Licht­bo­gen­plas­ma und sein digi­ta­ler Zwil­ling

Die Metall­in­dus­trie ist im Umbruch: Zum einen steigt die welt­wei­te Nach­fra­ge nach Stahl, Alu­mi­ni­um, Kupfer und Co., zum anderen aber gilt die Her­stel­lung von Metal­len als einer der Haupt­ver­ur­sa­cher von Treib­haus­gas-Emis­sio­nen. Vor­ran­gig ent­steht Koh­len­di­oxid bei der che­mi­schen Reduk­ti­on von Erzen mit fos­si­ler Kohle.

Bei der Suche nach inno­va­ti­ven Lösun­gen mit dem Anspruch, die Pro­duk­ti­vi­tät auf­recht­zu­er­hal­ten und gleich­zei­tig den CO2-Fuß­ab­druck zu redu­zie­ren, setzt die indus­tri­el­le For­schung zuneh­mend auf licht­bo­gen­plas­ma­ba­sier­te Pro­zes­se. Dass die Tech­no­lo­gie grund­sätz­lich funk­tio­niert, zeigt die Pilot­an­la­ge von K1-MET in Dona­witz. Damit wird der Grund­stein für die indus­tri­el­le Ska­lie­rung gelegt.

Um die Ent­wick­lung durch moderne digi­ta­le Metho­den zu beschleu­ni­gen, läuft am Kom­pe­tenz­zen­trum das COMET-Modul „PlasmArc4Green“ unter der Leitung von Dr. Mag­da­le­na Schatzl. „Wir ent­wi­ckeln Simulations‑, Model­lie­rungs- und Mess­me­tho­den, um die ein­zel­nen Pro­zes­se der Licht­bo­gen­plas­ma-Tech­no­lo­gie besser zu ver­ste­hen“, sagt Erwin Reichel, Senior Project Manager bei K1-MET in Linz. „Damit lässt sich in wei­te­rer Folge her­aus­fin­den, welche Para­me­ter man ver­än­dern muss, um die Effi­zi­enz hin­sicht­lich Energie und Res­sour­cen zu stei­gern.“

Grund­sätz­lich wird bei der Stahl­er­zeu­gung das Aus­gangs­ma­te­ri­al, das metall­hal­ti­ge Erz, mit­hil­fe von elek­tri­scher Energie unter dem Licht­bo­gen erhitzt und ein­ge­schmol­zen. Gleich­zei­tig wird ein was­ser­stoff­hal­ti­ges Gas zuge­führt, das mit dem geschmol­ze­nen Erz che­misch reagiert. Danach liegt das Metall in reiner und geschmol­ze­ner Form vor.

Als Neben­pro­dukt ent­ste­hen Was­ser­dampf und Schla­cke, aber kein Koh­len­di­oxid mehr. Einige Phä­no­me­ne sind in der For­schung jedoch noch nicht zurei­chend geklärt. „Um neue Ein­bli­cke zu gewin­nen, arbei­ten wir mit expe­ri­men­tel­len und digi­ta­len Metho­den, also mit Simu­la­tio­nen und daten­ba­sier­ten Model­len“, erklärt Reichel. „Dabei kommen auch inno­va­ti­ve Sen­sor­tech­no­lo­gien zum Einsatz, die spe­zi­ell für die her­aus­for­dern­den Bedin­gun­gen der Metall­her­stel­lung ent­wi­ckelt werden.“

Um die inter­na­tio­na­le Koope­ra­ti­on effek­tiv zu gestal­ten, wurde eine Daten­ma­nage­ment-Platt­form umge­setzt. Dort laden die Pro­jekt­part­ner aus Finn­land, Deutsch­land und Aus­tra­li­en ihre Ergeb­nis­se hoch. Gleich­zei­tig werden Algo­rith­men ent­wi­ckelt, die Ergeb­nis­se aus Simu­la­tio­nen und Expe­ri­men­ten ver­ar­bei­ten und zusam­men­füh­ren.

www.k1-met.com