L'alluminio è un materiale chiave per la mobilità sostenibile e prodotti a risparmio di risorse. Tuttavia, la sua produzione è energeticamente intensiva. I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura IWU mostrano ora come i residui di produzione, i trucioli di alluminio e i componenti in schiuma di alluminio dismessi possano essere reintrodotti miratamente nel processo di produzione.
I risultati aprono nuove strade per una produzione circolare di schiuma di alluminio e potrebbero ridurre significativamente l'uso di materiali primari.
La schiuma di alluminio è uno dei materiali strutturali particolarmente leggeri. Grazie alla sua bassa densità, alla sua elevata capacità di assorbimento energetico e alle sue buone proprietà di smorzamento, è adatta, tra l'altro, per applicazioni nell'industria automobilistica, nelle strutture delle macchine, nell'edilizia o nei sistemi di costruzione leggera ad alta efficienza energetica. Tuttavia, la sua produzione avviene oggi principalmente con polveri di leghe di alluminio, la cui produzione è relativamente complessa e costosa.
I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer IWU si sono quindi concentrati su un leva di sostenibilità finora poco considerato: l'uso di materiali circolari all'interno della produzione di schiuma metallurgica in polvere. Al centro dell'attenzione c'erano trucioli di alluminio puri, residui di produzione e materiali di fine vita, che possono essere meccanicamente trattati e utilizzati come materia prima per nuove schiume di alluminio.
Trucioli lavorati invece di nuova polvere
Un approccio particolarmente promettente consiste nel sostituire parzialmente o completamente la polvere di lega di alluminio (nuova) prodotta in modo energivoro con trucioli di alluminio lavorati.
Le indagini hanno mostrato che, attraverso la macinazione e la classificazione (ordinamento per dimensione) dei trucioli, si ottiene una materia prima in forma di polvere che può essere lavorata con successo in semilavorati schiumabili. Le schiume prodotte da essa raggiungono strutture e densità comparabili a quelle delle schiume di alluminio prodotte convenzionalmente.
»L'uso di scarti di produzione direttamente nel ciclo dei materiali offre notevoli potenziali ecologici ed economici«, spiega il Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, responsabile del gruppo Schiuma di metallo presso il Fraunhofer IWU. È particolarmente importante sottolineare che per la produzione di alluminio secondario è necessaria significativamente meno energia rispetto all'alluminio primario. Ciò consente di ridurre sia i costi dei materiali che le emissioni di CO₂.
Dai rifiuti di produzione di nuovo al materiale funzionale
I ricercatori hanno inoltre esaminato il trattamento di maggiori residui di alluminio come pellicole, bobine (scarti di taglio di grandi rotoli di lamiera di alluminio) o materiali per cerchioni. Attraverso processi meccanici a più stadi come taglio, frantumazione, macinazione e setacciatura, è stato possibile generare dimensioni di particelle definite per la produzione di schiuma. Anche i componenti dismessi in schiuma di alluminio possono, in linea di principio, essere reintegrati nel ciclo dei materiali. A tal fine, il team ha sviluppato strategie adeguate per la frantumazione, la classificazione e la lavorazione conforme al materiale.
È particolarmente significativo che il riciclo non si limiti a una semplice fusione. Invece, il Fraunhofer IWU persegue approcci di cosiddetto riciclo a stato solido. In questo modo, gran parte della struttura del materiale esistente viene mantenuta, consentendo di risparmiare energia aggiuntiva e di evitare perdite di materiale.
Nuove prospettive per l'economia circolare nella costruzione leggera
I risultati mostrano che i rottami di alluminio in forma di polvere possono essere utilizzati come alternativa tecnicamente equivalente alla polvere di lega di alluminio prodotta nuova. Ciò avvicina notevolmente una produzione di schiume di alluminio significativamente più sostenibile. I ricercatori vedono in questo un importante tassello per catene di valore circolari, in particolare in settori con elevate esigenze di costruzione leggera come l'industria automobilistica, la meccanica o la tecnologia ferroviaria.
Per un'implementazione industriale, i lavori devono ora essere proseguiti. I futuri progetti di ricerca si concentreranno in particolare sulla stabilizzazione delle proprietà dei materiali con qualità di rottame variabili e su analisi complete del ciclo di vita. In questo modo, i vantaggi ecologici della produzione di schiuma basata su rottami devono essere dimostrati quantitativamente e la tecnologia deve essere preparata per un ampio utilizzo industriale.
Ricercatori partner cercasi
Il Fraunhofer IWU è lieto di contribuire con le proprie scoperte a progetti di ricerca avanzati e si aspetta partner che desiderino collaborare per garantire e ampliare la base di studi e dati sulla circolarità della schiuma di alluminio.
Contesto: Schiuma di alluminio
La schiuma di alluminio è un materiale strutturale metallico ultraleggero con una densità di ben al di sotto di un grammo per centimetro cubo. Grazie alla sua elevata rigidità a basso peso e alle sue proprietà di assorbimento energetico e smorzamento, viene utilizzata, tra l'altro, in strutture sandwich, sistemi di crash e componenti di costruzione leggera. Il Fraunhofer IWU studia da molti anni processi di produzione a risparmio di risorse e concetti di riciclo e circolarità per questo materiale.
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