L’industria della ceramica dovrebbe portare il processo di sinterizzazione a freddo per la riduzione del carbonio dai laboratori alla produzione, afferma una nuova ricerca

Credito: iStock

Newswise — Una nuova analisi tecnico-economica, condotta da un team guidato da un ricercatore della WMG presso l’Università di Warwick, mostra che l’industria ceramica ad alta intensità energetica trarrebbe vantaggi sia finanziari che ambientali se si muovesse per liberare il processo di sinterizzazione a freddo dal languire laboratori all’uso reale nella produzione di qualsiasi cosa, dall’alta tecnologia alla ceramica domestica.

La nuova ricerca è stata appena pubblicata sul Journal of the European Ceramic Society in un articolo intitolato “Decarbonising ceramic manufacturing: A techno-economic Analysis of Energy Efficient Sintering Technologies in the Functional Materials Sector”.

Il processo di sinterizzazione a freddo (CSP) combina calore, pressione e l’uso dell’acqua per ridurre significativamente il consumo di energia poiché abbassa le temperature necessarie per produrre ceramica a circa 300 gradi centigradi. Questo è molto inferiore rispetto ad altri processi come: sinterizzazione convenzionale, sinterizzazione laser, sinterizzazione a fuoco rapido, sinterizzazione in fase liquida e sinterizzazione flash che richiedono molta più energia e devono raggiungere temperature comprese tra 1400 e 3000 gradi centigradi a seconda del processo e materiali presi in esame.

Credito: Università di Warwick

Tuttavia, la piccola scala del CSP in laboratorio (in genere creando cinque grammi di ceramica alla volta in condizioni di laboratorio) ha fatto sì che i produttori abbiano scelto di continuare a fare affidamento su altri metodi a temperature significativamente più elevate che possono già produrre quantità maggiori o possono produrre rapidamente una serie di ceramiche high tech su piccola scala. Il team guidato dall’Università di Warwick riteneva che i produttori non avessero sviluppato una comprensione completa dei potenziali vantaggi finanziari e ambientali derivanti dall’utilizzo del CSP nella produzione, in particolare perché i costi di avvio del CSP sono molto inferiori rispetto ad altri processi.

I ricercatori hanno esaminato gli scenari per la lavorazione di tre ossidi funzionali separati utilizzati per produrre ceramica: ZnO, PZT e BaTiO3. Hanno confrontato la sinterizzazione a freddo (CSP) con una serie di altre tecniche di sinterizzazione e ne hanno esaminato il ritorno sull'investimento. Hanno scoperto che in tutti e tre i casi, anche dopo 15 anni di utilizzo, i bassi costi di installazione del CSP lo rendevano l’opzione di sinterizzazione più interessante dal punto di vista economico, con costi di capitale inferiori e miglior ritorno sull’investimento, nonché notevoli risparmi energetici ed emissioni.

I ricercatori riconoscono che la transizione dal laboratorio all’industria del CSP richiederà strutture e strumentazioni estremamente diverse, nonché la validazione di proprietà/prestazioni pertinenti per realizzarne il pieno potenziale, ma i potenziali vantaggi che ne derivano sono significativi.

Credito: Università di Warwick

Il ricercatore capo dell’articolo, il dottor Taofeeq Ibn-Mohammed del WMG presso l’Università di Warwick, ha dichiarato:

“L’aumento del costo dell’energia e le preoccupazioni sull’impatto ambientale dei processi produttivi hanno reso necessaria la necessità di una produzione più efficiente e sostenibile. L’industria ceramica è un settore industriale ad alta intensità energetica e di conseguenza il potenziale per migliorare l’efficienza energetica è enorme”.

La nostra ricerca rappresenta la prima analisi tecnico-economica completa di una serie di tecniche di sinterizzazione, confrontandole con il processo di sinterizzazione a freddo (CSP) recentemente sviluppato. Riteniamo che ci sarebbero chiari vantaggi finanziari e ambientali se l’industria della ceramica dovesse portare il processo di sinterizzazione a freddo fuori dai laboratori e nella produzione commerciale”.