NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

MAGAZINE

NICKEL

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

Transport: Nickel in Bewegung Rapide Fortschritte im Schienenschnellverkehr in Indien

Nickel-Katalysatoren bei der Dekarbonisierung

Nachhaltige Schiffskraftstoffe

FALLSTUDIE 28 BRÜCKE ÜBER WALBERT NALLA Die schmale Halbinsel von Mumbai weist zur Anbindung ihrer 12,5 Millionen Einwohner mehr als 440 Brücken auf. Die Mrinaltai Gore-Straßenüberführung ist ein massives Infrastrukturprojekt mit dem Ziel, Verkehrsstaus in Indiens bevölkerungsreichster Stadt zu reduzieren. Das Projekt wird in mehreren Phasen umgesetzt. Vor Kurzem wurde eine Erweiterung der Überführung, die Brücke über Walbert Nalla im Oshiwara District Centre, fertig gestellt, um die Anforderungen

ISSDA

dieses schnell wachsenden Vororts au lange Zeit zu decken.

Ort: Oshiwara District Centre, Mumbai Projekteigner: Brihanmumbai Municipal Corporation (BMC) Lieferant: Jindal Stainless Gewicht des Edelstahls: 450 Tonnen Güte: Duplex 2205 (UNS S32205)

Die Brihanmumbai Municipal Cor-

Alle Träger und Statikkomponenten

poration (BMC) gab das im Jahr 2022

wurden aus Duplex-Edelstahl 2205

fertig gestellte Projekt in Auftrag.

(UNS S32205) hergestellt, der von

Es sollte eine neue Brücke gebaut wer-

Diese Güte wurde aufgrund ihrer

den, die in den kommenden Jahrzehn-

hohen Festigkeit und überragenden

ten außergewöhnlich anspruchsvolle

Korrosionsbeständigkeit gewählt, die

Bedingungen wird erfüllen können

auf den Nickel- und Molybdängehalt

– Bedingungen in Verbindung mit

zurückzuführen sind.

extremer Witterung und dem unter

Die nickelhaltige Edelstahllösung

der Brücke hindurchfließenden Meer-

bietet über ihre gesamte Lebensdauer

und Abwasser. Für die eigentliche Brücke wurde ein Material mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Festig-

NICKEL, JHRG. JHRG. 38, 38, Nr. Nr. 2, 2, 2023 2023 22 || NICKEL,

Jindal Stainless geliefert wurde.

hinweg einen geringen Wartungsbedarf. Dadurch ist sie eine ökonomische Option, die zudem eine Reduzierung der CO2-Gesamtbilanz der Brücke

keit spezifiziert. Edelstahl erwies sich

gewährleistet. Insgesamt wurden in

als der für diese Herausforderungen

den Trägern und Statikkomponenten

ideale Werkstoff.

450 Tonnen Edelstahl verbaut.

EDITORIAL: NICKEL IN BEWEGUNG

264

2050

253

2045

239

2040

223

2035

205

2030 187

2025

169

2020 2015 2010

149 137

GESAMTANZAHL MOTORISIERTER ZWEIRADFAHRZEUGE IM URBANEN INDIEN

40 ZELLHEKTAR WERK

40 ERWEITERTE HEKTAR ZWEIRADFAHRZEUGFABRIK

120 100 80 60 40 20 0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Das Spezifi zieren der für die anstehende Aufgabe geeigneten Materialien ist für die Entwicklung von nachhaltigen Transportsystemen von grundlegender Bedeutung. In dieser Ausgabe von Nickel betrachten wir verschiedene Beiträge unseres Lieblingsmetalls zum Transportwesen und beschreiben, inwiefern es dazu beiträgt, Menschen und Güter auf möglichst nachhaltige und klimafreundliche Weise von einem Punkt zum anderen zu bewegen. Seine kritische Funktion bei diesen Bemühungen bleibt oft im Verborgenen. Nickel verleiht einer Transportinfrastruktur aber Beständigkeit und Widerstandskraft, sodass eine längere Lebensdauer möglich wird und wertvolle Ressourcen gespart werden.

In dieser Ausgabe zeigen wir auch auf, dass Nickel zusätzliche Funktionen für Transportanwendungen bietet, z. B. Akkus für Elektrofahrzeuge und Katalysatoren bei der Produktion erneuerbarer Kraft stoffe.

Ola, ein führender indischer Hersteller von Motorrollern, bietet eine Lösung für die Umstellung des beliebtesten Transportmediums Indiens von fossilen Brennstoffen auf Strom. Lesen Sie auf Seite 16 mehr über den NMCAkku und die Gigafactory, die diesen Übergang vorantreiben und damit den Klimawandel bekämpfen wird.

Ein hervorragendes Beispiel dafür, wie mit Hilfe von Nickel alles in Bewegung gehalten wird, ist Indien. Lesen Sie mehr darüber, wie Nickel in Zügen, Rollern und Brücken die Mobilität der Bevölkerung dieses riesigen Landes unterstützt.

Obgleich Nickel in unserem Alltagsleben viele verschiedene Funktionen ausübt, wird er doch oft übersehen. In der neuen Serie Warum Nickel? beschreiben unsere Experten einige der interessantesten Funktionen von Nickel so, dass sie auch von Menschen, die in diesem erstaunlichen Element noch nicht so bewandert sind, auf Anhieb verstanden werden. Teilen Sie diese Informationen mit den jungen Menschen in Ihrem Leben – eine Art von Intelligenz, die alles andere als künstlich ist!

Clare Richardson Redaktion, Nickel

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023 | 3

OLA ELECTRIC

ANZAHL MOTORISIERTER ZWEIRADFAHRZEUGE PRO 1000 EINWOHNER IM URBANEN INDIEN

Millionen

OECD

Wir wollen nicht ausschließen, dass künstliche Intelligenz einen Beitrag zum Verfassen dieses Editorials geleistet hat. Das wäre dann eine relativ ungefährliche Anwendung von ChatGPT, einer revolutionären Technologie, die der Allgemeinheit in den letzten Monaten zugänglich gemacht wurde. Aber wenn der Einsatz von KI in Situationen erwogen wird, bei denen es buchstäblich um Leben und Tod geht, muss die Frage beantwortet werden, wie präzise und richtig die von ChatGPT angebotenen Ratschläge sind.

Falls Sie ein KI-Frühanwender sind, finden Sie unter Fragen an Experten auf Seite 14 einige Tipps zur Verwendung dieser neuen Technologie bei der Materialauswahl.

02

Fallstudie 28 Brücke über Walbert Nalla

03

Editorial Nickel in Bewegung

04

NICKEL

BEACHTENSWERTES

INHALT

Beachtenswertes zum Thema Nickel

06

Mit voller Kraft voraus Indiens rapide Fortschritte im Schienenschnellverkehr

10

Nickel-Katalysatoren bei der Dekarbonisierung

12

Nachhaltige Schiff skraftstoffe

Ein neuer Dreh

Neue Antriebsoptionen

13

Nickellegierungen

1

Technische Fragen und Antworten

15

Warum Nickel?

15

UNS-Details

16

Ola-Elektroroller

3

2

1

a

100 Jahre B-Typ-Legierungen

14

2

wässrig 1 (Zufuhr) organisch (Shuttle) wässrig 2 (Akzeptor)

Mission Electric, Indien b

c

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute. www.nickelinstitute.org INSTITUTE FOR BASIC SCIENCE

Dr. Hudson Bates, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin communications@nickelinstitute.org Autoren und Mitarbeiter: Parul Chhabra, Gary Coates, Steve Deutsch, Rohit Kumar, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Juerg Schweizer, Odette Ziezold Entwurf: Constructive Communications Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.

ISSN 0829-8351 In Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier gedruckt Bildnachweise: Titelseite: iStock©Dinesh Hukmani S. 8. iStock©Dinesh Hukmani, S. 12. iStock© tawatchaiprakobkit S 12. iStock© Vectorian, S 13. iStock©RYiosha

4 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

Ein Forschungsteam am Institute for Basic Science (IBS) in Südkorea hat eine neue Methode zur Wiederverwertung wertvoller Metalle wie Lithium, Nickel und Kobalt aus Lithium-Ionen-Altakkus entwickelt. Dabei kommt ein horizontal rotierender Reaktor zum Einsatz, der komplexe Metallmischungen in einem einzigen Behälter verarbeitet. Im Gegensatz zu anderen Reaktoren, die Membranen verwenden, kann dieser Reaktor kräftig gerührt werden, ohne dass sich die verschiedenen Flüssigkeiten mischen. Bei diesem Verfahren können die Metalle in Minutenschnelle abgeschieden werden. Die Studie ergab, dass mit dem konzentrischen Flüssigreaktor wertvolle Metalle effizienter und mit weniger Extraktionsmitteln als bei den heute gängigen Methoden aus Altakkus gewonnen werden können. Außerdem funktioniert dieses Verfahren unter verschiedensten Bedingungen.

Kometenhafter Fund Ein Team der britischen Universität Cambridge, das mit Kolleginnen und Kollegen in Österreich zusammenarbeitete, entdeckte eine neue Möglichkeit, um Magnete aus seltenen Erden zu ersetzen: Tetrataenit, einen „kosmischen Magneten“, der sich über Millionen von Jahren auf natürliche Weise in Meteoriten entwickelt. Professor Lindsay Greer erläutert: „In synthetischem Tetrataenit steckt das Potenzial, permanente Magnete ohne seltene Erden aus den

Neue Legierung hebt ab

Elementen Nickel, Eisen und Phosphor herzustellen, die in der Erdkruste in Hülle und Fülle vorkommen. Es müssen also keine großen Mengen an Material abgebaut werden, um ein kleines Volumen an seltenen Erden zu gewinnen.

Durch die Hinzugabe von Phosphor kann Tetrataenit in Sekundenschnelle hergestellt werden.“ Diese Entdeckung könnte eine wichtige Rolle bei klimafreundlichen Technologien wie permanenten Hochleistungsmagneten spielen,

WIKIMEDIA COMMONS

wie sie in Elektrofahrzeugen (EV) eingesetzt werden.

Ein Team innovativer Forscher der NASA und an der Ohio State University hat einen bahnbrechenden Durchbruch erzielt: eine neue, 3D-druckbare Legierung für extreme Umgebungen.

Die Legierung unter dem Namen

Eine fünfte Schicht

Chrom. Sie könnte zu stärkeren, länger widerstandsfähigen Teilen in Triebwer-

Ein Team an der Australian National

lichten Ergebnisse unterstreichen,

ken für die Luft- und Raumfahrt führen.

University (ANU) hat den Nachweis

dass die Untersuchung des Erd-

erbracht, dass die Erde eine fünfte

mittelpunkts von fundamentaler

Die als „Oxiddispersions-gestärkte

Schicht aufweist, nämlich eine mas-

Bedeutung ist, um die Formung und

(ODS)-Legierung im Nanomaßstab“

sive Eisen-Nickel-Legierungskugel

Entwicklung unseres Planeten zu

bezeichnete Innovation GRX-81 kann

im inneren Kern. Die Wissenschaft ler

verstehen. Das ANU-Forschungsteam

Temperaturen von mehr als 1080 °C

fanden den verborgenen Kern bei

ist der Ansicht, dass der innerste

Untersuchungen von seismischen

Kern die Bildung des Magnetfelds der

Wellen, die sich bis zu fünfmal

Erde erklären könnte.

widerstehen. Winzige Partikel, die Sauerstoffatome enthalten, werden in

durch den Erddurchmesser bewegen.

der gesamten Legierung verstreut, um

Frühere Studien hatten nur einzelne

ihre Festigkeit zu erhöhen, sodass sie

Erschütterungen untersucht. Die Erdbebenwellen wurden zur Untersuchung von Orten in der Nähe des Mittelpunkts unter verschiedenen

widrigeren Bedingungen widerstehen

Kruste Mantel Äußerer Kern

kann, bevor sie ihre Bruchpunkte erreicht. „Diese neue Legierung ist ein

Winkeln eingesetzt und ließen

Innerer Kern

Rückschlüsse auf eine unterschied-

toller Erfolg“, so Dale Hopkins, stellver-

Innerster Kern

tretender Projektleiter des NASA-Pro-

liche kristalline Struktur im tiefsten Inneren zu. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffent-

jekts „Transformational Tools and NASA

AUSTRALIAN NATIONAL UNIVERSITY

GRX-810 besteht aus Nickel, Kobalt und

Technologies“.

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MIT VOLLER KRAFT VORAUS NICKEL IM SICH RAPIDE ENTWICKELNDEN SCHIENENSCHNELLVERKEHRSNETZ INDIENS Vom Nah- bis zum Fernverkehr: Indian Railways (IR) betreibt eines der weltweit größten

SCHIENE

2 2 Millionen Passagiere täglich

INDIAN RAILWAYS

3,5 Millionen Tonnen Fracht täglich

Nickelhaltige Edelstahle bieten unerreichte Vorteile in puncto Festigkeit, Widerstandsfähigkeit, Energieeffizienz und in Form eines reduzierten Wartungsaufwands.

6 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

Schienennetze mit mehr als 22 Millionen Passagieren und ca. 3,5 Millionen Tonnen Fracht täglich. IR ist mit mehr als 1,6 Millionen Beschäftigten einer der weltweit größten privaten Arbeitgeber. Um mit den von Bevölkerungswachstum, Urbanisierung und Industrialisierung herbeigeführten Veränderungen Schritt zu halten, wird der indische Eisenbahnsektor derzeit in einem rasanten Tempo weiterentwickelt mit dem Ziel, ein schnelleres, effizienteres und umfassenderes Schienennetz zu schaffen. Die angedachte Zukunft der indischen Schieneninfrastruktur erfordert sorgfältig abge wogene Investitionen, die ihre langfristige Existenzfähigkeit sicherstellen. Dabei spielen nickelhaltige Stahle eine wichtige Rolle.

Zur Modernisierung des indischen

ten austenitischen Edelstahl. Fast

Eisenbahnsystems sowohl im Nah-

100 % der Wagenaußenhüllen bestehen

als auch Fernverkehr gehören viele

aus nickelhaltigen Stahlen. Diese

verschiedene Aspekte, darunter die

Materialien mit geringem Gewicht

Erhöhung der Geschwindigkeit von

und hoher Festigkeit überzeugen mit

Fracht- und Passagiersystemen, die

außergewöhnlich guter Widerstands-

Elektrifizierung des gesamten Netzes

fähigkeit und Beständigkeit. Für jeden

und die schnelle Ausweitung von

Metro-Wagen werden ca. 8 Tonnen

Eisenbahnlinien in und zwischen

Edelstahl des Typs 301LN (UNS S30153)

Städten. Ein so monumentales Unter-

verbaut, der im kaltgewalzten Zustand

fangen erfordert die Implementierung

Dehngrenzen von 345 bis 690 MPa (50

innovativer Eisenbahntechnologien

bis 100 ksi) erzielt. Zu seinen Vorteilen

und die Entwicklung von Bahnhöfen

zählen sein geringeres Gewicht, eine

und Bahnsteigen in einem noch nie

erhöhte Energieeffizienz, der Verzicht

dagewesenen Umfang.

auf jede Lackierung und ein signifikant

Vervielfachung der Metro-Systeme in

verringerter Wartungsbedarf.

den wichtigsten Städten

Heute sind bereits mehr als 3.000

Metro-Schienensysteme wurden im

Metro-Wagen in Betrieb, und in den

Jahr 2002 zuerst in Delhi eingeführt

nächsten drei bis fünf Jahren werden

und gehören heute in fast allen wich-

planmäßig weitere 3.000 hinzukom-

tigen indischen Städten – ob bereits

men. Dieser steigende Bedarf wird von

in Betrieb oder in verschiedenen

drei voll ausgelasteten Fabriken für

Bauphasen – zum gewohnten Bild. Diese

Metro-Wagen gedeckt; zwei befinden

Metro-Systeme nutzen viel unlackier-

sich gerade im Bau und zwei weitere

lungen wird sich Indien potenziell als globales Zentrum für die Herstellung von Nahverkehrswagen positionieren.

Bahnhöfe kostspielig und komplex sein.

Um den Wartungsbedarf zu minimieren und die Betriebs- und Lebensdauer zu erhöhen, werden für Bahnsysteme,

Edelstahl in jedem Bahnhof

Verkleidungen, Überdachungen, Tresen,

Das indische Metro-Netz umfasst

die Beschilderung und verschiedene

derzeit 660 in Betrieb befindliche Haltestellen. Weitere 228 werden gerade gebaut und 213 befinden sich in der Planungsphase. Darüber hinaus werden in der absehbaren Zukunft 500 zusätzliche Haltestellen gebaut werden.

andere Nutzungsfunktionen nachdrücklich nickelhaltige Edelstahle empfohlen. In Ausschreibungen für alle derartigen Anwendungen wird Edelstahl des Typs 304 (S30400) vorgegeben.

Weil städtische Metro-Systeme den gan-

Bis dato wurden für die bereits fertig

zen Tag lang intensiv genutzt werden,

gestellten oder im Bau befindlichen

kann die Wartung der Infrastruktur

Metro-Haltestellen ca. 30.000 Tonnen

und insbesondere der Haltestellen und

Edelstahl verbaut.

Der Bau neuer Metro-Schienensysteme transformiert derzeit mehr als 20 indische Städte in einem rasanten Tempo. Heute verfügen indische Städte über mehr als 840 Kilometer umfassend genutzte Personennahverkehrsstrecken. Weitere 480 Kilometer sind in Bau und die Pläne für 375 zusätzliche Kilometer wurden bereits genehmigt. Darüber hinaus werden neue Strecken mit einer Gesamtlänge von ca.

1.060 km derzeit in Erwägung gezogen.

METRO 8 Tonnen Edelstahl des Typs 301LN pro Passagierwagen Gegenwärtig 3.000 Edelstahlwagen 3.000 neue Edelstahlwagen in den nächsten 3–5 Jahren 840 gegenwärtige MetroStreckenkilometer 480 km im Bau 375 km vorgeschlagen 660 vorhandene Haltestellen 228 Haltestellen im Bau 213 Haltestellen geplant

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WIKI

sind geplant. Durch diese Entwick-

EISENBAHN Ni

Derzeit 60.000 Wagen 7.000 Eisenbahnwagen in Produktion 7.800 Eisenbahnwagen im Jahr 2024

8 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

29.000 Tonnen nickelhaltigen Edelstahls des Typs 304 pro Jahr 3.600 Tonnen des Typs 316L für Zubehör

8.000 Bahnhöfe in Betrieb 100 Bahnhöfe werden derzeit saniert 1.275 Bahnhöfe zur Sanierung vorgesehen

Sanierungspläne im großen Maßstab

Schienenfernverkehr hebt ab

Für ca. 8.000 Fern- und andere Bahnhö-

Fernverkehrszüge, die Passagiere und

fen in Indien ist jetzt ein umfassender

Fracht zwischen verschiedenen Städten

Sanierungsplan maßgebend, der

befördern, sind für den indischen Eisen-

Bauprojekten eine hohe Priorität zuer-

bahnsektor von besonderer Bedeutung.

kennt. Ca. 100 Bahnhöfe werden derzeit

In diesem Teil des Schienennetzes sind

als autark wirtschaftende Immobili-

mehr als 60.000 Waggons im aktiven

en-Ventures umgestaltet. So werden

Einsatz.

die wichtigsten Bahnhöfe in Delhi,

Seit 2018 setzt Indian Railways für die

Ahmedabad und Mumbai heute mit

gesamte Passagierwagenherstellung

kombinierten Investitionen von mehr

ausschließlich Edelstahl ein, auch für

als 1,25 Mrd. US-Dollar saniert. An fünf

Fern- und Hochgeschwindigkeitszüge.

weiteren Großbahnhöfen wird derzeit

Korrosionsanfällige Komponenten wie

gearbeitet. Bei diesen großangelegten

Dächer, Bodenwannen, Toilettenein-

staatlichen Projekten sind nickelhaltige

sätze, Biotoilettenbehälter, Wasserspei-

Edelstahle aufgrund ihrer Korrosions-

chertanks und Eingangsdurchgänge

beständigkeit, Widerstandsfähigkeit,

werden alle aus nickelhaltigen, austeni-

einfachen Herstellung und des geringen

tischen Edelstahlgüten hergestellt. Die

oder minimalen Wartungsbedarfs erste

Seiten- und Endverkleidungen nutzen

Wahl für Fassaden, Geländersysteme

allgemeine Edelstahle, die den Anforde-

und verschiedene Annehmlichkeit für

rungen der jeweiligen Wagenkategorie

Bahnreisende.

entsprechend lackiert werden.

Im Frühjahr kündigte Indian Railways

Indian Railways kündigte jüngst ein

das Amrit Bharat Station Scheme an,

Jahresproduktionsprogramm für Eisen-

einen Plan zur Identifizierung weiterer

bahnwaggons an und prognostiziert

1.275 Bahnhöfe im ganzen Land als

folglich einen Anstieg bei der Edel-

Sanierungskandidaten. Das Budget

stahlnachfrage. In diesem Jahr sind

von 30 Mrd. US-Dollar für das nächste

insgesamt 7000 Passagierwaggons in

Geschäftsjahr spiegelt die Erwartung

Produktion, und für das nächste Jahr

wider, dass nickelhaltiger Edelstahl

sind weitere 7.800 Einheiten geplant.

bei diesen Entwicklungen ein wichtige

Dafür werden pro Jahr mehr als 29.000

Rolle spielen wird. Damit wird sicher-

Tonnen nickelhaltigen Edelstahls des

gestellt, dass das so wichtige Schienen-

Typs 304 benötigt. Weitere 3.600 Ton-

netz Indiens weiterhin nachhaltige

nen Edelstahl des Typs 316L (S31603)

Lösungen für Herausforderungen wie

werden für Zubehörprodukte in den

Urbanisierung und Industrialisierung

Waggons eingesetzt, z. B. für die Tanks

im bevölkerungsreichsten Land der

für Biotoiletten.

Erde bieten wird.

Mit der Entwicklung neuer Wagen-

Mit der Expansion der indischen Bahn-

designs und infolge einer Schwerpunkt-

infrastruktur wird die Anwendung

verschiebung seitens staatlicher Stellen,

nickelhaltiger Materialien immer

die jetzt mehr Wert auf Gewichtsredu-

wichtiger. Sie stellen die langfristige

zierungen legen, werden nachgewalzte

Nachhaltigkeit und den Erfolg des

nickelhaltige austenitische Edelstahle

Schienennetzes sicher; ferner wird

für Seitenwände in Erwägung gezogen.

das Wirtschaftswachstum des Landes

Somit wird der Marktanteil dieser

befeuert und die Anforderungen seiner

Stahle in den nächsten beiden Jahren

wachsenden Bevölkerung werden

deutlich zunehmen.

erfüllt.

Nickel ist im indischen Bahnsektor für die Transformation zu einem effizienten und resilienten Netz, das dem ganzen Land auf Jahre hinaus gute Dienste leisten wird, unabdingbar.

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023 | 9

QUELLEN: GOVERNMENT OF INDIA MINISTRY OF RAILWAYS PRESS INFORMATION BUREAU, INDIEN; INDIAN STAINLESS STEEL DEVELOPMENT ASSOCIATION

Produktion für den

NICKEL-KATALYSATOREN DIE VIELEN WEGE ZUR DEKARBONISIERUNG IM TRANSPORTSEKTOR Katalysatoren auf Nickelbasis sind der Schlüssel zur Energieversorgung für unseren Waren- und Personentransport, ob zu Land, zu Wasser oder in der Luft. Neben ihrer Rolle bei der Herstellung von Biodiesel, erneuerbarem Diesel und erneuerbarem Flugzeugkraftstoff (Sustainable Aviation Fuel, SAF), werden Nickelkatalysatoren für Wasserelektrolyseure für die Wasserstoffproduktion eingesetzt. Wasserstoff kann dann direkt verbrannt, in Brennstoffzellen eingesetzt, zur Hydrobehandlung anderer erneuerbarer Kraftstoffe verwendet oder in einen anderen Kraftstoff wie Methanol oder Ammoniak umgewandelt werden. Wasserstoff kann auch zur Net-Zero-Herstellung anderer chemischer Stoffe oder für die Stahlerzeugung aus Eisenerz verwendet werden.

Elektrolyseure

Elektrolyseure und Brennstoffzellen

tausch-Membran-Elektrolyseure

Elektrolyseure trennen Wasser in

(auch PEM-Elektrolyseure, mit proto-

Sauer- und Wasserstoff. Eine Brenn-

nendurchlässiger Polymermembran),

AEM

Anionen-Austauschmembran

AWE

Alkalischer Elektrolyseur

stoffzelle ist ein umgekehrter Elektro-

Polymermembran-/ProtonenAustauschmembran

lyseur, der Sauerstoff und Wasserstoff

PEM

SOEC Festoxid-Elektrolyseurzelle

zu Wasser kombiniert, um auf diese Weise Strom zu erzeugen. Wenn dabei erneuerbare Energie genutzt wird, wird von umweltfreundlichem oder „grünem“ Wasserstoff gesprochen. Die Internationale Energieagentur prognostiziert, dass die Nachfrage nach diesem Wasserstoff in den nächsten 25 Jahren explodieren wird.

alkalische Elektrolyseure (AWE), Anionen-Austauschmembran-Elektrolyseure und Festoxid-Elektrolyseure (SOEC). Während PEM-Elektrolyseure am effizientesten sind, erfordern sie Platin und Iridium als Elektrokatalysatoren, während die anderen drei Technologien nickelbasierte Elektrokatalysatoren nutzen. Von den nickelhaltigen Typen sind AWEs kommerziell am fortgeschrittensten. In AWEs ist Nickel in der Anode, der Kathode und

Derzeit sind vier Arten von Elektro-

in Strömungsfeldkomponenten der

lyseuren verfügbar: Protonen-Aus-

Elektolyseurzelle zu finden.

Abscheider

Anode

Erweiterte Ansicht einer AWE-Zelle In AWEs ist Nickel in der Anode, der Kathode und in Strömungsfeldkomponenten der Elektolyseurzelle zu finden.

Dichtung

10 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

Strömungsfeld

© COPYRIGHT 2016 INDUSTRIE DE NORA S.P.A.

Kathode

Das Strömungsfeld umfasst ein loses

Katalysatoren, die in AWEs verwendet

Nickelgitter, um den einfachen Trans-

werden, sind AEM-Katalysatoren

port der Elektrolyte und freigesetzten

technisch ausgefeilter. Die vorgeschla-

Gase zu ermöglichen. Die Anode ist

genen Anodenkatalysatoren weisen

in der Regel ein Nickelgitter, das aus

hohe Leistungsfaktoren auf, darunter

gelöteten Fasern besteht, während die

doppelschichtige NiFe-Hydroxide auf

Kathode ein ähnliches, mit einem Kata-

Kohlenstoffpapier und NiCoSe-Legie-

lysator beschichtetes Nickelfasergitter

rungen auf Ni-Schaum. Kathodenkata-

ist. Diese Katalysatoren sind proprie-

lysatoren bestehen eher aus NiFe- und

täre Entwicklungen des jeweiligen

NiCo-Legierungen auf Ni-Gitter.

SOECs arbeiten bei sehr hohen Tempe-

Front eingesetzt.

raturen (>600 °C) und bieten eine hohe

Vor- und Nachteile verschiedener

Effizienz sowie die Möglichkeit, Abwärme

Katalysatoren

in industrielle Anwendungen zu

Die relativ niedrigen Anschaffungskosten von AWEs haben zu ihrer zunehmenden Nutzung geführt. Um die Produktionskosten zu minimieren und die Anforderungen in Bezug auf erneu-

integrieren. In SOECs befindet sich der Elektrokatalysator (oft Ni-Metallpartikel) direkt auf dem Elektrolyt, einem Metalloxid, das bei hohen Betriebstemperaturen Ionen leiten kann.

erbare Elektrizität zu erfüllen, werden

Unverzichtbares Nickel

aber immer mehr AEMs und SOECs

Das sind nur einige Beispiele für die

eingeführt. AEMs bieten den Vorteil

Rolle, die Katalysatoren und andere

einer höheren elektrischen Effizienz als

Komponenten, die Nickel verwenden,

AWEs und verwenden auch ähnliche

in einer dekarbonisierten Zukunft

Materialien. Daher werden sie oft als

spielen werden. Die relativ niedrigen

Zwischenform zwischen AWEs und

Kosten von Nickel, seine Trägheit

PEMs erachtet. Wie AWEs nutzen auch

gegenüber ätzenden Stoffen und die

AEMs Nickelgitter zur Strömungssteu-

spezifischen Leistungsfaktoren in

erung und Stromlieferung. Außerdem

Elektrolyseuren machen ihn zu einem

verwenden sie Nickelkatalysatoren.

unersetzlichen Bestandteil dieser

Im Gegensatz zu den relativ einfachen

aufstrebenden Technologien.

Nordamerikas erster wasserstoffbetriebener Passagierzug gab 2023 auf der Strecke Quebec City–Baie-Saint-Paul sein Debüt.

© ALSTOM SA 2023

Anbieters, aber NiFeOx wird auf breiter

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023 | 11

ENTWICKLUNG NACHHALTIGER SCHIFFSKRAFTSTOFFE Die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (International Maritime Organization, IMO) verfolgt das Ziel, die Gesamttreibhausgasemissionen bis 2050 um mindestens 50 % zu reduzieren. Bei den dazu in Frage kommenden Optionen werden nickelhaltige Edelstahle eine wichtige Rolle spielen. Um dieses Ziel zu erreichen, benötigt die Schifffahrtsindustrie kohlenstoffarme, kohlenstoffneutrale bzw. kohlenstofffreie Kraftstoffe. Die drei Hauptoptionen dafür sind Wasserstoff, Ammoniak und Methanol.

Mit Methanol ist am einfachsten umzugehen, weil es bei Zimmertemperatur flüssig ist, während Ammoniak und Wasserstoff sich bei -33 bzw. -253 ºC verflüssigen.

Nickelhaltige Edelstahle sind für die Produktion nachhaltiger Schiffskraftstoffe zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen unverzichtbar.

Wasserstoff

Ammoniak

Methanol

C = Kohlenstoff H = Wasserstoff

O = Sauerstoff N = Stickstoff

12 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

Wasserstoff Wasserstoff kann mittels Verbrennung oder Elektrizitätserzeugung über eine Brennstoffzelle als Kraftstoff eingesetzt werden. Die Speicherung von flüssigem Wasserstoff bei -253 °C ist aber komplexer, und seine geringe volumetrische Energiedichte erfordert größere Tanks, als sie für Methanol und Ammoniak benötigt werden. Wasserstoff als Kraftstoff ist möglicherweise realisierbar, wenn Spezialtanker gebaut werden könnten, deren Wasserstofffracht auch das Schiff selbst antreibt.

Derzeit wird Wasserstoff durch Dampfreformierung von Erdgas erzeugt.

Damit Wasserstoff kohlenstoffneutral oder -frei ist, ist die Produktion per Elektrolyse von Wasser mithilfe erneuerbarer Energien oder Atomenergie oder durch Dampfreformierung einschließlich Kohlenstoffbindung erforderlich.

Die spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff beanspruchen die Materialien stark. Nickelhaltiger Edelstahl widersteht z. B. Permeation und einem Verfall seiner Eigenschaften durch Wasserstoff, und die Speicherung von Wasserstoff bei -253 °C erfordert die Härte von nickelhaltigem Edelstahl bei extremen kryogenen Temperaturen.

Ammoniak Ammoniak hat in letzter Zeit großes Interesse geweckt. Obgleich hoch

toxisch, wird es routinemäßig bei der Herstellung von Düngemitteln auf Stickstoffbasis verwendet. Es sind verschiedene Projekte in Planung, bei denen Ammoniak als direkter Ersatz in Verbrennungsmotoren vorgesehen ist.

Dazu gehören die Konvertierung eines vorhandenen Schleppers von Flüssiggas auf Ammoniak durch NYK in Japan und der Umstieg von Viking Energy auf eine Ammoniakbrennzelle für ein Offshore-Versorgungsschiff. Ammoniak wird im Haber-Bosch-Verfahren hergestellt. Dabei handelt es sich um die Reaktion das atmosphärischen Stickstoffs mit Wasserstoff mithilfe eines Metallkatalysators unter hohen Temperaturen und Drücken. In mehreren Phasen des Prozesses ist nickelhaltiger Edelstahl von grundlegender Bedeutung.

Methanol Methanol wird derzeit als Schiffskraftstoff eingesetzt, ist aber ein aus Erdgas erzeugter Kraftstoff auf Kohlenstoffbasis. Obwohl kohlenstoffneutrales Methanol aus Biomasse erzeugt werden kann, gibt es auch eine Technologie zur Erzeugung von Methanol aus der Reaktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff.

Angesichts der fortwährenden Weiterentwicklung sind nickelhaltige Edelstahle für die Produktion nachhaltiger Schiffskraftstoffe zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen unverzichtbar.

100. JUBILÄUM VON TYP-B-NICKEL-BASISLEGIERUNGEN (Ni-Mo) Vor der Einführung umfassend eingesetzter Nickelbasislegierungen der C-Familie (Ni-Cr-Mo) Anfang der 1930er Jahre war auch an Nickel-Molybdän-Legierungen gearbeitet worden. Diese Forschungen führten zur Patentierung eines ganzen Bereichs von Nickel-Molybdän-Legierungszusammensetzungen im Jahr 1921, was 1923 letztlich zur Einführung von Legierung B (Ni-Mo) mit einem Nickelgehalt von 60 % und fast 30 % Molybdän führte.

Legierungen des B-Typs besitzen eine

der B-Legierung dar. Sie verfügte

hervorragende Beständigkeit gegen-

über einen reduzierten Silizium- und

über reduzierenden Säuren wie Salz-,

Kohlenstoffgehalt zur Verbesserung der

Schwefel-, Essig- und Phosphorsäure.

Hitzebeständigkeit und zur Verhin-

Leider weisen Legierungen des B-Typs

derung der Bildung von Karbiden in

eine unzureichende Korrosionsbestän-

Korngrenzen. Diese Verbesserung der

digkeit gegenüber oxidierenden Umgebungen auf. Daher werden sie nicht für den Einsatz in oxidierenden Medien oder bei Anwesenheit von eisen- oder kupferhaltigen Salzen

Korrosionsbeständigkeit war besonders im von der Hitze beim Schweißen betroffenen Bereich nützlich.

Die Zusammensetzung wurde mit

empfohlen, die schnell zu vorzeitigen

Typ B-3 zusätzlich optimiert, um die

Korrosionsausfällen führen können.

Hitzebeständigkeit und Herstellungs-

Diese Salze können sich bilden, wenn

eigenschaften sowie die Widerstands-

Salzsäure mit Eisen und Kupfer in

fähigkeit gegen Korrosionsrisse zu

Kontakt kommt.

verbessern.

Vor dem 2. Weltkrieg wurde Legierung

Molybdän bietet in erster Linie

B in Superlader-Turbinenblättern in

Korrosionsbeständigkeit gegenüber

Flugzeugtriebwerken zur Leistungs-

säurereduzierenden Umgebungen, aber

steigerung eingesetzt. In diesem Anwen-

die Nickelbasis bildet die Grundlage für

dungsbereich wurden sie letztendlich

eine technische Legierung, die einfach

durch andere Superlegierungen ersetzt.

herzustellen ist und zu Ausrüstungen

Die in den 1970er Jahren eingeführte

verschweißt werden kann, die auf dem

Legierung B-2 stellte eine modifizierte

industriellen Sektor verbreitet Anwen-

Form der Originalzusammensetzung

dung finden.

Legierungen des B-Typs werden vor allem in salz- und schwefelsäurehaltigen Umgebungen sowie in Essig-, Phosphorund Methansäure eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen zählen Reaktionsbehälter, Wärmetauscher, Ventile, Pumpen und Rohrleitungen.

Typische Zusammensetzung von Legierungen der B-Familie Legierung

(UNS)

Einführung

Ni

Mo

Cr

Si max.

Fe

C max.

B

(N10001)

1923

Rest

28

1

1

5

0,05

B-2

(N10665)

1970er

Rest

28

1

0,10

2

0,02

B-3

(N10675)

1990er

Rest

28

2

0,10

2

0,01

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023 | 13

FRAGEN AN EXPERTEN FAQ VON DER TECHNISCHEN BERATUNGS-HOTLINE DES NICKEL INSTITUTE

NICKEL

O N L I N E

Geir Moe P.Eng. ist der Technical Inquiry Service Coordinator beim Nickel Institute.

Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt hilft Geir Moe Endanwendern und Spezifikateuren von nickelhaltigen Materialien, die technische Unterstützung benötigen. Das Team steht bereit, um kostenlose technische Beratungsleistungen zu einer breiten Palette von Anwendungen wie Edelstahl, Nickellegierungen und Vernickelung anzubieten, damit Nickel bedenkenlos eingesetzt werden kann. https://inquiries.nickelinstitute.org/

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

ABONNIEREN Sie das Nickel Magazine kostenlos und erhalten Sie eine Druckversion oder eine Ankündigung per E-Mail, wenn eine neue Ausgabe online verfügbar ist. www.nickelinstitute.org LESEN Sie das Nickel Magazine online in verschiedenen Sprachen. www.nickelinstitute.org/library/ DURCHSUCHEN Sie ältere Ausgaben des Nickel Magazine in unserem Online-Archiv, das Exemplare enthält, die bis ins Jahr 2009 zurückreichen. www.nickelinstitute.org/library/ FOLGEN SIE UNS auf Twitter @NickelInstitute BESUCHEN SIE UNS auf der LinkedIn-Seite des Nickel Institute.

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14 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023

F A

F: In welchem Maße sollte ich den Antworten von KI, z. B. von ChatGPT, bezüglich Eigenschaften und Anwendungen nickelhaltiger Materialien Vertrauen schenken?

A: ChatGPT ist ein von OpenAI entwickeltes sog. Large Language Model.

Es wird mit verschiedenen Datensätzen angelernt („trainiert“), die meist webbasiert sind. Dieses Training wird jedoch nicht beaufsichtigt. Ein beaufsichtigtes Training würde die Anleitung durch Fachexperten erfordern und sehr kostspielig und zeitaufwändig sein. KI generiert Antworten durch Vorhersage des nächsten Wortes in einer Sequenz basierend auf der Wahrscheinlichkeit.

Weil ihre Ergebnisse auf Wahrscheinlichkeit basieren, kann KI die Quelle der Daten in ihrer Antwort nicht referenzieren. Daher hängt die Qualität der Antwort letztendlich von der Qualität der beim Trainieren bereitgestellten Informationen ab.

Die meisten Informationen über nickelhaltige Materialien befinden sich hinter Bezahlschranken, in Publikationen, die digital nicht frei verfügbar

sind oder das Wissen von Fachexperten darstellen. Veröffentlichungen des Nickel Institute werden digitalisiert und können durchsucht werden. Sie sind, soweit wir das wissen, nicht in den zum Trainieren von ChatGPT genutzten Datensätzen enthalten. Diese Publikationen sind auf unserer Website kostenlos frei verfügbar:org.

Wir haben ChatGPT mit einer Reihe einfacher Fragen getestet und waren von den Antworten durchaus beeindruckt. In allen Fällen enthielten diese Antworten aber auch Fehler.

Selbst OpenAI gibt zu, dass Antworten manchmal irreführend oder falsch sein können. Folglich können die Antworten nützlich sein, um Ihnen zu zeigen, worauf Sie Ihre Informationssuche fokussieren sollten. Sie sollten sie aber keinesfalls als endgültige, verbindliche Antworten betrachten.

Nickel ist in vielen Formen zu finden, von Nanodrähten bis hin zu Edelstahllegierungen. Aber welche Eigenschaften machen Nickel zu einem so grundlegenden Bestandteil vieler Alltagsobjekte?

Warum Nickel?

NICKEL IN DEN HEIZELEMENTEN IHRES TOASTERS

Der gewöhnliche Toaster In Ländern, in denen viel Brot gegessen und dieses oft in vorgeschnittener Form verkauft wird, verwenden die meisten Menschen in der Küche einen Toaster.

Der Toaster erhitzt das Brot, um eine goldbraune, knusprige Außenschicht zu erzeugen, wovon sowohl Textur als auch Geschmack verändert werden.

Aber wie funktioniert das?

Die Hitze wird von Drähten kleinen Durchmessers abgestrahlt, durch die Strom fließt. Ihr hoher elektrischer Widerstand führt dazu, dass sie rot glühen. Die Hitze stammt aber aus den Infrarotwellen, die wir als Wärme empfinden, mit bloßen Augen aber nicht sehen können.

Diese Drähte bestehen aus einer Legierung, die oft als Nichrom bezeichnet wird und ca. 80 % Nickel sowie 20 % Chrom enthält. Bei der Anwendung werden die Drähte extrem heiß – bis zu 620 °C. Die Luft rund um das Brot erreicht aber evtl. nur 150 °C, was aber immer noch heiß genug ist, um sich die Finger zu verbrennen.

UNS-DETAILS

Warum Nickel?

Das Nickel in Nichrom ist notwendig, damit der Draht nach Tausenden von Hitz- und Kühlzyklen nicht brüchig wird. Die Kombination von Nickel und Chrom bietet den hohen elektrischen Widerstand, der notwendig ist, um ein schnelles Erhitzen und Beibehalten der hohen Temperaturen zu ermöglichen. Das Chrom sorgt dafür, dass der Draht nicht mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert und seine Stärke dadurch im Lauf der Zeit nicht schwindet.

Chemische Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) der Legierungen und Edelstahltypen in dieser Ausgabe von Nickel.

UNS

C

Cr

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30153 S. 6

0,03 max.

16,0– 18,0

Rest

2,00 max.

-

0,07– 0,20

6,0– 8,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30400 S. 7

0,08 max.

18,0– 20,0

Rest

2,00 max.

-

-

8,0– 10,5

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S31603 S. 9

0,030 max.

16,0– 18,0

Rest

2,00 max.

2,00– 3,00

-

10,0– 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S32205 S. 2

0,030 max.

22,0– 23,0

Rest

2,00 max.

3,00– 3,50

0,14– 0,20

4,50– 6,50

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

N06003 S. 15

0,15 max.

19,0– 21,0

1,00 max.

2,5 max.

-

-

Rest

-

0,01 max.

0,75– 1,6

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 2, 2023 | 15

INDIEN ELEKTRIFIZIERT DAS TRANSPORTWESEN OLA ELECTRIC

Hier gehtʻs um die beliebteste und praktischste individuelle Personentransportform in diesem Land, die mehr als 80 % der Fahrzeuge auf der Straße ausmacht. Staatliche Subventionen fördern den Umstieg von fossilen Kraft stoffen auf Strom. Nicht zuletzt deshalb sind auf den geschäft igen Straßen Indiens heute mehr als 1,3 Millionen elektrische Zweiradfahrzeuge unterwegs. Das sind zwar nur 4,6 % dieses Fahrzeugtyps in Indien, aber das ambitionierte Ziel lautet, diesen Wert in den nächsten sieben Jahren auf 80 % zu steigern.

Ola verpflichtet sich eigenen Angaben nach „ganz dem Ziel, einer Milliarde Menschen Mobilität zu bieten“. Folglich gibt das Unternehmen ‚Mission Elektricʻ bekannt, sein Versprechen zur Unterstützung des Vorhabens, dass nach 2025 in Indien kein Zweiradfahrzeug mit Benzinmotor mehr verkauft wird. Der massenweise Umstieg auf Elektroroller wird die Bekämpfung der Klimakrise massiv unterstützen.

16 NICKEL, | NICKEL,JHRG. JHRG.38,38,Nr.Nr.2,2,2023 2023

Ola, einer der führen EV-Rollerhersteller, möchte mithelfen, die EV-Rollerproduktion exponentiell zu steigern. Dem Gründer und CEO von Ola Elektric Bhavesh Aggarwal zufolge ist „eine Zelle das Herz der EV-Revolution. Ola baut das weltweit modernste Zellforschungszentrum. Es wird uns in die Lage versetzen, schneller zu skalieren und zu innovieren, um die technisch fortschrittlichsten und erschwinglichsten EV-Produkte weltweit zu bauen – und zwar schnell!“ Im Juli 2022 enthüllte Ola Electric die erste in Indien entwickelte LithiumIonen-Zelle NMC 2170. Zuvor waren Indiens EV-Unternehmen von Zellen aus Korea, Taiwan, China und Japan abhängig.

Dazu Aggarwal: „Die High Nickel Cylindrical Ola Cell ist auf dem neuesten Stand der Technik und nutzt NMC auf der Kathodenseite sowie Grafit und Silizium auf der Anodenseite.

Durch die Verwendung spezifischer Chemikalien und Materialien kann die Zelle mehr Energie auf vorgegebenem Raum speichern und den Gesamtlebenszyklus der Zelle verbessern. Das bedeutet, dass mit einer einzigen Ladung längere Strecken gefahren werden können.“ Die bei Ola intern gebaute Zelle NMC 2170 wird in Massenfertigung gehen, wenn die Gigafactory des Unternehmens noch im Jahr 2023 eröffnet wird.