Staalonderzoek in de ruimte

In het internationale ruimtestation ISS voeren Tata Steel Nederland en de European Space Agency (ESA) onderzoek uit naar de thermo-fysische eigenschappen van staal tijdens het gietproces. Het gaat op dit moment specifiek om staal dat geschikt is voor toepassingen in elektromotoren, zoals die in elektrische voertuigen.

De kwaliteit van dit staal speelt een sleutelrol in het rendement van de motoren en daarmee in het verduurzamen van mobiliteit. Het onderzoek richt zich op het complexe stollingsproces van staal, dat van cruciaal belang is voor het voorkomen van productiefouten en het verbeteren van de prestaties van dit staal. De samenwerking is onderdeel van het ‘Space for Science’-programma en moet bijdragen aan efficiënter energiegebruik, verbeterde staalproductie en de energietransitie.

Waarom in de ruimte?

Volgens Dr. Begona Santillana, onderzoeker bij de R&D-afdeling van Tata Steel en initiatiefnemer van dit project, biedt het ontbreken van zwaartekracht unieke voordelen. De stolling van staal bij temperaturen rond de 1500 graden Celsius wordt beïnvloed door diverse krachten, waaronder zwaartekracht. In de ruimte kun je zuivere data verzamelen die niet verstoord worden door deze effecten. Dit maakt het mogelijk om fundamentele eigenschappen zoals stoltemperatuur en thermodynamische parameters beter te begrijpen.

Staalbolletjes

Tata Steel Nederland levert voorbewerkte staalmonsters, kleine staalbolletjes van elk minder dan 10 gram, en technische expertise, ESA is verantwoordelijk is voor de uitvoering van de experimenten in de ruimte. Het staal wordt onder gewichtloze omstandigheden gesmolten, gekoeld en gestold in de zogeheten ‘Electro-Magnetic Levitator’ (EML). Dit proces vindt ’s nachts plaats, terwijl astronauten slapen, om bewegingseffecten te minimaliseren. De verzamelde data wordt in realtime doorgestuurd naar het Microgravity User Support Center in Keulen voor analyse. Bij terugkeer naar de aarde worden de monsters verder onderzocht door Tata Steel en de Universiteit van Warwick.

Impact op energie-efficiëntie en verduurzaming

De kennis van staalstolling en andere eigenschappen helpt Tata Steel bij het optimaliseren van het gietproces. Santillanae: ‘Door de verkregen kennis uit dit wetenschappelijk onderzoek kunnen we de productie van staal efficiënter realiseren. Bovendien kunnen we verschillende staalsoorten dankzij de opgedane kennis met minder procesproblemen produceren. Indirect leidt dit tot energiebesparing en een beter product.’

Wim Sillekens is vanuit ESTEC/ESA betrokken bij het ruimte- staalproject:  ‘In onze samenwerking met Tata Steel Nederland hebben we veel kennis verworven over staaleigenschappen met een nauwkeurigheid die op geen enkele andere manier te meten is. Veel van de materialen die in de EML worden onderzocht hebben een relatie met verduurzaming; naast het staal zijn dit bijvoorbeeld hard-magnetische materialen en halfgeleidermaterialen, voor toepassingen in windturbines en zonnepanelen. Deze materialen zijn kritisch voor de groene transitie en zelfs kleine verbeteringen in prestatie zijn op wereldschaal van zeer grote waarde.’