Aluminium mit Sonnenenergie schmelzen
Der Energiebedarf für die Herstellung von Aluminium ist gewaltig. In Südafrika, einem der weltgrößten Produzenten des Leichtmetalls, wollen Forscher unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ein Verfahren testen, in dem Aluminium mit Sonnenenergie geschmolzen werden kann.
DLR-Turmkraftwerk in Jülich: Hier lässt sich Aluminium mithilfe von Sonnenenergie schmelzen. Die benötgten Temperaturen von etwa 700°C werden durch die Konzentration der Sonnenstrahlung mit Solarspiegeln erreicht.
Foto: Lannert/DLR
Das Prinzip ist einfach: Ein rohrförmiger Ofen wird von der Sonne bestrahlt, das eingefüllte Aluminium erhitzt sich und wird geschmolzen – und das gleichmäßig, weil sich der Ofen langsam dreht. Die Entwicklung des „Drehrohrofens“ ist der erste Schritt zu einem Verfahren, das bei der Herstellung von Aluminium große Mengen Energie und Treibhausgase einsparen soll.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR koordiniert dieses Projekt, an dem Forscher in Deutschland und Südafrika arbeiten. Zunächst wird ein kleines Modell am DLR-Sonnenofen in Köln getestet. Darin werden kleine Mengen Aluschrott geschmolzen. Mithilfe von Strömungssimulationen soll dann berechnet werden, wie der Ofen im größeren Maßstab optimal arbeiten kann.
Spiegel konzentrieren die Sonnenstrahlen
Bei der Entwicklung kommt es vor allem auf die gezielte Einstrahlung des Sonnenlichtes an. Um die für die Schmelze notwendigen 700 Grad zu erreichen, muss das Licht über Spiegel konzentriert werden. Diesen Prozess wollen die Wissenschaftler ab 2017 auf dem Solarturm des DLR in Jülich testen, wo mehr als 2000 Spiegel die Strahlen auf einen Punkt in 60 Metern Höhe konzentrieren können.
Versuchsanlage im DLR-Sonnenofen in Köln: Das eingefüllte Aluminium wird durch eine Drehbewegung stetig durchmischt und dadurch gleichmäßig erhitzt.
Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Zu dem Projekt gehören außerdem ein Logistikkonzept für die Transportwege zwischen der Solarschmelze und den weiterverarbeitenden Betrieben sowie ein Businessplan für eine kommerzielle Anlage, die die praktische Umsetzbarkeit der Technik garantieren sollen. „Ziel ist es, ein energieeffizientes und kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, das, je nach Bedarf, in unterschiedliche Anlagengrößen umgesetzt werden kann“, sagt DLR-Projektleiterin Dr. Martina Neises-von Puttkamer.
Strom kommt bisher fast nur aus Kohle
Das Potenzial für eine solche Technik ist jedenfalls groß. Um eine einzige Tonne Aluminium zu produzieren, werden rund 14.000 Kilowattstunden Strom verbraucht. Das entspricht dem Bedarf eines deutschen Vier-Personen-Haushalts in vier Monaten. Bei einer weltweiten Jahresproduktion von fast 40 Millionen Tonnen bedeutet das eine gewaltige Energiemenge, die meist – wie beim mit Abstand größten Produzenten China – durch Braunkohle erzeugt wird.
Südafrika produziert seinen Strom immer noch zu rund 90 Prozent aus heimischer Kohle, die Metallproduktion macht fast ein Drittel der Industrie dort aus. Jährlich produziert Südafrika, wo der Rohstoff Bauxit in großen Mengen vorkommt, fast eine Million Tonnen Aluminium.
Technik soll 2018 einsatzbereit sein
Neben dem DLR-Institut für Solarforschung ist aus Deutschland noch das Aachener Unternehmen aixprocess beteiligt, das auf die Simulation von Strömungen spezialisiert ist. Außerdem arbeiten die Forscher mit Behörden und Forschungszentren sowie dem größten Stromversorger in Südafrika zusammen. Bis zum Frühjahr 2018 soll das Verfahren so weit entwickelt sein, dass es in der Aluminiumproduktion eingesetzt werden kann.
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