entdeckt_02_2012

Titel// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 06 07 Flüssige Metalle gemeinsam erforschen Flüssige Metalle sind das Thema der neuen Helmholtz- Allianz LIMTECH – die Abkürzung steht für „Liquid Metal Technologies“. Das HZDR und das Karlsruher Institut für Tech- nologie (KIT) bündeln darin ihre Kompetenzen mit weiteren Helmholtz-Zentren und Universitäten im In- und Ausland. Flüssige Metalle können Energie in großen Mengen speichern oder Wärme effektiv abführen. Deshalb kommen sie in vielen Branchen zum Einsatz – beispielsweise beim Metallguss – und werden für Zukunftstechnologien immer wichtiger. Hier sind neue Flüssigmetall-Batterien zur Energiespeicherung ebenso zu nennen wie die CO2 -freie Wasserstoffproduktion oder die Herstellung von Solarzellen. Da flüssige Metalle sich gut eignen, um hochenergetische Prozesse zu kühlen, tragen sie auch zu mehr Energie- und Ressourceneffizienz bei. Das liegt daran, dass der Wirkungsgrad thermodynamischer Prozesse steigt, je höher die Temperaturen sind. Zwei Teil- projekte der Allianz widmen sich deshalb auch dem Einsatz von Flüssigmetallen in Solarkraftwerken. LIMTECH hat das Ziel, Flüssigmetall-Technologien für ein breites Spektrum an Anwendungen zu erforschen, weiterzu- entwickeln und anwendbar zu machen. Dafür stehen 20 Mio. Euro zur Verfügung. Die Mittel kommen jeweils zur Hälfte aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Ge- meinschaft einerseits und den beteiligten Helmholtz-Zentren und Partnern andererseits. Im Rahmen der Allianz soll auch ein Doktorandenprogramm aufgebaut werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die enge Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie, um die Ergebnisse technologisch zügig umzusetzen. Beteiligte Helmholtz-Zentren: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Forschungs- zentrum Jülich (FZJ), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Externe Partner: Technische Universität Dresden, Technische Universität Ilmenau, Leibniz Universität Hannover, TU Bergakademie Freiberg, Universität Potsdam, Georg-August-Universität Göttingen, RWTH Aachen, Institute of Physics Riga (Lett- land), Coventry University (UK) fünf Jahren aufgebaut wurde, gab es durchaus kritische Stim- men – erinnert sich Gunter Gerbeth, Direktor des Instituts für Fluiddynamik im HZDR. Mittlerweile sind diese verstummt. Heute findet ein Austausch auf Augenhöhe statt, wo zu- vor die wissenschaftlichen Anstrengungen als zu weit weg von der harten Industriewelt belächelt wurden. Neben den Stahlwerken hat sich auch der ein oder andere Hersteller von Magnetbremsen an der LIMMCAST-Anlage eingefunden und die ersten Industrieprojekte sind bereits angelaufen. Die LIMMCAST-Anlage bietet einzigartige Möglichkeiten, mit einer dem Stahl in vielen thermophysikalischen Eigenschaf- ten ähnlichen Legierung grundlegende Experimente durch- zuführen. Dabei sind die Experimente nahe an den realen Prozessen in der Stahlindustrie angelehnt, auch wenn das Modellmetall nur rund 200 Grad Celsius heiß wird. Wie im echten Betrieb gibt es eine Verteilerpfanne, aus der die flüs- sige Legierung – durch einen Stopfen geregelt – erst in das sogenannte Tauchrohr und von dort in die Kokille gegossen wird. Mit dem Stopfen wird der Durchsatz reguliert und Gas eingespeist. Schießt das Metall nun zu schnell oder unkon- trolliert aus dem Tauchrohr in die Kokille, reißt die turbulente Strömung Fremdstoffe wie Schlacken oder Oxide, die sich auf der Schmelze in der oben offenen Kokille befinden, in die Schmelze hinein. Das führt zu internen Materialfehlern im fer- tigen Stahl. Oberflächenfehler können entstehen, wenn uner- wünschte Wechselwirkungen zwischen der Schmelze und dem Gießpulver stattfinden, und schließlich kann es zum „worst case“, dem Durchbruch des Strangs und dem Ausfließen der Schmelze, kommen, wenn die erstarrte Randschale des Strangs durch das unkontrollierte Auftreffen heißer Schmelze wieder schmilzt. Strömungen direkt in der Stahlschmelze messen „Uns werden die Ideen für Experimente an LIMMCAST die nächsten zehn Jahre nicht ausgehen“, sagt Sven Eckert, Leiter der Magnetohydrodynamik-Abteilung im HZDR. „Nachdem wir im Experiment herausgefunden haben, welche physikalische Größe bei den bisherigen Annahmen für Magnetbremsen immer vernachlässigt wurde, haben wir nun auch eigene Gunter Gerbeth vom HZDR koordiniert die neue Helmholtz-Allianz LIMTECH.

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