Basalt: unerschöpflich und unausgeschöpft
Foto: Forum TuW, T. Bäz
Alle irdischen Rohstoffe sind endlich. Der Unerschöpflichkeit immerhin nahe kommen die Lagerstätten vulkanischen Basalts. Wenn man überhaupt noch von Lagerstätten sprechen kann, denn das Gestein macht 13 % der Erdkruste aus.
Das ist die ideale Voraussetzung für einen Rohstoff, aus dem sich Fasern für Hochleistungswerkstoffe gewinnen lassen. Ähnlich wie die Carbon- und die Glasfaser kann auch die Basaltfaser vielfältig genutzt werden. Die technische Anwendung steht allerdings weltweit erst am Anfang.
In Nürnberg hatte das ostbayrische Technologie-Netzwerk Otti durchweg Referenten aus Russland zu einem Symposium eingeladen. Nicht ganz von ungefähr, denn vor allem dort haben Basalt-Fasertechnologien bislang vor allem in der Öl- und Gasindustrie die weltweit stärkste Entwicklung genommen. „Wir hatten in Deutschland nach dem Ende des Asbestzeitalters bis Anfang der 90er-Jahre auch einen kurzen Boom – vor allem bei der aus kurzen Basaltfasern hergestellten Steinwolle“, erklärt Mirko Jacob von der TU Chemnitz, der inzwischen ein erstes kleines Netzwerk von interessierten deutschen Firmen unter dem Namen Inntex aufgebaut hat. Doch mit dem Nachweis, dass die damals verwendeten Fasern mit weniger als 5 µm Durchmesser ebenfalls kanzerogen sein können, blieb die Technologie hier weitestgehend unbeachtet.
„In Europa hat man sich lange Zeit auf Keramik, Glas- und Carbonfaser-Material als Hochleistungswerkstoffe konzentriert“, erklärt Katrin Schönfeld vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), Dresden. Dabei besitzen die Fasern interessante Eigenschaften.
Vor allem als Dämmmittel genutzt lassen sich die kurzen Fasern aus der Schmelze durch einen Schleuderprozess gewinnen – wie bei der Herstellung von Zuckerwatte. Zusatzmittel aus Paraffin oder Silikon binden das Basalt inzwischen zuverlässig.
Vor allem aber die sogenannten Endlosfasern, die durch einen Spinnprozess aus der 1450 °C heißen Schmelze mit haarfeinen Düsen gewonnen und dann auf Spulen aufgewickelt werden, bringen ein enormes technisches Einsatzpotenzial mit. Denn sie haben nicht nur einen größeren und damit gesundheitsunbedenklichen Querschnitt von 8 µm bis 13 µm. Sie weisen zudem eine mehrfach höhere Zugfestigkeit und ein deutlich geringeres Gewicht im Vergleich zu Stahl und Aluminium auf und glänzen zugleich durch geringere Herstellungskosten als beispielsweise Kohlenstofffaser-verstärkte Kunststoffe (CFK), die zudem nicht die hohe Zugfestigkeit von bis zu 4000 MPa bieten können.
Derzeit kostet ein Kilogramm der Endlosfaser in Deutschland mit 2,50 € bis 3,50 € bis zu 100 % mehr als die Glasfaser. Dafür können Basaltfasern relativ hohe Temperaturen von 600 °C bis 700 °C aushalten, ohne zu kristallisieren. Zudem dürften sich die Weltmarktpreise bei einer Massenproduktion schnell durch den Skalierungseffekt nach unten bewegen.
Allerdings, so räumten vor allem die deutschen Teilnehmer des Symposiums ein, seien die qualitativ unterschiedlichen Vorkommen von Basalt selbst innerhalb einer einzelnen Lagerstätte bislang noch ein ungelöstes Problem, um identische Chargen aus der Schmelze zu erhalten. Vor allem silizium- und eisenhaltige Einschlüsse müssten möglichst vor einer Verarbeitung entfernt werden.
Die Russen haben bereits vor mehr als zehn Jahren damit begonnen, Schmelzöfen für die Faserproduktion aufzubauen und mithilfe der geologischen Fakultät im zentralrussischen Perm Grundlagenforschung zu etablieren und die industrielle Fertigung anzukurbeln.
Inzwischen werden speziell mit dem Fasergewebe beschichtete Rohre mit Durchmessern von 20 mm bis 1000 mm für Öl- und Gasleitungen im Hoch- und Niederdruckbetrieb oder auch – dank ihrer guten Dämmeigenschaften – für den Transport von Fernwärme unter sibirischen Verhältnissen hergestellt. Rund 1000 km solcher extrem belastbaren Pipelines sind bereits verlegt und sollen eine Lebensdauer von bis zu 80 Jahren haben, berichtete Vladimir Ponomarev, Vizedirektor des Moskauer Herstellers Teploprojekt.
Zudem habe inzwischen auch eine Zusammenarbeit mit Airbus und Boeing begonnen, wo man derzeit untersuche, ob einige Bauteile künftig mit dem Basaltfasergewebe verstärkt werden können. Außerdem nutzen die Russen die Faser auch als Zuschlagstoff für Beton oder auch als Bewehrungsmaterial.
In diesem Bereich hat auch die Firma CG TEC aus Spalt bei Nürnberg erste positive Erfahrungen gesammelt. Seit einiger Zeit stellen die Franken Stäbe aus Basaltfasern für Spannbetonkonstruktionen her. „Das Material ist deutlich leichter als Stahl, kann aber sehr hohe Zugkräfte aufnehmen“, berichtet Geschäftsführer Oliver Kipf. Und weil Basalt zudem korrosionsbeständig und alkalifest ist, können die Überdeckungen durch Beton geringer gewählt werden, als das bei herkömmlichen Bewehrungen möglich ist.
Das sei aber erst der Anfang, meint Kipf: „Ich kann mir schon vorstellen, dass dieser praktisch unerschöpfliche Rohstoff bald eine breite Anwendung im Maschinen- und Fahrzeugbau findet, wo es um leichte und kostengünstige, zugleich aber hoch beanspruchte Bauteile wie etwa Antriebswellen geht, die große Kräfte und auch Temperaturschwankungen aushalten müssen.“ Der Preisvorteil gegen über der Kohlefaser, die bislang noch immer über 20 €/kg kostet, sei einfach ein starkes Argument.
