Tata Steel Nederland doet staalonderzoek in de ruimte
ESA en Tata Steel onderzoeken staal voor groene transitie
Terwijl astronauten prachtig zicht hebben op onze planeet, verrichten zij ook tal van (wetenschappelijke) experimenten en onderzoeken die bijdragen aan duurzame innovatie. Onder de noemer ‘Space for Science’ doen de European Space Agency (ESA) en Tata Steel Nederland (TSN) samen proeven in het internationaal ruimtestation ISS om kennis te vergaren van de thermo-fysische eigenschappen van staal tijdens het gieten. Deze kennis draagt bij aan efficiënter energiegebruik, effectievere staalproductie en de groene energietransitie.
‘As we speak’ wordt er staal in het ISS onderzocht. Het betreft staal dat kan worden ingezet voor elektromotoren. De kwaliteit van dit staal bepaalt voor een groot deel de efficiëntie van motoren in bijvoorbeeld elektrische auto’s. Dat draagt dus direct bij aan de energietransitie. Dit soort staalsoorten heeft een complexe structuur die deels ontstaat bij het gieten. De opgedane kennis in deze experiment wordt ingezet in het gietproces ter voorkoming van fouten en ter realisatie van beter staal voor deze toepassing.
Samenwerking ESA en Tata Steel Nederland
Het spreekt zeer tot de verbeelding; staal dat in de ruimte wordt gesmolten en vervolgens weer afkoelt en stolt in een ‘high tech’ gemonitord proces. In deze coproductie levert Tata Steel Nederland specifiek geprepareerde staalmonsters en kennis aan. ESA is verantwoordelijk voor de uitvoer van het wetenschappelijke experiment. De kennis die voorkomt uit de verschillende onderzoeken is voor iedereen beschikbaar. Materiaaldeskundige Wim Sillekens is vanuit ESTEC/ESA betrokken bij het ruimte- staalproject en stelt: “Voor de wetenschap heeft al het materiaalkundig onderzoek binnen het ‘Space for Science’ programma al geresulteerd in meer dan 1.600 publicaties, waaronder ook een aantal wetenschappelijke artikelen samen met Tata Steel.”
Waarom staalonderzoek in de ruimte?
Die vraag stellen we aan de Argentijns-Nederlandse wetenschapper Dr. Begona Santillana. Zij is werkzaam op de afdeling ‘Research & Development’ van Tata Steel en onderzoekt de stolling van staal. Dr. Santillana is initiator en manager van dit staalonderzoek in de ruimte en duidt de toegevoegde waarde ervan: “Al het staal waarmee je omgeven bent, is ooit vloeibaar geweest. En precies in dat proces van vloeibaar naar gestold staal kan er veel mis gaan. De stolling van vloeibaar staal op zeer hoge temperaturen, circa 1500 graden Celsius, wordt beïnvloed door mechanische, thermodynamische en thermo-fysische eigenschappen. In het lab onderzoeken we al deze eigenschappen maar de staalmonsters die daartoe worden ingezet zijn ook onderhevig aan de zwaartekracht. In de ruimte hebben we daar geen last van, hetgeen leidt tot zuiverder data.
Hoe werkt het?
Door TSN voorbewerkte staalbolletjes van minder dan 10 gram worden op aarde in een batch met andere samples in een soort carrousel geplaatst en deze wordt per raket naar het ISS getransporteerd. Daar wordt de carrousel in de dubbelwandige ‘Electro-Magnetic Levitator’ (EML) geplaatst. In de EML worden de staalbolletjes vervolgens in een aantal cycli gesmolten en weer gestold. Dat gebeurt als de astronauten slapen om foutmetingen als gevolg van beweging te voorkomen. Het proces wordt gemonitord en de data gaan ‘realtime’ naar het ‘Microgravity User Support Center’, een ondersteuningscentrum van ISS in Keulen, voor onder meer data-verzameling. Bij terugkomst op aarde gaan de staalmonsters naar Tata Steel Nederland en de universiteit van Warwick in het Verenigd Koninkrijk voor verder onderzoek.
Energiebesparing en verduurzaming door staalonderzoek in de ruimte
Voor toepassingen van staal is het voorkomen van fouten in het proces cruciaal en daarvoor is gepreciseerde kennis van stoltemperatuur en andere thermo-fysische eigenschappen belangrijk. Dr. Santillana: ”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 (ESA) vult aan: “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.”
*Foto: ESA