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Die wundersame Verwandlung des Stahls: Wie entstand in der Antike Stahl?
Stahl, ein unverzichtbares Material in der modernen Gesellschaft, wurde vor Tausenden von Jahren vom Menschen entdeckt und geschmiedet. Allerdings erforderte der antike Stahlherstellungsprozess im Vergleich zur heutigen Stahlindustrie völlig andere Technologien und Konzepte. Sein Geburtsprozess ist voller zahlloser Innovationen und Fortschritte, was uns zu der Frage veranlasst: Wie gelang es den Menschen der Antike, mit einfachen Werkzeugen und Technologien auf ganz natürliche Weise dieses große Werk zu vollbringen?
Grundlegende Zusammensetzung von Stahl
Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff. Gusseisen ist im Vergleich zu Stahl ein harter und spröder Werkstoff, der sich nur schwer bearbeiten lässt. Stahl ist plastisch und lässt sich leichter formen und verarbeiten als Gusseisen. Während Eisen allein nicht stark genug ist, um großem Druck standzuhalten, verleiht Kohlenstoff in moderaten Mengen (normalerweise weniger als 1 %) Stahl Festigkeit und andere wichtige Eigenschaften. Für die Stahlproduktion müssen neben Kohlenstoff auch Verunreinigungen wie Stickstoff, Silizium, Phosphor und Schwefel entfernt und Legierungselemente wie Mangan, Nickel und Chrom hinzugefügt werden, um verschiedene Stahlsorten herzustellen.
Die frühe Geschichte des Stahls
Die Technologie zur Stahlherstellung entwickelte sich im alten China, Indien und Rom. Eine der frühesten Methoden zur Stahlherstellung war das „Flammschmieden“, ein Verfahren, bei dem ein Eisenblock wiederholt geschmiedet wurde, um Verunreinigungen zu entfernen.
Chinas Stahltechnologie
Im China des 11. Jahrhunderts entstand ein dem Bessemer-Verfahren ähnliches System, der weltweit erste Versuch, Stahl teilweise zu dekarbonisieren. Die Technologie wurde von Shen Kuo beschrieben, einem Regierungsbeamten während der Song-Dynastie, der auf einer Reise durch die Region Hebei Zeuge der lokalen Metallurgie wurde.
Stahlfortschritt in Europa
Im 15. Jahrhundert begann man in Europa mit der Entwicklung von Schmelzprozessen, die auf den gleichen Belüftungsprinzipien wie das Bessemer-Verfahren basierten. In der Folgezeit wurden die Methoden der Stahlherstellung im 21. Jahrhundert immer weiter verbessert, bis sich moderne Verfahren herausbildeten.
Moderner Stahlproduktionsprozess
Die moderne Stahlproduktion umfasst drei Phasen: Primär-, Sekundär- und Tertiärstahl. In jeder Phase stehen mehrere Techniken zur Auswahl.
Primärprozess: Sauerstoffstahlerzeugung
Beim Sauerstoff-Aufblasverfahren wird kohlenstoffreiches Roheisen geschmolzen und in Stahl umgewandelt. Durch das Einblasen von Sauerstoff in das geschmolzene Roheisen kann ein Teil des Kohlenstoffs oxidiert und entfernt werden. Dieses Verfahren wurde 1948 von Robert Durrer als Verbesserung des Bessemer-Konverters entwickelt. Diese Technologie hat die Effizienz der Stahlproduktion erheblich verbessert.
Sekundärprozess: Nachbearbeitung von Stahl
In dieser Phase fügen die Stahlhersteller andere Elemente hinzu oder entfernen sie, um die chemische Zusammensetzung des Stahls weiter zu manipulieren und höherwertigen Stahl herzustellen.
Dreistufiger Prozess: Gießen und Formen
Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall in Stahlbleche, Spulen oder andere gewünschte Formen gegossen.
Probleme mit dem Kohlendioxidausstoß
Schätzungen aus dem Jahr 2021 zufolge ist die Stahlproduktion für rund 11 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich, wobei pro Tonne produzierten Stahls etwa 1,8 Tonnen CO2 ausgestoßen werden.
Zukünftige Herausforderungen und Chancen
Da das Umweltbewusstsein zunimmt, ist die Stahlindustrie bestrebt, ihre Emissionen deutlich zu reduzieren. Von der Nutzung erneuerbarer Energien bis hin zur Verbesserung der Prozesstechnologie arbeiten viele Unternehmen an der Entwicklung von „grünem Stahl“. Dies gibt uns auch Anlass zum Nachdenken: Können wir in einem solchen Transformationsprozess einen Gleichgewichtspunkt finden, der sowohl die wachsende Nachfrage nach Stahl decken als auch unseren Planeten schützen kann?
