Hliník je klíčovým materiálem pro udržitelnou mobilitu a efektivní využívání zdrojů. Jeho výroba je však energeticky náročná. Výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro obráběcí stroje a tvářecí techniku IWU nyní ukazují, jak lze cíleně vrátit výrobní zbytky, hliníkové třísky a vyřazené hliníkové pěnové díly zpět do výrobního procesu.
Výsledky otevírají nové cesty pro oběhové zaměřenou výrobu hliníkové pěny a mohly by výrazně snížit použití primárního materiálu.
Hliníková pěna patří mezi zvlášť lehké strukturální materiály. Díky své nízké hustotě, vysoké schopnosti absorpce energie a dobrým tlumicím vlastnostem je vhodná mimo jiné pro aplikace ve stavebnictví, ve strojních konstrukcích, v automobilovém průmyslu nebo v energeticky efektivních lehkých stavebních systémech. Její výroba se však dnes převážně provádí pomocí prášků z hliníkových slitin, jejichž výroba je relativně náročná a nákladná.
Výzkumníci z Fraunhofer IWU se proto zaměřili na dosud málo pozorovaný udržitelnostní prvek: využívání oběhových materiálů v rámci práškové metalurgické výroby pěny. V centru pozornosti byly čisté hliníkové třísky, výrobní zbytky a materiály na konci životnosti, které byly mechanicky zpracovány a mohou být použity jako výchozí materiál pro nové hliníkové pěny.
Upravené třísky místo nového prášku
Jedním z velmi slibných přístupů je částečně nebo zcela nahradit energeticky náročně vyráběné (nové) prášky z hliníkových slitin upravenými hliníkovými třískami.
Zkoumání ukázala, že mletím a tříděním (třídění podle velikosti) třísek vzniká práškový výchozí materiál, který lze úspěšně zpracovat na pěnitelné polotovary. Pěny vyrobené z tohoto materiálu dosahují porovnatelných struktur a hustot jako konvenčně vyráběné hliníkové pěny.
„Využití výrobních odpadů přímo v materiálovém cyklu nabízí značný ekologický a ekonomický potenciál,“ vysvětluje Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, vedoucí skupiny kovových pěn na Fraunhofer IWU. Zvláště je třeba zdůraznit, že pro výrobu sekundárního hliníku je potřeba výrazně méně energie než pro primární hliník. Tím se dají snížit jak náklady na materiál, tak emise CO₂.
Od výrobního odpadu zpět k funkčnímu materiálu
Výzkumníci také zkoumali zpracování větších hliníkových zbytků, jako jsou fólie, cívky (zbytky z velkých rolí hliníkového plechu) nebo materiál z disků. Pomocí vícestupňových mechanických procesů, jako je řezání, lámání, mletí a síto, bylo možné vyrobit definované velikosti částic pro výrobu pěny. Také vyřazené díly z hliníkové pěny lze v zásadě znovu integrovat do materiálového cyklu. K tomu tým vyvinul vhodné strategie pro drcení, třídění a materiálově odpovídající další zpracování.
Zvlášť důležité je, že recyklace není omezena pouze na jednoduché tavení. Místo toho Fraunhofer IWU sleduje přístupy tzv. recyklace v pevném stavu. Při tom zůstávají velké části stávající materiálové struktury zachovány, což umožňuje ušetřit dodatečnou energii a vyhnout se ztrátám materiálu.
Nové perspektivy pro oběhové hospodářství v lehké konstrukci
Výsledky ukazují, že hliníkový šrot v práškové formě může být použit jako technicky rovnocenná alternativa k nově vyrobenému prášku z hliníkových slitin. Tím se přiblížila výrazně šetrnější výroba hliníkových pěn. Výzkumníci v tom vidí důležitý stavební kámen pro cirkulární hodnotové řetězce, zejména v odvětvích s vysokými požadavky na lehkou konstrukci, jako je automobilový průmysl, strojírenství nebo železniční technika.
Pro průmyslovou realizaci budou práce nyní pokračovat. Budoucí výzkumné projekty se zaměří zejména na stabilizaci materiálových vlastností kolísajících kvalit hliníkového šrotu a na komplexní analýzy životního cyklu. Cílem je kvantitativně prokázat ekologické výhody výroby pěny na bázi šrotu a připravit technologii pro široké průmyslové použití.
Hledají se výzkumní partneři
Fraunhofer IWU rádo přispěje svými poznatky do dalších výzkumných projektů a těší se na partnery, kteří by chtěli spolupracovat na zajištění a rozšíření studijní základny a datové základny týkající se oběhové schopnosti hliníkové pěny.
Pozadí: Hliníková pěna
Hliníková pěna je ultralehký kovový strukturální materiál s hustotou výrazně pod jedním gramem na kubický centimetr. Díky své vysoké tuhosti při nízké hmotnosti a svým schopnostem absorpce energie a tlumení se používá mimo jiné ve sendvičových strukturách, nárazových systémech a komponentách lehké konstrukce. Fraunhofer IWU již mnoho let zkoumá efektivní výrobní procesy, jakož i recyklační a oběhové koncepty pro tento materiál.
Kontakt:
