LL, FDC, CM, FM und MS; Visualisierung, SF.; Aufsicht, FDC; Projektverwaltung, FDC, FM und MS; Finanzierungseinwerbung, MS und FM Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und sind damit einverstanden.

Diese Arbeit ist Teil der Elektrosystemforschung (PTR 2019–2021), die im Rahmen von Programmvereinbarungen zwischen dem italienischen Ministerium für wirtschaftliche Entwicklung und ENEA, CNR und RSE SpA durchgeführt wird

Unzutreffend.

Unzutreffend.

Die Daten sind im Artikel enthalten.

Die Autoren danken dem italienischen Verband der Glashersteller für die technische Unterstützung.

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.