Aluminiul este un material cheie pentru mobilitatea durabilă și produsele eficiente din punct de vedere al resurselor. Totuși, producția sa este intensivă din punct de vedere energetic. Cercetătorii de la Institutul Fraunhofer pentru Mașini Unelte și Tehnologia de Formare IWU arată acum cum resturile de producție, chipsurile de aluminiu și componentele din spumă de aluminiu uzate pot fi reintegrate în procesul de fabricație.
Rezultatele deschid noi căi pentru o producție orientată spre circularitate a spumei de aluminiu și ar putea reduce semnificativ utilizarea materialelor primare.
Spuma de aluminiu este considerată unul dintre materialele structurale foarte ușoare. Datorită densității sale scăzute, capacității sale ridicate de absorbție a energiei și proprietăților sale bune de amortizare, este potrivită, printre altele, pentru aplicații în construcția de vehicule, structuri de mașini, construcții sau sisteme de construcție ușoară eficiente din punct de vedere energetic. Totuși, producția sa se realizează în prezent în principal cu ajutorul pulberilor de aliaje de aluminiu, a căror producție este relativ complicată și costisitoare.
Cercetătorii de la Fraunhofer IWU s-au concentrat, prin urmare, pe un factor de sustenabilitate până acum puțin observat: utilizarea materialelor circulare în cadrul producției de spumă prin metalurgie a pulberilor. În centrul atenției s-au aflat chipsurile de aluminiu pure, resturile de producție și materialele de sfârșit de viață, care pot fi prelucrate mecanic și utilizate ca material de bază pentru noi spume de aluminiu.
Chipsuri prelucrate în loc de pulbere nouă
O abordare deosebit de promițătoare constă în a înlocui parțial sau complet pulberea de aliaj de aluminiu (nouă), care este fabricată intensiv din punct de vedere energetic, cu chipsuri de aluminiu prelucrate.
Studiile au arătat că prin măcinarea și clasificarea (sortarea după dimensiune) chipsurilor se obține un material de bază pulbere care poate fi prelucrat cu succes în semifabricate spumabile. Spumele obținute din acestea ating structuri și densități comparabile cu spumele de aluminiu fabricate convențional.
„Utilizarea deșeurilor de producție direct în circuitul materialelor oferă potențiale ecologice și economice semnificative”, explică Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, liderul grupului de spumă metalică de la Fraunhofer IWU. Este deosebit de important de subliniat că pentru producția de aluminiu secundar este necesară o energie semnificativ mai mică decât pentru aluminiul primar. Astfel, pot fi reduse atât costurile materialelor, cât și emisiile de CO₂.
De la deșeuri de producție înapoi la material funcțional
Cercetătorii au studiat, de asemenea, prelucrarea resturilor mai mari de aluminiu, cum ar fi folii, bobine (resturi de tăiere din role mari de tablă de aluminiu) sau materiale pentru jante. Prin procese mecanice în mai multe etape, cum ar fi tăierea, ruperea, măcinarea și cernerea, au fost generate dimensiuni de particule definite pentru producția de spumă. De asemenea, componentele uzate din spumă de aluminiu pot fi, în principiu, reintegrate în circuitul materialelor. Pentru aceasta, echipa a dezvoltat strategii adecvate pentru măcinare, sortare și prelucrare conform materialului.
Este deosebit de important că reciclarea nu se limitează la simpla topire. În schimb, Fraunhofer IWU urmărește abordări ale așa-numitului reciclării în stare solidă. Astfel, mari părți ale structurii materiale existente rămân intacte, ceea ce permite economisirea suplimentară de energie și evitarea pierderilor de material.
Nouă perspective pentru economia circulară în construcții ușoare
Rezultatele arată că deșeurile de aluminiu sub formă pulbere pot fi utilizate ca o alternativă tehnică echivalentă la pulberea de aliaj de aluminiu nou generată. Astfel, o producție semnificativ mai prietenoasă cu resursele a spumelor de aluminiu devine realizabilă. Cercetătorii văd în aceasta o componentă importantă pentru lanțurile de valoare circulare, în special în industriile cu cerințe ridicate de construcții ușoare, cum ar fi construcția de automobile, ingineria mecanică sau tehnologia feroviară.
Pentru o implementare industrială, lucrările vor continua acum. Proiectele de cercetare viitoare vizează în special stabilizarea proprietăților materialelor cu calități variabile ale deșeurilor, precum și analize cuprinzătoare ale ciclului de viață. Acestea vor demonstra cantitativ avantajele ecologice ale producției de spumă bazate pe deșeuri și vor pregăti tehnologia pentru o utilizare industrială largă.
Căutăm parteneri de cercetare
Institutul Fraunhofer își aduce cu plăcere contribuțiile în proiecte de cercetare ulterioare și se bucură de parteneri care doresc să colaboreze la asigurarea și extinderea bazei de studii și date privind circularitatea spumei de aluminiu.
Context: Spuma de aluminiu
Spuma de aluminiu este un material structural metalic ultra-ușor cu o densitate de sub un gram pe centimetru cub. Datorită rigidității sale ridicate la o greutate mică, precum și a proprietăților sale de absorbție a energiei și de amortizare, este utilizată, printre altele, în structuri sandwich, sisteme de protecție la impact și componente de construcție ușoară. Institutul Fraunhofer cercetează de mulți ani procese de fabricație eficiente din punct de vedere al resurselor, precum și concepte de reciclare și circularitate pentru acest material.
Contact:
