Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Das Gas eignet sich so gut für die Eisenproduktion wie Wasserstoff, ist aber einfacher und kostengünstiger zu transportieren

Durch einen Zusatz von Titan wird ein thermoelektrisches Material effizienter

Ein Werkstoff aus wenigen gut verfügbaren Komponenten ist sehr zugfest und trotzdem stark verformbar

Das Metall könnte künftig Energie aus regenerativen Quellen speichern, etwa für den Transport

In einer Pilotarbeit hilft maschinelles Lernen bei der Entwicklung von Materialien etwa für die Wasserstoffspeicherung

Metalle sind aus unserem Leben nicht wegzudenken. Doch die Metallindustrie verursacht heute ein Drittel aller industriellen Treibhausgas-Emissionen. Dierk Raabe und Martin Palm, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf, arbeiten daher daran, Metalle nachhaltiger herzustellen und einzusetzen. Ihre Konzepte könnten die Metallindustrie gehörig umkrempeln.

Im Altertum war er das Material der Wahl für Schwertklingen. Jetzt hat ein Team des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik in Aachen eine Technik entwickelt, mit welcher sich eine Art Damaszener Stahl im 3D-Drucker fertigen lässt. Solche Verbundwerkstoffe könnten für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt oder für Werkzeuge interessant sein.

Mitten im Ersten Weltkrieg wurde 1917 das Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung gegründet. Es sollte ein Innovationslabor für die deutsche Stahlindustrie werden und entwickelte sich zu einem Zentrum kriegstechnischer Wissensproduktion. Seine Geschichte offenbart das Risiko anwendungsorientierter Grundlagenforschung in wirtschaftlichen und politischen Krisenzeiten.

Max-Planck-Wissenschaftler kooperieren mit Partnern in rund 120 Ländern dieser Erde. Hier schreiben sie über persönliche Erlebnisse und Eindrücke. Die Materialwissenschaftlerin Jiali Zhang vom Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf verbrachte im Rahmen ihrer Postdoc-Zeit neun Monate am US-amerikanischen Massachusetts Institute of Technology. Sie war von der am Institut herrschenden Schwarmintelligenz fasziniert.

Dem 3D-Druck gehört die Zukunft. Aber noch lässt sich aus den dafür verwendeten Werkstoffen und den Fertigungsprozessen nicht das Optimum herausholen. Daher arbeiten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf gemeinsam mit Kollegen des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT daran, dem neuen Verfahren aus den Kinderschuhen zu helfen.

Die enormen Entwicklungen im Bereich von Speicherung, Übertragung und Auswertung gewaltiger Datenmengen, der sogenannten Big Data, führen nicht nur zu einer rasanten Veränderung unseres Alltags, es entsteht auch eine neue Dynamik in der Wissenschaft: Forschungsfelder werden neu definiert, traditionelle Abgrenzungen etablierter Fachbereiche verlieren ihre Bedeutung.

Die Bewältigung technologischer und ökologischer Herausforderungen hängt stark von der Verfügbarkeit neuer Materialien ab. Diese sind beispielsweise die Voraussetzung, um CO₂-Emissionen drastisch zu verringern oder eine umweltfreundliche Mobilität zu verwirklichen. Mit den am Max-Planck-Institut für Eisenforschung entwickelten digitalen Strategien lassen sich fundamentale Methoden, die ursprünglich für idealisierte Modellsysteme entwickelt wurden, auf reale Materialien übertragen. Damit eröffnen sich neue Zugänge für die Materialforschung und ein beschleunigtes Werkstoffdesign.

Metalle, über Jahrtausende Garanten menschlichen Fortschritts, sind mit einem Drittel aller industriellen Treibhausgas-Emissionen der größte Einzelverursacher der Erderwärmung. Das Wachstum bei Energie, Bau, Industrie, Technik und Verkehr wird die Nachfrage in den nächsten 25 Jahren verdoppeln. Am Max-Planck-Institut für Eisenforschung führen wir Grundlagenforschung durch, um dieses Jahrhundertproblem zu lösen. Wir stellen zwei Ansätze vor: grüne Stahlherstellung durch Wasserstoff, Plasma und Elektrolyse und Aluminiumlegierungen, die das ‘Gen’ unbegrenzter Recyclingfähigkeit in sich tragen.

Der industrielle Einsatz von Wasserstoff gilt als zukunftsweisend. Doch welche materialwissenschaftlichen Herausforderungen ergeben sich bei der Produktion, Speicherung und Nutzung? Am MPIE untersuchen wir in einem interdisziplinären Team mit verschiedenen Methoden, wie sich Wasserstoff durch effektivere Elektrolyse produzieren lässt, wie sich Wasserstoffatome im Material aufspüren lassen und wie verhindert wird, dass Materialien durch Wasserstoff verspröden. Zudem arbeiten wir daran, Eisenerze durch Wasserstoff statt Kohlenstoff zu reduzieren und so CO₂-Emissionen zu vermeiden.

Werkstoffe in Windkraftanlagen, Flugzeugtriebwerken oder Turbinen sind großen mechanischen Belastungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt. An der MPI für Eisenforschung GmbH haben wir Legierungskonzepte entwickelt, die diesen Anforderungen optimal entsprechen und zudem kostengünstig und nachhaltiger sind als bisher verwendete Materialien. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie optimieren wir diese Herstellungsprozesse derzeit für die Anwendung. 

Die additive Fertigung bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Produktionsverfahren, ihr Potenzial wird aber mangels passender Legierungen noch nicht vollständig ausgeschöpft. Einem Forscherteam am Max- Planck-Institut für Eisenforschung gelang es nun die Prozessparameter und das Legierungsdesign optimal an das neue Produktionsverfahren anzupassen; es ebnet so den Weg für neue Anwendungsmöglichkeiten.