Südafrika hat Sonnenenergie im Übermaß und gleichzeitig eine große Anzahl an aluminiumverarbeitenden Industriebetrieben. Im Projekt SOLAM (Solares Schmelzen von Aluminium in einem direkt bestrahlten Drehrohrofen) erarbeiten Wissenschaftler und Unternehmen ein Verfahren, wie Aluminium-Gießereien Sonnenenergie zum Schmelzen des Metalls einsetzen können. Damit können die Betriebe ihren Stromverbrauch und den Ausstoß von CO2 deutlich reduzieren. In dem vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordinierten Projekt arbeiten Wissenschaftseinrichtungen und Unternehmen aus Südafrika und Deutschland zusammen.
Großes Potential für CO2-Einsparungen
Südafrika verfügt über große Rohstoffvorkommen, die Energieversorgung erfolgt noch zu über 90 Prozent 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 Prozent der größte Sektor in der produzierenden Industrie. Mit einem solaren Verfahren zur Schmelze von Metallen können der Ausstoß von CO2 und die Energiekosten erheblich gesenkt werden. 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 - Council for Scientific and Industrial Research und NFTN, der größte südafrikanische StromversorgerEskomsowie das Ministerium für Wissenschaft und Technologie DST. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Dauer von drei Jahren gefördert.
Spiegel konzentrieren die Sonnenenergie
Zunächst entwickeln die Projektpartner einen "solaren Drehrohrofen" in dem das Aluminium geschmolzen und damit recycelt werden kann. Ein Drehrohrofen ähnelt einer langezogen 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 Grad Celsius 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 2000 Spiegel die Sonnenstrahlung auf einen Punkt an der Spitze des Turmes in 60 Metern Höhe.
Konzept für Logistik und Businessplan
Neben der Anlage entwickeln 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
Zunächst testen Wissenschaftler einen kleinen Drehrohrofen im Labormaßstab am DLR-Sonnenofen in Köln. In unterschiedlichen Tests sollen kleine Chargen Aluminiumschrott geschmolzen und dabei die Qualität der Aluminiumschmelze untersucht werden. 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.
