Verunreinigung als Zutat: bessere Gusseisen-Legierungen aus reinem Schrott
Statt Fremdstoffe im Metallschrott mit neuem Eisen zu verdünnen, nutzt ein Verfahren mit maschinellem Lernen sie als Legierungselemente. Die Legierungen wurden fester oder dehnbarer – und günstiger.
Symbolbild · Foto: Perlit86 / Wikimedia Commons, CC BY 4.0 (zugeschnitten und skaliert)
Weltweit werden jedes Jahr rund zwei Milliarden Tonnen Metall hergestellt; die Metallproduktion verursacht nach Angaben des Max-Planck-Instituts für Nachhaltige Materialien geschätzt 40 Prozent der industriellen Treibhausgasemissionen und 10 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs. Mehr Recycling würde helfen, doch Schrott ist unterschiedlich zusammengesetzt und enthält unerwünschte Elemente. Bisher werden diese meist verdünnt, indem man neues Metall zugibt – was den Klimavorteil schmälert.
Ein Team des Instituts und mehrerer chinesischer Universitäten, darunter die Shanghai Jiao Tong University, dreht den Ansatz um: Die Verunreinigungen werden gezielt als Legierungsbestandteile genutzt. Ein Verfahren mit maschinellem Lernen verknüpft Zusammensetzung und Verarbeitung, etwa Temperatur und Dauer, direkt mit Zugfestigkeit und Dehnbarkeit. Ein Suchalgorithmus erzeugt neue Rezepturen, neuronale Netze sagen deren Eigenschaften voraus, und die Ergebnisse der Laborversuche fließen in die nächste Runde ein. Die Arbeit erschien in Science Advances (DOI 10.1126/sciadv.aeg9183).
Getestet wurde das an Gusseisen mit Kugelgraphit, von dem jährlich rund 120 Millionen Tonnen hergestellt werden. Von 17 vorgeschlagenen Legierungen erreichten 14 die besten Kombinationen aus Festigkeit und Dehnbarkeit im bisherigen Datensatz für recyceltes Eisen: bis zu 15,2 Prozent mehr Zugfestigkeit bei vergleichbarer Dehnung oder bis zu 73,2 Prozent mehr Bruchdehnung bei vergleichbarer Festigkeit. Die Herstellung war 8,1 Prozent günstiger als der übliche Weg, Schrott mit Neueisen zu mischen. Künftig könnte das Verfahren auch auf Stahl, Aluminium und Kupfer ausgeweitet werden.