Metallverarbeitung Mit Sonnenenergie Aluminium schmelzen

Redakteur: Carina Schipper

Südafrika besitzt reichlich Sonnenenergie und gleichzeitig viele aluminiumverarbeitende Industriebetriebe. Im Projekt SOLAM entwickeln Wissenschaftler und Unternehmen ein Verfahren, wie Aluminium-Gießereien Sonnenenergie zum Schmelzen des Metalls einsetzen können. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordiniert die Forschungsarbeit.

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Südafrika bietet viel Platz und Sonne. Die Hauptstadt Kapstadt kommt auf rund 3.700 Sonnenstunden pro Jahr.
Südafrika bietet viel Platz und Sonne. Die Hauptstadt Kapstadt kommt auf rund 3.700 Sonnenstunden pro Jahr.
(Bild: David Siu, CC BY 2.0, flickr.com)

Südafrika verfügt über große Rohstoffvorkommen, die Energieversorgung erfolgt noch zu über 90 % aus heimischer Kohle. Das Land gehört damit zu den 15 größten Verursachern von Treibhausgasen der Welt, ist aber gleichzeitig stark vom Klimawandel betroffen. Die Metallproduktion ist mit rund 30 % der größte Sektor in der produzierenden Industrie. Mit einem solaren Verfahren zur Schmelze von Metallen sinken der Ausstoß von CO2 und die Energiekosten. Neben dem DLR-Institut für Solarforschung wird das Unternehmen aixprocess aus Aachen sein Know-how zur Anlagensimulation einbringen. Projektpartner aus Südafrika sind die Forschungszentren CSIR und NFTN, der größte südafrikanische Stromversorger Eskom sowie das Ministerium für Wissenschaft und Technologie DST.

Spiegel konzentrieren die Sonnenenergie

Der Drehrohrofen, in dem das Metall eingeschmolzen wird, ähnelt einer länglichen Waschmaschinentrommel.
Der Drehrohrofen, in dem das Metall eingeschmolzen wird, ähnelt einer länglichen Waschmaschinentrommel.
(Bild: DLR)
Zunächst entwickeln die Projektpartner einen solaren Drehrohrofen in dem das Aluminium geschmolzen und damit recycelt werden kann. Ein Drehrohrofen ähnelt einer langezogenen Waschmaschinentrommel, die sich langsam dreht. Das darin eingefüllte Aluminium wird durch die Drehbewegung stetig durchmischt und dadurch gleichmäßig mit der Energie der Sonne erhitzt. Die dafür benötigten Temperaturen von etwa 700 °C erreichen die Forscher durch die Konzentration der Sonnenstrahlung mit Solarspiegeln. Die im Projekt entwickelte Anlage soll 2017 auf dem Solarturm des DLR-Instituts für Solarforschung in Jülich getestet werden. Dort konzentrieren über 2.000 Spiegel die Sonnenstrahlung auf einen Punkt an der Spitze des Turmes in 60 m Höhe.

Neben der Anlage erstellen die Projektpartner auch ein Logistikkonzept, wie die Aluminiumschmelze von der zentralen solaren Schmelzanlage zu den Produktionsbetrieben, die das Metall weiter verarbeiten, transportiert werden kann. Basierend auf den Erkenntnissen der Demonstrationsphase soll auch ein Businessplan für eine kommerzielle Pilotanlage ausgearbeitet werden. „Ziel des Projektes ist es, ein energieeffizientes und kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, das, je nach Bedarf, in unterschiedliche Anlagengrößen umgesetzt werden kann“, fasst DLR-Projektleiterin Dr. Martina Neises-von Puttkamer zusammen.

Erste Tests am DLR-Sonnenofen in Köln

Mithilfe von Spiegeln wollen die Forscher die Sonnenstrahlen bündeln und so Aluminium schmelzen.
Mithilfe von Spiegeln wollen die Forscher die Sonnenstrahlen bündeln und so Aluminium schmelzen.
(Bild: Volker Lannert / DLR)
Zunächst erproben Wissenschaftler einen kleinen Drehrohrofen im Labormaßstab am DLR-Sonnenofen in Köln. In unterschiedlichen Tests schmelzen sie kleine Chargen Aluminiumschrott und untersuchen dabei die Qualität der Aluminiumschmelze. Das auf Verfahrens- und Strömungssimulation spezialisierte Aachener Unternehmen aixprocess wird dabei den Reaktor und den Prozess modellieren. Die Forscher nutzen die Simulationsrechnungen um den Reaktor zu optimieren und auf einen für die industrielle Verarbeitung relevanten Maßstab zu vergrößern. Die intensiven numerischen Modellierungen sind auch die Grundlage für eine techno-ökonomische Bewertung des Schmelzprozesses.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt SOLAM im Rahmen der Fördermaßnahme „Internationale Partnerschaften für nachhaltige Klimaschutz- und Umwelttechnologien und -dienstleistungen – CLIENT" im Rahmenprogramm "Forschung für nachhaltige Entwicklung“. Die hier geförderten Forschungs- und Entwicklungsprojekte sollen die Zusammenarbeit mit Schwellenländern stärken und nachhaltige Lösungen zur Reduktion der Umweltbelastung in den Partnerländern erarbeiten. Das Projekt läuft von April 2015 bis März 2018.

Bild: David Siu, CC BY 2.0, flickr.com

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