2 december 2024

Het internationale ruimtestation ISS vormt momenteel het bijzondere toneel van onderzoek naar het stollen van staal tijdens het gietproces. ESA ESTEC, het European Space Research and Technology Centre, voert het onderzoek uit, op initiatief en met nauwe betrokkenheid en medewerking van Tata Steel Nederland.

Het ruimtestation maakt sinds 1998 haar rondjes om de aarde, op een hoogte van zo’n 400 km en met een topsnelheid van 28.000 km/uur, is sinds 2009 permanent bemenst en beschikt over laboratoria en datamanagementsystemen die wetenschappelijk onderzoek faciliteren in het kader van bijvoorbeeld robotisering, AI, 3D-printen voor toepassing in de ruimtevaart en nu ook staal.

Het staal-onderzoek in het ISS maakt deel uit van het zogeheten Space for Science-programma en spitst zich toe op het ingewikkelde stollingsproces van staal voor gebruik in elektromotoren, zoals die in elektrische auto’s. De kwaliteit van dit staal is van grote invloed op het rendement van de motoren en speelt dan ook een belangrijke rol bij het verduurzamen van mobiliteit.

Producent Tata Steel Nederland werkt voortdurend aan verbetering van de prestaties van dit staal en van het productieproces. Daartoe wil het staalconcern meer kennis en inzicht verwerven over de thermodynamische eigenschappen van het materiaal bij het stollen tijdens het gietproces. Op aarde verloopt de stolling van staal, onder temperaturen van zo’n 1500 graden Celsius, onder invloed van uiteenlopende krachten waaronder de zwaartekracht. In de ruimte wordt zo’n proces niet door deze krachten ‘verstoord’. Dat maakt ’t mogelijk om zuivere data te verzamelen.

Aan boord van het ISS worden kleine bolletjes staal van hooguit 10 gram, geleverd door Tata Steel Nederland, in gewichtsloze toestand gesmolten, gekoeld en gestold in een ‘Electro-Magnetic Levitator’. Dat gebeurt ’s-nachts, terwijl de bemanning van het ruimteschip slaapt. Hierdoor worden de bewegingseffecten tijdens het proces tot een minimum beperkt. De verzamelde data gaan direct door naar het Microgravity User Support Center in Keulen voor nadere analyse. De gebruikte monsters worden na terugkeer op aarde verder onderzocht door Tata Steel en de Universiteit van Warwick.

Initiatiefnemer van de ‘ruimtelijke experimenten’ is dr. Begona Santillana Kennedy, hoofd-onderzoekster bij Tata Steel R&D: ‘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.’

De experimenten worden uitgevoerd door en onder verantwoordelijkheid van ESA/ESTEC. Namens deze Europese organisatie voor ruimte(vaart)onderzoek is Wim Sillekens betrokken: ‘‘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: NASA.