生產方式更環保碳足跡可望減一半抗裂性獅子玻璃比傳統硬10倍

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-07-15

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玻璃工廠作業時，會排放二氧化碳等溫室氣體。圖／法新社、網路

生產玻璃需使用高溫熔爐。圖／法新社、網路

易碎是玻璃的致命缺點。圖／法新社、網路

LionGlass玻璃的抗裂性是普通玻璃的10倍，且生產方式更環保。圖／法新社、網路

編譯／韋士塔

玻璃具有透明、防水、防酸鹼等特點，應用範圍相當廣泛，從水杯、窗戶、鏡子等生活用品，到實驗室的攪拌棒、燒杯等器材及藝術領域，都可見到玻璃的蹤跡。不過，玻璃的致命缺點是容易碎裂，且製造過程非常耗能並會排放大量二氧化碳；據統計，全球玻璃製造業每年至少產生8600萬噸二氧化碳。

美國賓州州立大學（Pennsylvania State University）的研究團隊，近來研發出一種稱為「獅子玻璃」（LionGlass）的創新材料與工法，以這種技術製造的玻璃不僅強度高達傳統玻璃的10倍，且生產過程需使用的能源可大幅減少。

鈉鈣矽酸鹽玻璃（soda lime silicate glass）是目前最常見的玻璃，製作方式是使用1400~1500℃的高溫熔爐，把石英砂、純鹼及石灰石等材料熔成液體，經冷卻凝固而成。然而，這種製程需消耗大量能源，碳酸鹽材料在熔化過程也會分解成氧化物並產生二氧化碳，然後釋放到大氣中。

賓州州大的工程師則研發「獅子玻璃」，改進玻璃的製造技術，不僅讓生產過程更環保，可望把碳足跡減少一半，還大幅提升玻璃的耐碎程度。

主持這項研究的賓州州立大學教授摩洛（John Mauro）指出：「玻璃製造業的永續轉型，關鍵在於使用熔點較低的新材料取代傳統的含碳材料，藉此減少化石燃料的使用量。」摩洛透露，研究團隊使用非碳酸鹽材料取代了純鹼、石灰石。「獅子玻璃」的製造技術正在申請專利，具體材料暫未公開，但實驗證實，新材料可減少熔化過程的直接排放，所需溫度也能降低高達400℃，降至720℃，減少約30%能源消耗。

讓研究團隊更振奮的是，「獅子玻璃」不僅對環境更友善，且遠比傳統玻璃堅固。研究人員使用維氏硬度測試（Vickers hardness test）實驗，發現「獅子玻璃」的硬度至少是傳統玻璃的10倍。

摩洛教授表示，「獅子玻璃」具有塑性變形模式，可分散外部施加的能量，提升內部抗損壞性（intrinsic damage resistance）。玻璃碎裂的原因是這種材料會隨著時間的推移，在表面產生細微裂紋；「獅子玻璃」較不易產生細微裂紋，強度因而提升。

他進一步解釋，抗裂性是玻璃測試中最重要的一環，例如，對汽車業、電子業、建築及光纖電纜等通信技術來說，玻璃的強度都很重要。醫療領域方面，疫苗也需儲存在堅固、耐化學腐蝕的玻璃容器。

此外，新型玻璃的抗裂性較佳，代表可以製造出較薄、較輕，但強度更高的產品；如此一來，使用的原材料較少，生產所需能源也可減少，更可減少運輸所需消耗的能源，降低成本，對環境、製造商與消費者來說都有利。

摩洛教授指出，「我們正面臨環境、再生能源、能源效率等挑戰，獅子玻璃有助緩解這些領域的問題」。

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