Schmelzöfen ohne fossile Brennstoffe

[Wuo Long]

Hallo an alle,

ich habe da ein Problem, und denke nicht, dass Wikipedia es für mich lösen kann.

Ich habe da eine Fantasywelt, bei der die Menschen aus Gründen, die ich nicht näher breit treten möchte, so gut wie keinen Zugang zu fossilen Brennstoffen haben. Kohle, Erdöl, Ergas ist nur in so geringen Mengen vorhanden, dass sie für eine wirtschaftlich/industrielle Entwicklung keine signifkante Bedeutung haben.
Dennoch soll es in dieser Welt immer noch so was wie Metallverarbeitung/Schmieden, oder auch Glasschmelzen geben und zwar im größeren Maßstab. Letztendlich schwebt mir da so was wie alternative Technologien im Kopf, das sich auch im Sinne von Steampunk orientieren kann.  Mir will aber partout nicht einfallen, wie sich in einer Steampunk-Gesellschaft das Problem der Schmelzöfen lösen ließe. Ich möchte schon gerne Öfen haben, die Temperaturen über 1000 Grad Celsius erreichen, aber halt ohne Kohle, Koks oder dergleichen.

Hat da jemand Ideen? Oder weiß aus Steampunk-Romanen, wie dieses Problem gelöst werden kann?

Und ganz nebenbei, in meiner Welt gibt es zwar Magie, aber ich würde diesen technologischen Prozess wegen der industriellen Bedeutung gerne ohne "Hokuspokus" lösen.

Gruß Wuo Long

[Maran]

Nicht alle Metalle brauchen Temperaturen >1000° C, um zu schmelzen.  Vielleicht ist das ein Ansatz. Zudem dürfte man mit Holzkohle und Blasebalg vielleicht annähernde Temperaturen erreichen. Ich bin mir nicht sicher, aber ich bezweifle, daß Hufschmiede in früheren Zeiten alle Zugang zu Stein- oder Braunkohle hatten.

[Luna]

Du suchst also einen alternativen Energieträger, der genug Energie bereit stellt um Eisen (Glas) schmelzen zu können?

Mit massiver Waldrodung könntest du Holzkohle herstellen und entsprechend nutzen lassen (P.S. Stahl beinhaltet Kohlenstoff in geringen Mengen, gerade der frühere)

Da die Schmelze meist sowieso nur durch Kohle bzw. Holzkohle in Gang gebracht  wird, wäre das eine Möglichkeit.

Ich gehe davon aus, dass du keine Elektrizität hast, um die nötige Hitze zu erzeugen (wäre z.B. mit Wasserkraft möglich).

Andere einfach zugängliche Energieträger fallen mir gerade nicht ein (Wasserstoff fällt weg, die heiß brennenden Metalle ebenfalls, da diese erst mit Energie gewonnen werden müssten ... )

Doch, da gibt es eine Reaktion, die auf Ammoniumnitrat und Zinkpulver beruht ... richtig angesetzt brennt sich das zeug durch ne dünne Aluminiumwand (sind schon mehr als tausend Grad) - allerdings ist die Frage, ob deine Leute gut an diese Stoffe kommen könnten (Zink ist trotz seines unedlen Charakters relativ stabil, d.h. kann gelagert werden - nur in der Natur wird man es nicht antreffen!).

[Felsenkatze]

Wenn ich das richtig sehe, geht es dir darum, dass die Leute keine Kohle/Erdöl/etc. aus dem Boden graben könne. Holzkohle allerdings sollte doch möglich sein - oder gibt es auch keine Bäume? Wenn deine Welt einen solchen Technisierungsgrad hat, sollte sie doch auch Kohlemeiler (http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenmeiler) konstruieren können.
Zu Temperaturen: Im Ringofen einer Ziegelei hast du auch locker Temperaturen über 1000°C (http://www.ziegelei-bevern.de/pdf/Ringofen.pdf - die rote Kammer), und die wurden teils ausschließlich mit Torf beheizt.

Gut, Holz und Torf verbrauchen sich halt irgendwann mal. Und  das eben schneller als Steinkohle oder Öl.

[Wuo Long]

Schon mal danke für die Antworten.

Ja, auf Holzkohle hätte ich auch selber kommen können. 

Allerdings: Diese Fantasy-Welt hat zwar Bäume, und davon nicht zu knapp, doch sind die negativen Konsequenzen einer Massenrodung noch wesentlich einschneidender als in unserer Welt. Rodung würde sogar auf kurzer Sicht das Überleben der Menschen dort sehr, sehr schwierig gestalten, weil es eine ökologische und geologische Katastrophe auslösen würde. Es müssten dann viele Menschen bei der aktuellen Populationsdichte in meiner Geschichte den Löffel abgeben, oder diese Populationsdichte hätte sich erst gar nicht entwickelt. 

Holzkohle als eine Art Übergangslösung kann ich mir vorstellen. Auch dieser Ringofen klingt interessant. Das wird von unterschiedlichen Nationen und ihrem jeweiligen "Umweltbefinden" natürlich anders aufgefasst und umgesetzt, aber mir schwebt immer noch etwas "Fortgeschritteneres" vor, denn zumindest einige Nationen haben einen wirtschaftlichen und technologischen Status, der sich durch bloße Verfeuerung von Holzkohle und Torf (das noch seltener und begrenzter ist) nicht erreichen ließe.

Letztendlich wünsche ich mir wohl eine Alternativtechnologie, die so gar nicht existiert, aber trotzdem technisch plausibel ist. Eigentlich müsste ich einen Erfinder fragen. Aber wer weiß? Vielleicht gibt es ja so jemanden hier im Forum.   

Man darf ja noch hoffen.

[FeeamPC]

Irgendwo bei den alten Griechen gab es schon einmal die Verwendung von Hohlspiegeln, um Hitze und Feuer zu erzeugen. Spiegelnde konkave Flächen müßten auch in deiner
Welt herstellbar sein. Dann brauchst du nur noch eine Gegend, in der die Sonne häufig scheint, und in der die Sonnen-Einstrahlung stark und spürbar warm ist (Subtropen, Tropen).

[Felsenkatze]

Nimm Kernfusion 

Was spricht gegen Wasserstoffverbrennung oder die Nutzung von Biogas? Oder energiereiches Öl aus irgendwelchen Pflanzen.
Nicht, dass ich wüsste, wie man die in einem Schmelzofen sinnvoll anwendet, aber wenn die Menschen in deiner Welt damit zurecht kommen müssen, dann werden sie da schon was gefunden haben.

[Churke]

Das Problem ist nicht der Schmelzofen (es gibt auch thermoelektrische Schmelzöfen), sondern der Stahl selbst als eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Der Kohlenstoff kommt gemeinhin aus der Kohle, mit der man das Eisenerz ausschmilzt. Wenn man ohne Kohle (ob nun Koks oder Holzkohle) auskommen will, muss man sich Gedanken machen, wie man den Kohlenstoff in das Eisen bringt.

Weiterhin ist die vorindustrielle Stahlverhüttung enorm aufwändig. Ohne fossile Kohle ist Stahl nur für Waffen und Werkzeuge, aber ganz gewiss nicht als Baumaterial vorstellbar. Einmal ganz abgesehen von der Umweltverschmutzung.

[Artemis]

Mir ist da gerade eine ziemlich bekloppte Idee gekommen (ja, ich und meine Spinnereien ...):

Wie wäre es denn mit Erdwärme? Auf die Spitze getrieben würde das bedeuten, dass man Lava nutzt, um eine solche Hitze zu erzeugen. Die erreicht immerhin Temperaturen zwischen 800 und 1200 °C.

Vielleicht kann man Magmakammern, die relativ dicht unter der Erdoberfläche liegen, anzapfen und die Lava umleiten, um sie als Hitzequelle zu verwenden. Das könnte man steampunk-mäßig mit gewaltigen Rohrleitungen und Lavabecken austreten.

[Shay]

Nicht alle Metalle brauchen Temperaturen >1000° C, um zu schmelzen.

Stimmt, aber je niedriger der Schmelzpunkt, desto weicher das Metall (vereinfacht gesprochen). Und ein Bleischwert ist halt nicht nur erdenschwer, sondern verbiegt sich auch bei der kleinsten Belastung.

Stahl beinhaltet Kohlenstoff in geringen Mengen, gerade der frühere

Ob früher oder nicht, spielt da eigentlich praktisch keine Rolle. Stahl enthält per Definition Kohlenstoff und zwar weniger als 0,8 Gewichtsprozent. Ist es mehr, wird es Gusseisen. Ist praktisch kein Stahl drin, erhält man Reineisen, das mechanisch wenig taugt. (Jaja, und genau Eisen-Stahl ist ein Metall, wo die Festigkeit nicht direkt mit dem Schmelzpunkt zusammenhängt, aber die Prozesse, die dafür sorgen, funktionieren ansonsten nur noch bei Titan mit einem Schmelzpunkt von knapp 1700°C).

Das Problem ist nicht der Schmelzofen (es gibt auch thermoelektrische Schmelzöfen), sondern der Stahl selbst als eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Der Kohlenstoff kommt gemeinhin aus der Kohle, mit der man das Eisenerz ausschmilzt. Wenn man ohne Kohle (ob nun Koks oder Holzkohle) auskommen will, muss man sich Gedanken machen, wie man den Kohlenstoff in das Eisen bringt.

Stimmt. Wenn man allerdings Eisenerz mit Kohle ausschmilzt, hat man in aller Regel zu viel Kohlenstoff drin und dazu noch jede Menge anderen Scheiß. Die Kunst, guten Stahl zu machen, besteht darin, genau die richtige Menge Kohlenstoff drin zu haben.
Wenn man das Eisenerz also irgendwie anders erhitzt, macht man es sich eigentlich einfacher, denn dann kann man genau so viel Kohlenstoff zugeben, wie man braucht. Allerdings braucht man den Kohlenstoff auch, um aus Eisenerz überhaupt mal Eisen zu machen. Diese sogenannte Reduktion kann man zwar auch auf anderem Wege erreichen, aber Kohlenstoff ist da das einfachste Mittel.

So, aber jetzt zur eigentlichen Frage:
Praktischerweise gibt es mindestens zwei Öfen, die technisch eingesetzt werden, die komplett auf fossile Brennstoffe verzichten (können).
Das erste ist ein sogenannter Solarschmelzofen, d.h. ein überdimensionales Brennglas (Wikipedia-Artikel). Damit sind bis zu 3500°C erreichbar, allerdings braucht man dafür natürlich einiges an KnowHow und die Sonne sollte natürlich auch halbwegs regelmäßig scheinen. Sollte aber machbar sein.
Die andere Variante wäre ein Lichtbogenofen (auch dazu hat Wikipedia was zu sagen). Dafür braucht man eine Menge elektischen Strom, aber der ließe sich theoretisch ja auch per Wasserkraft erzeugen. Und wenn man schon Elektrizität für einen Lichtbogen hätte, dann könnte man über Strom auch leicht andere Substanzen erzeugen, die den Kohlenstoff für die Eisenerzreduktion ersetzen könnten.

[Churke]

Wenn man das Eisenerz also irgendwie anders erhitzt, macht man es sich eigentlich einfacher, denn dann kann man genau so viel Kohlenstoff zugeben, wie man braucht.

Eigentlich - wenn man zum Stahlkochen das nötige Know-How besitzt. 

[Shay]

@Churke
Logo, aber für jede fortgeschrittene Technologie braucht man KnowHow. Ich würde mal sagen, wenn sie es schaffen, Wasserkraftwerke zu bauen und einen Lichtbogenofen, dann kriegen sie auch das mit den Stahlrezepten hin

Technisch ist es machbar, solche Dinge ohne fossile Brennstoffe durchzuführen. Wie schwer es aber ist, diese Technologien ohne die auf der Erde gewesenen Zwischenstufen (die eben auf f.B. beruhen) zu entwickeln, das sei dahingestellt.

[TheaEvanda]

Es gibt auch schon Steinzeit-Methoden, um die Brenntemperatur hochzusetzen: Einmal starke Belüftung des Feuers - dafür braucht man aber viel Holzkohle bzw. noch mehr Holz - und zum anderen das Verbrennen von Knochen. Dafür schürt man mit Holz an und hebt durch großzügige Luftzufuhr die Brenntemperatur, bis die Knochen als Brennmaterial dienen können. Knochen sind als Schlachtabfall meist sowieso vorhanden.

Öfen in Lehmofenbauweise können mit ganz normalem Holz (Buche und Eiche sind besser als Fichte) beschickt werden und erreichen Temperaturen zwischen 1000 und 1300°C.

--Thea
Herzogenaurach, Germany

[Maran]

Ich frage mich gerade, welche Temperaturen man mit einer Lupe erzeugen könnte. Die müßte allerdings wohl ganz andere Ausmaße besitzen als die "Otto-Normal-Vergrößerungsgläser" und auch in einem entsprechenden Abstand angebracht werden - ganz abgesehen von der Witterungsproblematik.

[Shay]

Eine Lupe ist von der Optik her nichts anderes als ein Brennspiegel. Die Temperaturen sollten also ähnlich wie bei den Solarschmelzöfen auf über 3000°C zu bringen sein. Letztendlich ist es ja nur die Frage, wieviele Photonen du auf eine wie kleine Fläche bündeln kannst.