Schneller Tunneln mit Mikrowellen

(Cooper.ch / Wikipedia / cc-by-sa-2.5)

Besonders hartes Gestein im Tunnelbau soll künftig bestrahlt werden, um es leichter lösen zu können.

Die Herstellung von Verkehrstunneln ist allgemein teuer und aufwändig ? besonders dann, wenn die Bauleute auf problematisches Gestein wie Granit stoßen. Denn an hartem Granit beißt sich mancher Tunnelbohrkopf bislang die Zähne aus. Forscher der Montanuniversität Leoben in der Steiermark haben nun einen Weg gefunden, das Gestein mit Mikrowellen weicher zu machen.

Strahlen aus Mikrowellenquelle ins Gestein gelenkt

Der 25 Kilowatt starke Prototyp lenkte die Strahlung mit einem schlauchartigen Applikator in den Probefels. Simulationen haben ergeben, dass kurze, aber starke Pulse den Granit am effizientesten aufweichen. Dabei ergeben sich Risse, die herkömmlicher Bohrtechnik die Arbeit erleichtern. Wie genau, wurde im Computer simuliert.

Hauptgebäude der Montanuni Leoben. (Bild:  cc-by-sa-2.5 )

Die Idee der Vorbehandlung von Granit mit Mikrowellen ist laut der Forscher nicht neu. Allerdings habe noch niemand derart konkrete Berechnungen angestellt. Dabei ist die Zeit dafür reif, meinen sie. “Alle gängigen Abbaumethoden haben eines gemeinsam: Man möchte das Gestein zuerst brechen, also Oberflächen erzeugen, aber nur ein geringer Teil der Energie geht wirklich in diese Oberflächenschaffung. Der Großteil geht in Form von Wärme verloren”, so Projektleiter Thomas Antretter vom Institut für Mechanik der Montanuniversität Leoben. Eine Vorbehandlung durch Bestrahlung sei daher sinnvoll. “Man konnte den Effekt aber nie richtig quantifizieren, die Versuche basierten auf ‘Trial and Error’. So geriet das wieder in Vergessenheit.”

Sprengen und mechanischer Abbau eigentlich ineffizient

Sprengungen oder rein mechanische Methoden mit großen Maschinen sind aber eigentlich sehr ineffizient. “Das ist eine riesige Verschwendung von Energie. Wir wollen den mechanischen Abbauprozess nicht vollständig ersetzen, das ist nicht möglich. Aber wir können ihn erleichtern.”

Simulation von Gestein, das mit Mikrowellen erwärmt wird. (Bild: Montanuni )

Vor einem Einsatz in der Praxis sind für das neue Verfahren aber noch weitere Fragen zu klären, etwa beim Brandschutz. Das Verfahren wurde bereits in einer Mikrowellenanlage getestet, aber noch nicht im Tunnel ? der benachbarte Lehrstuhl für Bergbaukunde kann eine Mikrowellenanlage nutzen. “Dort wurden tatsächlich Gesteinsproben hineingelegt und bestrahlt, unter unterschiedlichen Bedingungen und Zeiten. Es hat sich herausgestellt, dass man diese Riss-Muster erzeugen kann, und sie stimmen gut mit dem überein, was wir in der Simulation gefunden haben”, so Antretter.

25-fache Leistung einer Mikrowelle aus der Küche

Die Leistung im Praxistest lag bei dem ungefähr 25-Fachen eines herkömmlichen Mikrowellenofens aus der Küche, mit der man sein Essen erwärmt oder Tiefkühlkost auftaut. Aus technischer Sicht stehe einer Umsetzung des Verfahrens nichts im Weg, sagen die Forscher.

Tunnelarbeiten im Gotthard-Basistunnel. (Bild:  cc-by-sa-2.5 )

Es ist allerdings unklar, wie lange ein entsprechendes Zulassungsverfahren dauern würde, bevor man die Vorbehandlung wirklich an eine Bohrstätte lässt. Im Bergwesen mahlen die Mühlen normalerweise eher langsam ? auch, weil es um große Werte unter- und überirdisch geht. Zudem muss auch der Energiebedarf geklärt werden. (Ben Schwan) / (bsc)

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