Mit Mikrowellen Granit brechen

Kurz nach dem zweiten Weltkrieg hat der US-amerikanische Ingenieur Percy Spencer ein Gerät erfunden, das heute in den meisten Küchen zu finden ist: Die Mikrowelle. Seit der ersten 1947 gebauten Version, die satte 340 kg wog und 1,80 m hoch war, entwickelte sich die Mikrowelle zum handlichen Küchenhelfer für alle Dauergestressten, die Wert auf eine schnelle Zubereitung der Gerichte legen. Heute sind die Mikrowellen nicht nur schneller als Elektroherd oder Backofen, sondern unter Umständen auch sparsamer im Stromverbrauch – gerade bei der Zubereitung von kleineren Portionen. 

Diese Effizienz der Mikrowellen-Technologie wollen Forscher von der Montanuniversität Leoben in der Steiermark auch dazu nutzen, den Berg- und Tunnelbau erheblich zu beschleunigen. In einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt untersucht das Team um Projektleiter Thomas Antretter wie Abbaumethoden durch Einstrahlung von Mikrowellen optimiert werden können.

Der Abbau von Hartgestein wie Granit ist ein langwieriger, energieintensiver Prozess. Zuerst müssen Risse im Fels erzeugt werden, wobei einzelne Brocken entstehen, die dann herausgelöst und abtransportiert werden können. In der Geschichte des Bergbaus wurde Ersteres oft mit Feuer gemacht – die Hitze sprengt das Gestein. Heute wird zur Gewinnung von Material im großen Stil Sprengstoff eingesetzt. Unter der Wucht der Explosion zerbricht das harte Gestein, wird abtransportiert und die nächste Sprengung wird vom Sprengmeister vorbereitet. Die Methode ist weder schnell noch besonders effizient, weil nur ein kleiner Teil der Energie der Zerkleinerung des Gesteins dient.

In der Montanuniversität Leoben wird nun eine moderne Variante dieser Strategie untersucht: Zum Erhitzen des Gesteins wird Mikrowellenstrahlung eingesetzt. Anders als in der heimischen Küche werden im Gestein dabei nicht das Wasser, sondern die mineralischen Bestandteile erhitzt. Diese Erwärmen sich im Prozess unterschiedlich schnell, wodurch Spannungen entstehen, die letztlich  zu Rissen – selbst im härtesten  Granit – führen. Für die Praxistests wurde eine Anlage mit 25 kW Leistung verwendet, das ist etwa das 25-Fache eines Mikrowellenherds. Die Mikrowellen werden mit einem Applikator aufgebracht, der wie ein Schlauch aussieht – ein Hohlleiter, in dessen Innerem die Mikrowellen transportiert werden.

Erste Berechnungen der Forscher lassen auf Verbesserungen von bis zu 50 % hoffen. Für eine praktische Umsetzung gebe es noch einige offene Fragen, wie etwa Fragen zum Brandschutz. „Aus technischer Sicht steht einer Umsetzung aber nichts im Weg“, so Antretter.

Autor: Paul Deder