In den Wind drehen

Nickel ist Schlüsselkomponente in Gussteilen für Windturbinen
von Dean Jobb

Nickel Magazine, Juni  2007 -- Bemühungen zur Reduzierung der Schadstoffemission und Milderung des globalen Erwärmungseffektes erzeugen weltweit die Nachfrage für durch Windkraft erzeugte saubere Energie – und schaffen gleichzeitig einen vielversprechenden neuen Markt für Nickel.

Die massiven Komponenten der Windturbinen -- Rotornaben, Getriebegehäuse, Grundplatten, Getrieberäder und Achsen – sind aus Sphäroguss gegossen, der einen ca. 10%igen Gewichtsvorteil gegenüber Kohlenstoffstahl hat. Das Metall muss den hohen Normen hinsichtlich Schlagfestigkeit entsprechen und da spielt Nickel eine Schlüsselrolle.

“Turbinenhersteller suchen nach einer Sphärogusslegierung mit bestimmten entscheidenden Eigenschaften, einschließlich guter Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen (in nördlichen Klimazonen),” meint Rick Gundlach, leitender Metallurge bei Stork Climax Research Services in Wixom, Michigan, U.S.A. “Bei konventionellem Gusseisen mit Kugelgraphit ohne Nickelanteil wäre es schwierig, diese mechanischen Eigenschaften zu erreichen.”

Konventionelles Gusseisen mit Kugelgraphit enthält 2 oder 3% Silizium, das einerseits das Metall verstärkt, aber es andererseits bei niedrigen Temperaturen spröde macht. Ein Zusatz von 0.5 - 1% Nickel beim Gießverfahren (GGG 40.3) reduziert den Bedarf an Silizium und ermöglicht die spezifizierte minimale Schlagfestigkeit für Windturbinenkomponenten bei einer Temperatur von minus
20°C.

“Windkraftingenieure wünschen kein sprödes Material, sie brauchen Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen,” meint James Mullins, technischer Director der Ductile Iron Society von Nordamerika. “Nickel ist eines der wenigen Elemente, das Eisen stärkt, aber nicht versprödet.”

Der Zusatz solch geringer Nickelmengen mag unwesentlich erscheinen, aber nur, wenn man die Größe der gegossenen Komponenten nicht in Betracht zieht. Rotornaben sind ringförmige Gussteile zur Aufnahme der Windflügel und anderer Komponenten mit einer zentrierten, mannshohen Bohrung. Jede einzelne Nabe kann bis 1.600 kg schwer sein. Man benötigt zwischen 32 und 45 Tonnen Sphäroguss um eine 4,5-MW Windturbine zu bauen, die Energie für 1.500 Einfamilienhäuser erzeugt. Größere Turbinen sind in Entwicklung und noch größere Turbinen werden für die Zukunft erwartet.

So würde eine einzelne Turbine bestehend aus 45 Tonnen Gussteile fast eine halbe Tonne Nickel enthalten. Nur 20 Hersteller weltweit haben die Kapazität Gussteile dieser Größe herzustellen “und sie verwenden Lastwagenladungen Nickel,” sagt Mullins.

“Es herrscht z.Zt. ein unglaublicher Druck viele dieser Windturbinen herzustellen,” setzt Gundlach hinzu, der vertraglich für die Qalitätssicherung zweier amerikanischer Gießereien zuständig ist. “Sie können nicht schnell genug produziert werden.”

Die Nachfrage nach Windturbinen wächst nicht nur in Menge sondern auch an Größe. Die American Wind Energy Association (AWEA) schätzt, dass im Jahr 2007 durch Windkraftenergie in Amerika 31 Milliarden KW-Stunden Elektrizität erzeugt werden, mit einer Zuwachsrate in U.S.A. von geschätzten 30% pro Jahr. Insgesamt ist Nordamerika allerdings sehr langsam, Windkraftanlagen bereitwillig anzunehmen. In Europa, wo die kommerzielle Energieerzeugung aus Windkraft fest etabliert ist, wird nickelhaltiger Sphärogusss im Turbinenbau schon seit Mitte der 90er Jahre eingesetzt.

Die amerikanische Regierung hat ihre Steuererleichterung für Windkraftenergieerzeuger bis Ende 2007 verlängert, was zu einer gewissen Stabilität beiträgt, nachdem bis anhin für Windturbinen ein Boom– und Krisenmarkt bestand. Laut der AWEA öffneten vier Windturbinenhersteller im Jahre 2006 neue amerikanische Betriebe und etablierte europäische Herstellungsunternehmen errichten Filialen, um den wachsenden amerikanischen Markt zu beliefern.

Die amerikanischen Gießereien rüsten ihre Werkzeuge für die benötigten Gussteile neu um. Cast-Fab Technologies in Cincinnati, Ohio, verkauft z.B. mehr als ein Viertel seiner Gussproduktion an Windkraftenergieerzeuger, laut Engineered Casting Solutions Magazin.

“Es herrscht eine derartige Nachfrage für windbetriebene Generatoren, dass deren Hersteller nicht genügend Gießereikapazität finden können, um die Gussteile zu beschaffen,” bemerkt Gundlach. “Wir haben eine solche Marktentwicklung seit langem nicht mehr gesehen.”

Dean Jobb ist ein in Halifax, Neuschottland, ansässiger freier Mitarbeiter.

Fotos: iStock and General Electric

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