Laut einer neuen Studie sollte die Keramikindustrie den kohlenstoffreduzierenden Kaltsinterprozess aus den Laboren in die Fertigung einführen

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Newswise – Eine neue technisch-ökonomische Analyse eines Teams unter der Leitung eines Forschers von WMG an der University of Warwick zeigt, dass die energieintensive Keramikindustrie sowohl finanzielle als auch ökologische Vorteile erzielen würde, wenn sie den Kaltsinterprozess vor dem Stillstand bewahren würde Laboren bis hin zum tatsächlichen Einsatz bei der Herstellung von High-Tech- bis hin zu Haushaltskeramik.

Die neue Forschungsarbeit wurde gerade im Journal of the European Ceramic Society in einem Artikel mit dem Titel „Decarbonising ceramic Manufacturing: A techno-economic Analysis of Energy Efficient Sintering Technologies in the Functional Materials Sector“ veröffentlicht.

Der Kaltsinterprozess (CSP) kombiniert Hitze, Druck und den Einsatz von Wasser, um den Energieverbrauch deutlich zu reduzieren, da die für die Keramikherstellung erforderlichen Temperaturen auf etwa 300 Grad Celsius gesenkt werden. Dies ist weitaus weniger als bei anderen Verfahren wie dem konventionellen Sintern, Lasersintern, Schnellfeuersintern, Flüssigphasensintern und Flash-Sintern, die weitaus mehr Energie erfordern und je nach Verfahren Temperaturen zwischen 1400 und 3000 Grad Celsius erreichen müssen und Materialien in Betracht gezogen.

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Allerdings hat der kleine Maßstab der laborbasierten CSP (normalerweise die Herstellung von fünf Gramm Keramik auf einmal unter Laborbedingungen) dazu geführt, dass sich die Hersteller dafür entschieden haben, weiterhin auf andere Methoden mit deutlich höheren Temperaturen zu setzen, mit denen entweder bereits größere Mengen hergestellt oder schnell hergestellt werden können eine Serie kleiner High-Tech-Keramik. Das von der University of Warwick geleitete Team war der Ansicht, dass die Hersteller noch kein vollständiges Verständnis für die potenziellen finanziellen und ökologischen Vorteile des Einsatzes von CSP in der Fertigung entwickelt hatten – insbesondere, da die Anlaufkosten von CSP viel niedriger sind als bei anderen Verfahren.

Die Forscher untersuchten Szenarien für die Verarbeitung von drei separaten funktionellen Oxiden zur Herstellung von Keramik: ZnO, PZT und BaTiO3. Sie verglichen Kaltsintern (CSP) mit einer Reihe anderer Sintertechniken und untersuchten die Kapitalrendite. Sie fanden heraus, dass CSP aufgrund seiner geringen Einrichtungskosten in allen drei Fällen auch nach 15-jähriger Nutzung die wirtschaftlich attraktivste Sinteroption darstellte, mit niedrigeren Kapitalkosten und der besten Kapitalrendite sowie erheblichen Energie- und Emissionseinsparungen.

Die Forscher sind sich bewusst, dass der Übergang von CSP vom Labor zur Industrie sehr unterschiedliche Einrichtungen und Instrumente sowie eine relevante Eigenschafts-/Leistungsvalidierung erfordern wird, um sein volles Potenzial auszuschöpfen, aber die potenziellen Vorteile sind erheblich.

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Der leitende Forscher des Artikels, Dr. Taofeeq Ibn-Mohammed von WMG an der University of Warwick, sagte:

„Die steigenden Energiekosten und Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen von Herstellungsprozessen haben die Notwendigkeit einer effizienteren und nachhaltigeren Fertigung erforderlich gemacht. Die Keramikindustrie ist ein energieintensiver Industriezweig und daher ist das Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz enorm.“

Unsere Forschung ist die erste umfassende technisch-ökonomische Analyse einer Reihe von Sintertechniken und vergleicht diese mit dem kürzlich entwickelten Kaltsinterverfahren (CSP). Wir stellen fest, dass es eindeutige finanzielle und ökologische Vorteile mit sich bringt, wenn die Keramikindustrie den Kaltsinterprozess aus den Laboren in die kommerzielle Fertigung verlagern würde.“