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Forscher nutzen Super-Mikrowelle für Tunnelbau

Leistung von 25 Kilowatt zerstört Gestein - Zeitersparnis bei 50 Prozent

Österreichische Ingenieure brechen hartes Gestein beim Bau von Tunneln und dem Aufschluss von Bergwerken künftig mit Mikrowellen. Laut Philipp Hartlieb von der Montanuniversität Leoben http://unileoben.ac.at reduziert das die Bauzeit um bis zu 50 Prozent. Beim Zerkleinern von Gestein verringert sich der Energiebedarf um zehn Prozent, verglichen mit dem Einsatz von Brechern. “Der Großteil der Energie geht in Form von Wärme verloren”, sagt Projektleiter Professor Thomas Antretter vom Institut für Mechanik.

Wärmespannung als Schlüssel

Mikrowellen erhitzen das Gestein. Wegen der Wärmespannungen bricht es. Tunnelbohrer haben so leichtes Spiel. Die Experten nutzen hierfür eine Anlage der Kollegen vom benachbarten Lehrstuhl für Bergbaukunde, die eine Leistung von 25 Kilowatt hat - 25 Mal mehr als ein Haushaltsgerät. “Wir wollen den mechanischen Abbauprozess nicht vollständig ersetzen, das ist nicht möglich. Aber wir können ihn erleichtern”, verdeutlicht Antretter.

Die Mikrowellen werden, wenn sie den Sender verlassen haben, in einem Hohlleiter weitertransportiert. Dessen Öffnung halten die Forscher auf den Stein, der zerstört werden soll, was die Mikrowellen auch prompt machen. Das haben sie in Praxistests gezeigt, bei denen echte Felsbrocken zerstört wurden. Dabei experimentierten die Fachleute mit unterschiedlichen Pulslängen. Es zeigte sich, dass kurze Pulse, also eine Art Bombardement mit Mikrowellen, bei gleichem Energieverbrauch einen höheren Effekt haben als der Beschuss mit langen.

Zerstörungsarbeit am Computer

Um die Zerstörungsarbeit auf eine wissenschaftliche Grundlage zu stellen, wurden zuerst virtuelle Steine am Computer zerbröselt. Die Leobener simulierten die Temperaturen, auf die sich die Steine erhitzten, und berechneten die Risse, die dadurch entstanden. “Die Simulationen waren relativ umfangreich, weil wir einerseits die elektromagnetischen Vorgänge berechnen mussten, die Einstrahlung und die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle, und dann daraus schließen mussten, wie sich das Gestein erwärmt”, so Antretter. Granit, der sich wegen seiner Härte besonders schwer zerstören lässt, hatte es seinem Team besonders angetan. Das Verfahren könnte genutzt werden, um Endlager für radioaktive Abfälle aufzuschließen. In der Schweiz, in Deutschland und anderen Staaten wäre das eine Option.

 

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