Die Geschichte des Stahls (3): Niedergang und Wiedergeburt

Die Geschichte des Stahls (3): Niedergang und Wiedergeburt

Selbst wenn die Mühlen während des Krieges ununterbrochen liefen, hatten die Hersteller die Kunst des Stahlschmelzens noch nicht perfektioniert. Es bedurfte einer Idee, die 100 Jahre vor dem Ende des Zweiten Weltkriegs erdacht wurde, um den Prozess noch einmal zu revolutionieren – und schließlich die USA als Stahlkönig der Welt zu entthronen.

Der deutsche Wissenschaftler und Glasmacher Wilhelm Siemens, der in England lebte, um von den seiner Meinung nach günstigen Patentgesetzen zu profitieren, erkannte 1847, dass er die Zeitspanne, in der ein Ofen seine Spitzentemperatur hält, verlängern kann, indem er die abgegebene Wärme wiederverwertet. Siemens baute einen neuen Glasofen mit einem kleinen Netzwerk aus Schamottrohren. Heiße Gase aus der Schmelzkammer traten durch die Rohre aus, vermischten sich mit Außenluft und wurden wieder in die Kammer zurückgeführt.

Es dauerte fast 20 Jahre, bis der Glasofen von Siemens seinen Weg in die Metallurgie fand. In den 1860er Jahren erfuhr ein französischer Ingenieur namens Pierre-Emile Martin von der Konstruktion und baute einen Siemens-Ofen zum Schmelzen von Eisen. Die rückgewonnene Wärme hielt das Metall länger als beim Bessemer-Verfahren verflüssigt, so dass die Arbeiter mehr Zeit hatten, genau die Mengen an kohlenstoffhaltigen Eisenlegierungen hinzuzufügen, die das Material zu Stahl machten. Und aufgrund der zusätzlichen Hitze konnte sogar Stahlschrott eingeschmolzen werden. Bis zur Jahrhundertwende hatte sich das Siemens-Martin-Verfahren, auch bekannt als das Herdofenverfahren, weltweit durchgesetzt.

Wir springen vorwärts ins 20. Jahrhundert, als ein Schweizer Ingenieur namens Robert Durrer einen noch besseren Weg fand. Durrer lehrte Metallurgie in Nazi-Deutschland. Nachdem der Zweite Weltkrieg zu Ende ging, kehrte er in die Schweiz zurück und experimentierte mit dem Bessemer-Verfahren. Er blies reinen Sauerstoff in den Ofen (anstelle von Luft, die nur zu 20 Prozent aus Sauerstoff besteht) und stellte fest, dass es den Kohlenstoff aus dem geschmolzenen Eisen effektiver entfernte.

Durrer entdeckte auch, dass er kalten Stahlschrott zu Roheisen schmelzen und wieder in den Stahlerzeugungsprozess zurückführen konnte, indem er den Sauerstoff von oben in den Ofen blies und nicht von unten wie bei einem Bessemer-Konverter. Dieser “basische Sauerstoffprozess” trennte auch alle Spuren von Phosphor vom Eisen ab. Das Verfahren kombinierte die Vorteile der beiden Öfen von Bessemer und Siemens-Martin. Dank der Innovationen von Durrer wurde die Herstellung riesiger Stahlmengen wieder billiger.

Während die Nationen in Europa und Asien sofort das Sauerstoff-Basisverfahren übernahmen, setzten die amerikanischen Werke, die immer noch an der Spitze der Branche stehen, das Siemens-Martin-Verfahren selbstbewusst und zufrieden ein – und öffneten damit unwissentlich die Tür für ausländische Konkurrenz.

Rostfreier Stahl und der Niedergang amerikanischer Werke

1912 suchte ein britischer Metallurge namens Harry Brearly nach einem Weg, das Leben von Geschützrohren zu erhalten. Er experimentierte mit Chrom und Stahllegierungen und fand heraus, dass Stahl mit einer Chromschicht besonders säure- und witterungsbeständig war.

Brearly begann, die Stahl-Chrom-Legierung an einen Freund zu verkaufen, der mit Besteck arbeitete, und nannte ihn “rostfreier Stahl” – eine wörtliche Bezeichnung, die einem Ingenieur gebührt. Sein Freund Ernest Stuart, der die Messer an die Öffentlichkeit verkaufen musste, fand einen eingängigeren Namen: rostfreier Stahl.

Eine Firma namens Victoria schmiedete Stahlmesser für die Schweizer Armee, als sie Wind von dem neuen Korrosionsschutzmetall aus Grossbritannien bekam. Die Firma änderte das Metall in ihren Messern prompt in Inox, ein anderes Wort für die Legierung, die sich von dem französischen Wort für rostfrei, “inoxydable”, ableitet. Victoria firmierte sich in Victorinox um. Heute besteht eine gute Chance, dass Sie eines ihrer roten Taschenmesser in Ihrer Schreibtischschublade finden.

Plötzlich war rostfreier Stahl überall auf der Welt zu finden. Das korrosionsbeständige, schimmernde Metall wurde zu einem kritischen Material für chirurgische Werkzeuge und Haushaltswaren. Die Radkappen an der Spitze des Chrysler-Gebäudes sind aus Edelstahl gefertigt, wodurch sie im Sonnenlicht ihren silbernen Glanz behalten. 1959 machten Arbeiter in St. Louis den ersten Spatenstich für den Bau des Gateway Arch aus Edelstahl, der bis heute das höchste von Menschenhand geschaffene Monument in der westlichen Hemisphäre ist.

Doch gerade als St. Louis das Tor zum Westen baute, holte der Rest der Welt die amerikanische Stahlproduktion ein. Niedrige Löhne in Übersee und der Einsatz des Sauerstoff-Grundverfahrens machten ausländischen Stahl bis in die 1950er Jahre billiger als amerikanischen Stahl, so wie die Stahlindustrie von einer billigeren Legierung für einheimische Güter getroffen wurde: Aluminium.

1970 endete die Führung von U.S. Steel als weltgrößter Stahlkonzern nach sieben Jahrzehnten, verdrängt vom japanischen Unternehmen Nippon Steel. China wurde in den 1990er Jahren zum weltweit führenden Stahlproduzenten, und Bethlehem Steel schloss 1995 sein Werk in Bethlehem. Erst Ende des 20. Jahrhunderts übernahmen die meisten amerikanischen Stahlwerke schließlich das Sauerstoff-Basisverfahren. Ab 2016 belegten die Vereinigten Staaten laut der World Steel Association den vierten Platz in der Stahlproduktion.

Die nachhaltige Zukunft des Stahls

Ein Großteil des weltweit hergestellten rostfreien Stahls wird in Mini-Mühlen hergestellt. Diese Metallwerke stellen Stahl nicht von Grund auf neu her, sondern schmelzen Stahlschrott zur Wiederverwendung ein. Der gebräuchlichste Ofen in einer Mini-Mühle – der elektrische Lichtbogenofen, der ebenfalls von William Siemens erfunden wurde – verwendet Kohlenstoffelektroden, um eine elektrische Ladung zum Einschmelzen des Metalls zu erzeugen.

Die Verbreitung von Ministahlwerken im letzten halben Jahrhundert war ein entscheidender Schritt in Richtung Recycling von Altstahl, aber bis zu einer vollständig nachhaltigen Verhüttung ist es noch ein weiter Weg. Das Schmieden von Stahl ist ein bekannter Emittent von Treibhausgasen. Das grundlegende Sauerstoffverfahren, das auch heute noch weit verbreitet ist, wurde vor fast einem Jahrhundert entwickelt, als die Auswirkungen des Klimawandels gerade erst die Kreise der wissenschaftlichen Forschung eroberten. Beim Sauerstoff-Basisverfahren wird immer noch Kohle verbrannt, wobei etwa viermal mehr Kohlendioxid emittiert wird als bei Elektroöfen. Ein vollständiger Verzicht auf die Sauerstoffzufuhr für den elektrischen Lichtbogen ist jedoch keine nachhaltige Lösung – nur so viel Stahlschrott steht für das Recycling zur Verfügung.

Heute stehen Metallurgen bei der Entwicklung umweltfreundlicher Stahlerzeugungsmethoden noch am Anfang. Am MIT testen Forscher neue, auf Elektrizität basierende Technologien zum Schmelzen von Metallen. Diese elektrischen Schmelztechniken haben das Potenzial, die Treibhausgasemissionen erheblich zu reduzieren, wenn sie verbessert werden können, um Metalle mit höheren Schmelzpunkten, wie Eisen und Stahl, zu verarbeiten.

Weitere Ideen, die zur Begrenzung von Autoemissionen verwendet wurden, werden ebenfalls getestet. Im Februar 2018 begann ein österreichischer Hersteller namens Voestalpine mit dem Bau einer Fabrik, die Kohle durch Wasserstoff-Brennstofftechnologie ersetzen soll, was wahrscheinlich noch mindestens zwei Jahrzehnte entfernt ist. Als Notbehelf hat die chinesische Regierung 2017 sogar die Begrenzung der Stahlproduktion ihres Landes durchgesetzt.

Im 21. Jahrhundert haben sich die Spielregeln geändert. Aber die Frage bleibt dieselbe, wie sie immer war, dieselbe, wie sie sich für die Besatzung der Schmelztiegel in Indien, der Hochöfen in Deutschland und der Gießereien in Amerika stellte. Wie werden wir bei der Stahlherstellung besser?

Hier gehts zu Teil 1 der Reihe: Die Geschichte des Stahls (1): Von Sternen und Hochöfen

Hier gehts zu Teil 2 der Reihe: Die Geschichte des Stahls (2): Zwischen Frieden und Krieg

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Juli 29, 2020 / von / in ,

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