Sekunden statt Stunden: Chinesische Forschende beschleunigen Eisenproduktion

Die Technologie, „Flash Ironmaking“ genannt, soll die Eisenproduktion stark beschleunigen und gleichzeitig ökologische Vorteile bringen. Die Methode der „Flash Ironmaking“, die Professor Zhang Wenhai und sein Team in einer Studie letzten Monat in der Fachzeitschrift Nonferrous Metals beschrieben haben, kann nach ihren eigenen Angaben den Eisenherstellungsprozess in nur drei bis sechs Sekunden abschließen. Traditionelle Hochöfen benötigen dafür jedoch fünf bis sechs Stunden.

Die Idee, Flash-Smelting für die Eisenproduktion zu nutzen, kam aber ursprünglich aus den USA. Doch Zhangs Team erhielt 2013 ein Patent für eine Version des Verfahrens, mit dem direkt flüssiges Eisen produziert werden kann. In den folgenden zehn Jahren verbesserten sie die Methode durch Labor- und Pilotversuche.

Die Technik basiert auf Zhangs jahrelanger Forschung zu „Flash Smelting“-Verfahren, die er bereits in den 1970er-Jahren zur Kupferproduktion entwickelte. Für diese Arbeiten erhielt er 2000 die höchste wissenschaftliche Auszeichnung in China.

Fein gemahlenes Eisenerzpulver in einen sehr heißen Ofen einspritzten

Bei diesem Verfahren wird fein gemahlenes Eisenerzpulver in einen sehr heißen Ofen eingespritzt, was eine „explosive chemische Reaktion“ auslöst. Das Ergebnis sind glühend rote Eisentropfen, die sich am Ofenboden zu reinem Eisen verbinden. Dieses kann direkt für die Stahlproduktion genutzt werden.

Das bedeutet, wie die Forschenden berichten, eine 3.600-fache oder größere Steigerung der Geschwindigkeit. Die neue Methode funktioniert auch sehr gut mit Erzen, die nur niedrige oder mittlere Erträge liefern, die in China weit verbreitet sind, werden die Forschenden in der South China Morning Post zitiert.

Eine spezielle Wirbellanze entwickelt

Eine der größten technischen Herausforderungen bei der Entwicklung der Flash Ironmaking-Technologie sei nach Angaben der Forschenden der Bau der Erzsprühlanze gewesen. Diese muss das Eisenerz im Hochtemperaturofen gleichmäßig verteilen, um die gewünschte chemische Reaktion zu erzielen. Zhangs Team hat es geschafft, eine spezielle Wirbellanze zu entwickeln, die 450 Tonnen Eisenerzpartikel pro Stunde sprühen kann. Ein Reaktor, der mit drei solchen Lanzen ausgestattet ist, könnte jährlich bis zu 7,11 Millionen Tonnen Eisen produzieren.

Energieeffizienz in der Stahlindustrie um mehr als ein Drittel steigern

China ist derzeit auf Erze mit hohem Ertrag angewiesen, die es teuer aus Australien, Brasilien und Afrika importiert. Laut Zhang und seinem Team könnte die neue Technologie die Energieeffizienz in der Stahlindustrie um mehr als ein Drittel steigern. Außerdem würde sie die Stahlproduktion ohne Kohle ermöglichen, was helfen würde, das Ziel von nahezu null CO2-Emissionen zu erreichen.

Wie die South China Morning Post berichtet, ist die Methode kurz davor, großflächig eingeführt zu werden. „Die Labor- und Pilotversuche haben die Durchführbarkeit dieses Verfahrens bestätigt“, wird Zhang zitiert.

Max-Planck-Wissenschaftler entwickeln umweltfreundlichen Prozess zur Metallproduktion in einem einzigen Schritt

Auch in Deutschland wird an nachhaltigen Methoden für die Metallproduktion geforscht. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Nachhaltige Materialien hat eine neue Designstrategie entwickelt, die Gewinnung, Herstellung, Mischung und Verarbeitung von Metallen in einem einzigen Schritt vereint. Statt Kohlenstoff wird Wasserstoff als Energieträger und Reduktionsmittel genutzt, wodurch kein CO2 entsteht. Bei nur 700°C werden Metallerze direkt zu anwendungsfertigen Legierungen verarbeitet, ohne mehrfaches Erhitzen und Abkühlen. Diese Methode spart im Vergleich zur traditionellen Metallproduktion 40% Energie.