Aluminium jest kluczowym materiałem dla zrównoważonej mobilności i efektywnych produktów. Jego produkcja jest jednak energochłonna. Naukowcy z Instytutu Fraunhofera ds. Maszyn Narzędziowych i Technologii Formowania IWU pokazują, jak można celowo wprowadzać resztki produkcyjne, wióry aluminiowe i zużyte elementy z pianki aluminiowej do procesu produkcji.
Wyniki otwierają nowe drogi dla produkcji zorientowanej na recykling pianki aluminiowej i mogą znacznie zmniejszyć użycie materiałów pierwotnych.
Pianka aluminiowa należy do szczególnie lekkich materiałów konstrukcyjnych. Dzięki swojej niskiej gęstości, wysokiej zdolności absorpcji energii oraz dobrym właściwościom tłumienia nadaje się m.in. do zastosowań w budowie pojazdów, strukturach maszyn, budownictwie czy w energooszczędnych systemach lekkiej konstrukcji. Jej produkcja odbywa się obecnie głównie przy użyciu proszków stopów aluminium, których produkcja jest stosunkowo skomplikowana i kosztowna.
Naukowcy z Fraunhofer IWU skoncentrowali się zatem na dotychczas mało dostrzeganym elemencie zrównoważonego rozwoju: wykorzystaniu materiałów z recyklingu w produkcji pianki metalowej. W centrum uwagi znalazły się czyste wióry aluminiowe, resztki produkcyjne i materiały z końca życia, które można mechanicznie przetwarzać i wykorzystywać jako surowiec do nowych pianek aluminiowych.
Przetworzone wióry zamiast nowego proszku
Szczególnie obiecującym podejściem jest częściowe lub całkowite zastąpienie energochłonnie wytwarzanego (nowego) proszku stopu aluminium przetworzonymi wiórami aluminiowymi.
Badania wykazały, że poprzez mielenie i klasyfikację (sortowanie według wielkości) wiórów powstaje proszkowy surowiec, który można skutecznie przetwarzać na półprodukty do spieniania. Powstałe w ten sposób pianki osiągają porównywalne struktury i gęstości jak konwencjonalnie wytwarzane pianki aluminiowe.
»Wykorzystanie odpadów produkcyjnych bezpośrednio w cyklu materiałowym oferuje znaczne potencjały ekologiczne i ekonomiczne«, wyjaśnia Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, kierownik grupy pianki metalowej w Fraunhofer IWU. Szczególnie istotne jest to, że do produkcji aluminium wtórnego potrzebna jest znacznie mniejsza ilość energii niż do aluminium pierwotnego. Dzięki temu można zmniejszyć zarówno koszty materiałów, jak i emisje CO₂.
Od odpadów produkcyjnych z powrotem do materiału funkcjonalnego
Naukowcy badali również przetwarzanie większych resztek aluminium, takich jak folie, zwoje (resztki cięcia dużych rolek blachy aluminiowej) czy materiały z felg. Dzięki wielostopniowym procesom mechanicznym, takim jak cięcie, łamanie, mielenie i przesiewanie, można uzyskać zdefiniowane rozmiary cząstek do produkcji pianek. Zużyte elementy z pianki aluminiowej można zasadniczo ponownie wprowadzić do cyklu materiałowego. W tym celu zespół opracował odpowiednie strategie dotyczące rozdrabniania, sortowania i przetwarzania materiałów.
Szczególnie istotne jest to, że recykling nie ogranicza się do prostego przetopienia. Zamiast tego Fraunhofer IWU stosuje podejścia tzw. recyklingu w stanie stałym. Dzięki temu zachowane są duże części istniejącej struktury materiałowej, co pozwala zaoszczędzić dodatkową energię i uniknąć strat materiałowych.
Nowe perspektywy dla gospodarki o obiegu zamkniętym w lekkiej konstrukcji
Wyniki pokazują, że złom aluminiowy w formie proszkowej może być stosowany jako technicznie równoważna alternatywa dla nowo wytwarzanego proszku stopu aluminium. Dzięki temu zbliża się znacznie bardziej zasobooszczędna produkcja pianek aluminiowych. Naukowcy widzą w tym ważny element dla okrężnych łańcuchów wartości, szczególnie w branżach o wysokich wymaganiach dotyczących lekkiej konstrukcji, takich jak budownictwo samochodowe, inżynieria maszynowa czy technika kolejowa.
Aby wdrożyć przemysłowo, prace będą kontynuowane. Przyszłe projekty badawcze będą szczególnie skoncentrowane na stabilizacji właściwości materiałowych zmieniających się jakości złomu oraz na kompleksowych analizach cyklu życia. Dzięki temu mają być ilościowo udowodnione ekologiczne korzyści produkcji pianek na bazie złomu oraz przygotowana technologia do szerokiego zastosowania przemysłowego.
Szukamy partnerów do badań
Instytut Fraunhofera IWU chętnie wnosi swoje spostrzeżenia do dalszych projektów badawczych i czeka na partnerów, którzy chcieliby współpracować nad zapewnieniem i rozszerzeniem bazy danych dotyczącej zdolności do recyklingu pianek aluminiowych.
Tło: Pianka aluminiowa
Pianka aluminiowa to ultralekki metalowy materiał konstrukcyjny o gęstości znacznie poniżej jednego grama na centymetr sześcienny. Dzięki swojej wysokiej sztywności przy niskiej wadze oraz właściwościom absorpcji energii i tłumienia, jest wykorzystywana m.in. w strukturach kanapkowych, systemach zderzeniowych i komponentach lekkiej konstrukcji. Instytut Fraunhofera IWU od wielu lat bada efektywne procesy produkcyjne oraz koncepcje recyklingu i obiegu dla tego materiału.
Kontakt:
