MINT-Campus Alte Schmelz e.V.

Grüner Stahl im Labor

Im Schülerforschungs- und -technikzentrum Alte Schmelz, auf dem denkmalgeschützen Areal eines historischen Eisenwerks, wird der zukünftige industrielle Prozess „Grüner Stahl“ erprobt. Ausgangsmaterial sind alternativ Brauneisenstein (Limonit, FeOOH), Lebacher Eier (Siderit, FeCO3) und Eisenerz (Hämatit, Fe2O3). Die beiden erstgenannten Erze wurde früher am Standort verhüttet.
Der Laborprozess umfasst sechs Arbeitsschritte:
1) Mit einem PEM-Wasserelektrolyseur, Einzeller, erzeugen wir aus Wasser und regenerativ erzeugtem Strom Grünen Wasserstoff.
2) Eine Eisenreduktionsapparatur, beheizbares Quarzrohr, beschicken wir mit bis zu 10g Eisenerz, beaufschlagen mit Wasserstoff und/oder Methan und erhitzen für eine bestimmte Zeit z.B. auf 500 °C. Die Reaktion Fe2O3+3H2 ⇌ 2Fe+3H2O ist endergonisch. Deshalb setzen wir Molekularsieb ein, um durch Absorption des Reaktionswassers das Gleichgewicht auf die rechte Seite zu verschieben. Die Morphologie des resultierenden Eisenschwamms ist im Stereomikroskop eindrucksvoll zu erkennen.
3) Mit einer hydraulischen Presse kompaktieren wir den Eisenschwamm zu einer Tablette.
4) In einem Labor-Lichtbogenofen erschmelzen wir die Tablette.
5) Mittels Schleif- und Polierscheiben fertigen wir von den Schmelzlingen Metallschliffe an.
6) Im Auflicht-Mikroskop untersuchen wird unsere Proben auf Kohlenstoff-Ausscheidungen (Metallografie).
Mit dieser Apparatur demonstrieren wir für SchülerInnen, Azubis und die interessierte Öffentlichkeit die Zukunft der Stahlindustrie: Grüner Stahl. Darüber hinaus erproben wir in kleinem Labormaßstab Parameter (Temperatur und Kinetik der Reduktionsreaktion bei unterschiedlicher Feuchte des Wasserstoff-Gases, Bedingungen der Aufkohlung mittels Methanbeaufschlagung während der Abkühlung, etc.), die für unsere Kooperationspartner bei Saarstahl/Dillinger Hüttenwerke von Interesse sind.
„Grüner Stahl aus Lebacher Eiern“ ist Landessieger-Projekt bei Jugend forscht Saarland 2023.