Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej pokierują międzynarodowym projektem „GreenSteel4Rail” nad opracowaniem nowych gatunków stali dla infrastruktury kolejowej. Grant z Funduszu Badawczego Węgla i Stali UE umożliwi redukcję emisji CO₂ o około 35% i wydłużenie trwałości torów kolejowych.
Kluczem do zmniejszenia śladu węglowego w produkcji stali jest zastąpienie tradycyjnych procesów z wykorzystaniem wielkiego pieca i konwertora tlenowego (BOF) przez elektryczne piece łukowe (EAF). Sektor wytwarzania stali odpowiada globalnie za około 25% emisji CO₂ generowanych w przemyśle, podczas gdy technologia EAF charakteryzuje się zdecydowanie niższą emisją dwutlenku węgla oraz wysokim wykorzystaniem złomu, sięgającym nawet 90%.
Dr inż. Aleksandra Królicka z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej, kierowniczka projektu, wyjaśnia: „W ramach projektu zakładamy redukcję emisji CO₂ związanej z wytwarzaniem stali o około 35%. Wartość ta odpowiada redukcji wynoszącej około 1 milion ton CO₂ rocznie w odniesieniu do procesów BOF”.
Innowacyjne stopy o podwyższonej wytrzymałości
Nowe gatunki stali będą wykorzystywać szereg umocnień i strategii projektowania składu chemicznego, w tym inspirowanych stopami o podwyższonej entropii. Zespół planuje weryfikację możliwości zastosowania stali wielofazowych o strukturze bainitycznej i martenzytycznej oraz wprowadzenia hierarchicznej struktury w celu podwyższenia właściwości mechanicznych.
Projekt obejmuje również dodatkowe wzmocnienie powierzchni roboczej szyn oraz regenerację metodami laserowymi, co znacząco wydłuży trwałość torów kolejowych. Rozwiązania będą dedykowane zarówno dla obciążonych szyn towarowych, jak i w przyszłości dla kolei dużych prędkości.
Pilotaż przemysłowy w Hiszpanii
Gotowy demonstrator będzie składał się z kilkunastu przemysłowych wytopów stali, a finalnie z dwóch 90-metrowych odcinków toru kolejowego. Szyny zostaną zainstalowane na torze łączącym jednostki przemysłowe firmy ArcelorMittal w Hiszpanii. Pierwszy demonstrator powstanie w ciągu dwóch lat od rozpoczęcia projektu, obejmując opracowanie technologii wytwarzania stali w elektrycznym piecu łukowym.
Proces będzie rozpoczynał się od produkcji szyn kolejowych z komercyjnego gatunku stali perlitycznej, a następnie z nowego gatunku opracowanego w laboratoriach. Instalacja testowego toru kolejowego zakończy się w ostatnim roku 54-miesięcznego projektu.
Międzynarodowe konsorcium badawcze
W projekcie uczestniczy jedenastu partnerów przemysłowych i badawczych z pięciu krajów europejskich. ArcelorMittal (Hiszpania) odpowiada za opracowanie technologii wytwarzania stali z wykorzystaniem EAF oraz produkcję demonstracyjnej szyny kolejowej. Vias (Hiszpania) wspiera procesy instalacji i przygotowania szyn do eksploatacji, podczas gdy Elektro Thermit (Niemcy) opracowuje technologię spawania termitowego szyn.
Politechnika Wrocławska jako koordynator projektu prowadzi badania nad oceną właściwości mechanicznych nowych gatunków stali, określeniem wytrzymałości zmęczeniowej oraz analizą mechanizmów pękania z wykorzystaniem zaawansowanej mikroskopii elektronowej. W badania zostaną zaangażowani młodzi naukowcy, doktoranci i studenci w ramach inicjatywy European Training Networks SteelTogether.
Strategiczne znaczenie dla Green Deal
Projekt „GreenSteel4Rail” odpowiada na aktualne wyzwania Unii Europejskiej związane ze Strategią na rzecz zrównoważonej i inteligentnej mobilności, Europejskim Zielonym Ładem oraz inicjatywą Fit-for-55. Nowe materiały na szyny będą charakteryzować się dłuższym cyklem życia, co przyczyni się do zmniejszenia zapotrzebowania na stal i obniży ślad węglowy w sektorze kolejowym. Transformacja technologii produkcji stali oraz rozwój bardziej trwałych materiałów stanowią kluczowe elementy dekarbonizacji transportu kolejowego, wspierając cele neutralności klimatycznej UE do 2050 roku.
