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Wie können ressourceneffiziente Materialsynthesen nahe Raumtemperatur herkömmliche Hochtemperatursynthesen ersetzen?

  • Michael Ruck
  • 06 / 2018 Seite: 45

Brennen, Schmelzen, Sintern – das sind typische Hochtemperaturschritte in der Herstellung vieler Materialien und Werkstoffe. Diese weit verbreiteten und optimierten Prozesse sind aber nicht notwendigerweise energieeffizient und umweltfreundlich. Die Erforschung von Alternativen hat längst begonnen.

Die typischen Synthesen für anorganische Konstruktions- und Funktionswerkstoffe beinhalten in vielen Fällen mindestens einen Hochtemperaturschritt, der nicht selten Temperaturen über 1000 °C erfordert. Unter Metallen ist die Roheisengewinnung bei Temperaturen bis zu 2000 °C im Hochofen ein bekanntes Beispiel (1,2 Milliarden Tonnen pro Jahr weltweit). Ähnlich energieaufwändig ist die Herstellung von Silizium aus Quarzsand oder von Titan aus Rutil. Besonders viel Energie und Rohstoff sind nötig, um Aluminium zu erzeugen (60 Millionen Tonnen pro Jahr): Dafür wird Bauxit im Bayer-Verfahren nass­chemisch aufgeschlossen, also in eine wasserlösliche Verbindung überführt, und anschließend das aluminium­haltige Filtrat bei 1300 °C zu Aluminium­oxid entwässert. Dieses wird in einer Schmelzfluss­elektrolyse bei 950 °C unter Verbrauch von Kryolith und Kohle­elektroden zu glutflüssigem Aluminium reduziert. Bei den oxidischen Materialien sind die großtechnischen Hochtemperaturprozesse Kalkbrennen, Glas- und Zementproduktion (4,1 Milliarden Tonnen Zement pro Jahr) gigantische Energieverbraucher und CO2-Erzeuger. Doch auch in der Herstellung von spezialisierten Funktionsmaterialien, wie Ferromagneten, Di- und Ferroelektrika oder Supraleitern, kommen hohe Temperaturen zum Einsatz.
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