Politechnika Wrocławska kieruje projektem „GreenSteel4Rail”, który ma na celu opracowanie nowych gatunków stali o wyższej trwałości i niższym śladzie węglowym przeznaczonych do szyn kolejowych. Na realizację inicjatywy uczelnia otrzymała 11,3 mln euro z Funduszu Badawczego Węgla i Stali, a w badaniach uczestniczą partnerzy przemysłowi i naukowi z sześciu krajów.

• Projekt „GreenSteel4Rail” zakłada opracowanie nowych gatunków stali do szyn kolejowych o zwiększonej trwałości i dłuższym cyklu życia, co pozwoli zmniejszyć zużycie materiału i ślad węglowy w sektorze transportu kolejowego.
• Naukowcy skupią się na optymalizacji procesów wytwarzania stali w elektrycznych piecach łukowych (EAF), kontroli mikrostruktury, chemicznym składzie stali oraz metodach łączenia i regeneracji szyn.
• W ramach projektu powstanie demonstrator obejmujący kilkanaście przemysłowych wytopów stali, a docelowo dwa tory o długości 90 m każdy, które zostaną zainstalowane w Hiszpanii w zakładach ArcelorMittal.
• W projekcie uczestniczy 11 partnerów przemysłowych i badawczych z Polski, Hiszpanii, Niemiec, Belgii i Portugalii, odpowiadając za różne etapy badań i technologii – od spawania termitowego po powłoki laserowe i analizy mikrostruktury.
• Badania potrwają 54 miesiące, angażując młodych naukowców i doktorantów, a pierwszy demonstrator stalowy powstanie w ciągu dwóch lat od rozpoczęcia projektu.

Projekt „GreenSteel4Rail” realizowany przez Politechnikę Wrocławską ma na celu opracowanie nowych gatunków stali do szyn kolejowych o wyższej trwałości i mniejszym śladzie węglowym. Uczelnia jako lider projektu otrzymała blisko 11,3 mln euro z Funduszu Badawczego Węgla i Stali, a w badania zaangażowane są także jednostki naukowe i firmy z Hiszpanii, Portugalii, Niemiec, Belgii i Polski. Kierowniczką projektu jest dr inż. Aleksandra Królicka z Wydziału Mechanicznego PWr.

Projekt obejmuje kompleksowe działania od optymalizacji procesu wytwarzania stali w piecu elektrycznym (EAF), przez kontrolę mikrostruktury i skład chemiczny, aż po opracowanie technologii obróbki plastycznej, łączenia szyn i przygotowania powierzchni do eksploatacji. Gotowy demonstrator będzie składał się z kilkunastu przemysłowych wytopów stali, a finalnie powstaną 2 x 90-metrowe odcinki torów, które zostaną zainstalowane w Hiszpanii na torze łączącym jednostki przemysłowe firmy ArcelorMittal.

Celem projektu jest odpowiedź na wyzwania związane ze Strategią UE na rzecz zrównoważonej i inteligentnej mobilności, Europejskim Zielonym Ładem i inicjatywą Fit-for-55. Nowe gatunki stali oraz technologie ich regeneracji pozwolą na wydłużenie cyklu życia szyn, a elektryczne procesy metalurgiczne oraz wsparcie dla niskoemisyjnego transportu kolejowego przyczynią się do znaczącej redukcji emisji CO2.

Sektor wytwarzania stali odpowiada za około 25% emisji CO2 w przemyśle globalnym, a w Europie dominuje proces z wykorzystaniem wielkiego pieca i konwertora tlenowego (BOF). Tymczasem piec elektryczny (EAF) cechuje się znacznie niższą emisją CO2 i wysokim wykorzystaniem złomu (nawet do 90%). W ramach projektu planowana jest redukcja emisji CO2 o około 35%, co w przeliczeniu odpowiada około 1 milion ton CO2 rocznie w stosunku do procesów BOF.

Dłuższy cykl życia

Projekt „GreenSteel4Rail” zakłada opracowanie nowych gatunków stali na szyny kolejowe o wydłużonym cyklu życia, co zmniejszy zużycie stali i obniży ślad węglowy sektora kolejowego.

Nowe materiały będą wykorzystywać zaawansowane strategie projektowania składu chemicznego oraz różne wzmocnienia, w tym inspirowane stopami o podwyższonej entropii. Planowane jest także zastosowanie stali wielofazowych o strukturze bainitycznej i martenzytycznej oraz wprowadzenie hierarchicznej struktury, aby zwiększyć właściwości mechaniczne szyn.

Jednym z największych wyzwań projektu jest szeroki zakres prac – od opracowania procesów wytwarzania stali i strategii składu chemicznego, po przygotowanie demonstratora przemysłowego. Kluczowe jest opracowanie dedykowanego składu chemicznego, odpowiedniej obróbki cieplnej i plastycznej, z uwzględnieniem pierwiastków śladowych w procesach w piecu elektrycznym (EAF).

W projekcie bierze udział jedenastu partnerów przemysłowych i badawczych:

• ArcelorMittal (Hiszpania) – opracowanie technologii wytwarzania stali w EAF i produkcja demonstracyjnej szyny;
• Vias (Hiszpania) – wsparcie w instalacji i przygotowaniu szyn do eksploatacji;
• Elektro Thermit (Niemcy) – opracowanie technologii spawania termitowego;
• Tecnoclad (Hiszpania) – metody regeneracji i wzmocnienia powierzchni szyn przy użyciu technik laserowych.

W projekcie „GreenSteel4Rail” jednostki badawcze z kilku krajów odpowiadają za kluczowe etapy opracowywania nowych gatunków stali i ich zastosowań w torach kolejowych:

• CSIC (Hiszpania) – wsparcie w projektowaniu nowych gatunków stali oraz badania mikrostruktury i przemian fazowych z wykorzystaniem badań dylatometrycznych.
• CRM (Belgia) – produkcja wytopów laboratoryjnych nowych gatunków stali, analiza procesów ich zużywania oraz określenie kontaktowej wytrzymałości zmęczeniowej.
• Sieć Badawcza Łukasiewicz (Polska) – analiza procesów termomechanicznych, ocena naprężeń własnych oraz opracowanie metod obróbki cieplnej.
• ISQ (Portugalia) – wsparcie procesów spawania nowych gatunków stali.

Politechnika Wrocławska, jako koordynator projektu, prowadzi badania nad:

• Właściwościami mechanicznymi nowych gatunków stali w kontekście obróbki cieplnej i procesów termomechanicznych (lider: prof. Zbigniew Gronostajski).
• Wytrzymałością zmęczeniową nowych gatunków stali z uwzględnieniem mieszanego trybu wzrostu pęknięć oraz zmęczenia gigacyklowego (VHCF) (lider: prof. Grzegorz Lesiuk).
• Mechanizmami pękania i ewolucją struktury z wykorzystaniem wysokorozdzielczego skaningowego mikroskopu elektronowego (lider: dr inż. Aleksandra Królicka).
• Oceną proszków i powłok nanoszonych laserowo w ramach regeneracji szyn (lider: dr inż. Paweł Sokołowski).
• Obserwacją morfologii wydzieleń i mikrostruktury w skali nano przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej (lider: dr hab. inż. Andrzej Żak, prof. uczelni).

Projekt zakłada również zaangażowanie młodych naukowców, doktorantów i studentów, którzy będą wspierać prace nad optymalizacją materiałów zarówno w laboratoriach, jak i w warunkach przemysłowych. W ramach inicjatywy European Training Networks SteelTogether planowane są wizyty młodych badaczy w jednostkach partnerskich, co pozwoli na wymianę wiedzy i rozwój kompetencji w międzynarodowym środowisku naukowym.

Pierwszy demonstrator powstanie za 2 lata

Schemat cyklu badawczo-rozwojowego projektu „GreenSteel4Rail” przedstawia kompleksowy proces od doboru złomu po opracowanie nowych gatunków stali i ich testową instalację na torach kolejowych.

Projekt potrwa 54 miesiące, a jego rozpoczęcie zaplanowano na pierwszy kwartał 2026 roku. W ciągu pierwszych dwóch lat powstanie pierwszy demonstrator, obejmujący m.in.:

• Opracowanie technologii wytwarzania stali w elektrycznym piecu łukowym (EAF) w jednostkach przemysłowych ArcelorMittal.
• Produkcję szyn kolejowych z początkowo komercyjnego gatunku stali perlitycznej.
• Rozwój i wdrożenie nowego gatunku stali opracowanego w laboratoriach Politechniki Wrocławskiej i partnerów projektu.

W końcowej fazie projektu demonstrator zostanie zainstalowany na testowym torze kolejowym, a montaż szyn zakończy się w ostatnim roku trwania projektu.

Projekt jest finansowany w ramach konkursu RFCS-2025-CSP-Big Ticket for Steel z Funduszu Węgla i Stali Komisji Europejskiej, a jego łączna wartość wynosi blisko 11,3 mln euro.