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.
