Politechnika Wrocławska pokieruje europejskim projektem badań nad „zieloną” stalą dla kolejnictwa

Politechnika Wrocławska objęła rolę lidera w międzynarodowym projekcie „GreenSteel4Rail”, którego celem jest opracowanie nowych gatunków stali do zastosowania w infrastrukturze kolejowej. Badania mają się przyczynić do redukcji emisji dwutlenku węgla, zwiększenia trwałości torów oraz wdrożenia innowacyjnych rozwiązań w transporcie szynowym.

W prace zaangażowane będą jednostki naukowe i przemysłowe z Polski, Hiszpanii, Niemiec, Portugalii i Belgii. Projekt otrzymał blisko 11,3 mln euro z Funduszu Badawczego Węgla i Stali Komisji Europejskiej.

Badania nad nowymi gatunkami stali

Zespół pod kierunkiem dr inż. Aleksandry Królickiej z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej planuje opracować gatunki stali o podwyższonej trwałości, przeznaczone do produkcji szyn kolejowych. Naukowcy skupią się na optymalizacji procesów wytwarzania w elektrycznym piecu łukowym (ang. Electric Arc Furnace, EAF), doborze składu chemicznego, kontroli mikrostruktury, obróbce plastycznej oraz technologii łączenia i instalacji torów, a także przygotowania powierzchni szyn do eksploatacji.

REKLAMA

Gotowy demonstrator obejmie kilkanaście wytopów przemysłowych i 180 metrów torów kolejowych, które zostaną zainstalowane w zakładach ArcelorMittal w Hiszpanii.

Realizacja projektu ma się rozpocząć w pierwszym kwartale 2026 r. i  potrwać 4,5 roku.

Redukcja emisji i wydłużenie cyklu życia szyn

Sektor wytwarzania stali odpowiada globalnie za około 25% emisji CO2 generowanych w przemyśle. Zgodnie z założeniami projektu zastosowanie pieców EAF ma pozwolić na redukcję tej emisji o około 35% w porównaniu z tradycyjnymi procesami opartymi na wielkich piecach. Twórcy projektu szacują, że może to oznaczać ograniczenie emisji o około milion ton CO2 rocznie.

Wytwarzanie stali z wykorzystaniem pieców EAF odznacza się także wysokim wykorzystaniem złomu, sięgającym nawet 90%.

Nowe gatunki stali mają się cechować dłuższym cyklem życia, co pozwoli ograniczyć zużycie surowców i tym samym obniżyć ślad węglowy w sektorze kolejowym. Badacze zamierzają wykorzystać rozwiązania inspirowane stopami o podwyższonej entropii oraz wprowadzić wielofazowe struktury bainityczne i martenzytyczne o większej plastyczności i odporności na pękanie. Dodatkowo planowane jest wzmocnienie powierzchni szyn oraz ich regeneracja metodami laserowymi.

Szeroki zakres badań i współpraca międzynarodowa

Projekt obejmuje pełen cykl rozwoju materiałów – od opracowania procesów wytwarzania i projektowania składu chemicznego po przygotowanie demonstratora przemysłowego.

REKLAMA

W przedsięwzięciu uczestniczy 11 partnerów przemysłowych i naukowych. ArcelorMittal  z Hiszpanii opracuje technologię wytwarzania stali w piecach EAF i wyprodukuje szyny demonstracyjne. Vias (Hiszpania) zajmie się instalacją torów, a Elektro Thermit z Niemiec opracuje technologię spawania termitowego. Tecnoclad (Hiszpania) odpowie za metody regeneracji powierzchni przy użyciu technologii laserowych.

Jednostki badawcze, takie jak CSIC (Hiszpania), CRM (Belgia), Sieć Badawcza Łukasiewicz (Polska) i ISQ (Portugalia), będą prowadzić proces projektowania nowych gatunków stali oraz analizy mikrostruktury, przemian fazowych, obróbki cieplnej i właściwości mechanicznych nowych gatunków stali.

Udział zespołów z Politechniki Wrocławskiej

Na Politechnice Wrocławskiej badania będą się koncentrować na:

• analizie właściwości mechanicznych nowych gatunków stali (zespół prof. Zbigniewa Gronostajskiego),
• ocenie ich wytrzymałości zmęczeniowej (prof. Grzegorz Lesiuk),
• badaniu mechanizmów pękania i ewolucji struktury (dr inż. Aleksandra Królicka),
• analizie proszków i powłok laserowych (dr inż. Paweł Sokołowski),
• obserwacji mikrostruktury w skali nano (dr hab. inż. Andrzej Żak, prof. uczelni).

W prace badawcze włączą się również doktoranci i studenci, którzy będą wspierać proces optymalizacji materiałów w skali laboratoryjnej i przemysłowej. W ramach inicjatywy European Training Networks SteelTogether zaplanowano ich wizyty w jednostkach partnerskich.

Harmonogram projektu

Pierwszy demonstrator ma powstać w ciągu dwóch lat od rozpoczęcia projektu. Obejmie opracowanie technologii wytwarzania stali w piecu EAF w zakładach ArcelorMittal. Następnie zostaną wyprodukowane i przetestowane szyny kolejowe – początkowo z komercyjnego gatunku stali perlitycznej, a następnie z nowego materiału opracowanego w laboratoriach.

Instalacja toru testowego na terenie zakładu ArcelorMittal planowana jest w ostatnim roku realizacji projektu.

Katarzyna Poprawska-Borowiec