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Eine sauberere und kostengünstigere Methode zur Herstellung von Metallen
In einem Laborraum gegenüber einem Yogastudio in einem Büropark in Natick, Massachusetts, hält Adam Powell eine strahlend weiße Keramikröhre hoch, von der er sagt, dass sie der Schlüssel dazu ist, die Herstellung vieler weit verbreiteter Metalle deutlich billiger und weniger umweltschädlich zu machen.
Powell ist der Chief Technology Officer von Infinium , ein Startup aus der Boston University, das seit 2008 leise agiert und nun mit seinen ersten Produkten – den Seltenerdmetallen Neodym und Dysprosium – marktreif ist. Diese Materialien werden benötigt, um starke Magnete herzustellen, die bei hohen Temperaturen funktionieren und für die Generatoren in Windkraftanlagen und vielen Elektroautomotoren wichtig sind.
Während Infiniums Ansatz zur Herstellung anderer Metalle verwendet werden kann, darunter Magnesium und Aluminium, beginnt das Unternehmen mit Seltenen Erden, da diese viel höhere Preise erzielen. Ihr erster Kunde ist die US-Regierung, die Seltenerdmetalle für ihren Vorrat an strategisch wertvollen Materialien benötigt. Seltenerd-Erz wird nur an wenigen Orten der Welt abgebaut, und hohe Kosten und Umweltprobleme haben Unternehmen daran gehindert, Seltenerd-Erz zu verarbeiten, um im Inland Metalle herzustellen.
Der Prozess von Infinium befasst sich mit einem bestimmten Teil der Metallproduktion: der Umwandlung von teilweise verarbeiteten Erzen – Metalloxiden – in Metalle. Dies kann durch Eintauchen der Oxide in ein Bad aus geschmolzenem Salz und Durchleiten von Elektrizität durch die Mischung erfolgen. Abgesehen von den Emissionen, die mit der Stromerzeugung verbunden sind, werden bei diesem Prozess selbst Treibhausgase freigesetzt. Eine der Elektroden besteht normalerweise aus Kohlenstoff, der mit Sauerstoff reagiert und Kohlendioxid bildet.
Das Keramikmaterial, das Powell mir gezeigt hat – das aus Zirkonoxid besteht – ersetzt die Kohlenstoffelektrode und eliminiert diese Emissionen. Forscher versuchen seit vielen Jahren, Kohlenstoff zu ersetzen, aber die geschmolzenen Salze haben die Alternativen korrodiert. Der entscheidende Fortschritt für Infinium war die Entwicklung alternativer Salzschmelzen, die nicht mit dem Zirkonoxid reagieren, damit es lange genug halten kann, um praktikabel zu sein.
Infinium nimmt diesen Monat die Produktion mit einer Maschine auf, die jährlich eine halbe Tonne Seltenerdmetalle produzieren wird. Im September wird Infinium eine weitere Maschine einsetzen, die 10 Tonnen pro Jahr produzieren kann – genug, damit das Unternehmen profitabel ist, sagt Powell. Infinium hat auch gezeigt, dass der Prozess für Aluminium, Magnesium, Titan und Silizium funktioniert, und plant, die Produktion der ersten beiden bis 2016 zu erhöhen.
Das Verfahren ist kein Allheilmittel für die Umweltprobleme, die mit der Metallproduktion verbunden sind. Es befasst sich nicht mit der Verschmutzung durch den Bergbau und die Trennung von Seltenerdoxiden aus anderen Materialien im Erz (andere neue Verfahren werden entwickelt, um diese Probleme anzugehen – siehe Die Seltenerdkrise ).
Aber bei Metallen wie Aluminium und Magnesium, sagt Infinium, können die Verarbeitungskosten um 30 bis 50 Prozent gesenkt werden. Diese Metalle viel billiger zu machen, könnte zum einen den Autobau verändern. Teile aus diesen Metallen wiegen bei gleicher Festigkeit deutlich weniger als die üblichen Stahlteile im Auto. Die Gewichtseinsparungen könnten laut einem Konsortium der Autoindustrie den Kraftstoffverbrauch um 10 Prozent senken.
Wenn das Unternehmen die Produktion ausweitet, wird eine Schlüsselfrage sein, ob seine Keramikelektroden so lange halten, wie die Tests des Unternehmens in kleinerem Maßstab vermuten lassen. Wenn die Keramik nicht hält, hat das Unternehmen möglicherweise keinen Kostenvorteil.
Eine Alternative zu Kohlenstoff zu finden, ist seit langem der Traum der Metallindustrie, sagt Donald Sadoway , ein Professor für Materialwissenschaften am MIT, der nicht am Unternehmen beteiligt ist. Ich glaube, dass die Technologie von [Infinium] solide ist. Es ist echt, sagt er. Ob das Unternehmen erfolgreich ist, hängt von der Wirtschaftlichkeit ab, sagt er. Niemand kümmert sich um das Flussdiagramm für den Prozess. Sie interessieren sich für die Preise. Wenn es ein gutes Metall zu geringeren Kosten produziert, werden die Leute interessiert sein.