Aluminij je ključni material za trajnostno mobilnost in učinkovitejše izdelke. Njegova proizvodnja pa je energetsko intenzivna. Raziskovalci Fraunhoferjevega inštituta za orodjarstvo in oblikovanje IWU zdaj prikazujejo, kako se proizvodni ostanki, aluminijasti odpadki in odsluženi aluminijasti penasti elementi lahko ciljno vrnejo v proizvodni proces.
Rezultati odpirajo nove poti za krožno usmerjeno proizvodnjo aluminijaste pene in bi lahko znatno zmanjšali uporabo primarnih materialov.
Aluminijasta pena spada med posebej lahke strukturne materiale. Zaradi svoje nizke gostote, visoke sposobnosti absorpcije energije ter dobrih dušilnih lastnosti je primerna med drugim za uporabo v gradnji vozil, v strojnih strukturah, v gradbeništvu ali v energijsko učinkovitih lahkih sistemih. Njena proizvodnja pa se danes večinoma izvaja s pomočjo aluminijastih zlitinskih prahov, katerih proizvodnja je relativno zapletena in draga.
Raziskovalci Fraunhofer IWU so se zato osredotočili na doslej malo opazovan dejavnik trajnosti: uporabo krožnih materialov znotraj prahu metalurške proizvodnje pene. V središču so bili čisti aluminijasti odpadki, proizvodni ostanki in materiali na koncu življenjske dobe, ki so bili mehansko obdelani in uporabljeni kot izhodiščni material za nove aluminijaste pene.
Obdelani odpadki namesto novega prahu
Eden posebej obetavnih pristopov je delno ali popolno zamenjati energetsko intenzivno proizveden (nov) aluminijast zlitinski prah z obdelanimi aluminijastimi odpadki.
Raziskave so pokazale, da z mletjem in razvrščanjem (po velikosti) odpadkov nastane praškasta izhodna snov, ki se uspešno predela v penaste polizdelke. Penaste strukture, ki jih ustvarimo iz tega, dosežejo primerljive strukture in gostote kot konvencionalno proizvedene aluminijaste pene.
»Uporaba proizvodnih odpadkov neposredno v materialnem krogu ponuja pomembne ekološke in gospodarske potenciale«, pojasnjuje dr. inž. Jörg Hohlfeld, vodja skupine za kovinske pene na Fraunhofer IWU. Še posebej je pomembno, da se za proizvodnjo sekundarnega aluminija porabi bistveno manj energije kot za primarni aluminij. S tem se lahko zmanjšajo tako stroški materiala kot tudi emisije CO₂.
Od proizvodnega odpadka nazaj do funkcionalnega materiala
Raziskovalci so poleg tega preučili obdelavo večjih aluminijastih ostankov, kot so folije, koluti (ostanki rezanja velikih zvitkov aluminijastega pločevine) ali material za platišča. Z večstopenjskimi mehanskimi procesi, kot so rezanje, lomljenje, mletje in sito, so lahko ustvarili določene delce za proizvodnjo pene. Tudi odsluženi elementi iz aluminijaste pene se načeloma lahko ponovno vključijo v materialni krog. Za to je ekipa razvila primerne strategije za drobljenje, razvrščanje in ustrezno nadaljnjo obdelavo materiala.
Še posebej pomembno je, da recikliranje ni omejeno le na preprosto taljenje. Namesto tega Fraunhofer IWU sledi pristopom tako imenovanega recikliranja v trdnem stanju. Pri tem ostanejo veliki deli obstoječe materialne strukture ohranjeni, kar omogoča dodatne prihranke energije in preprečuje izgube materiala.
Nove perspektive za krožno gospodarstvo v lahki gradnji
Rezultati kažejo, da se aluminijasti odpadki v praškasti obliki lahko uporabljajo kot tehnično enakovredna alternativa novemu aluminijastemu zlitinskemu prahu. S tem se znatno bliža bolj varčna proizvodnja aluminijastih pen. Raziskovalci to vidijo kot pomemben gradnik za krožne vrednostne verige, zlasti v panogah z visokimi zahtevami po lahki gradnji, kot so avtomobilska industrija, strojništvo ali železniška tehnika.
Za industrijsko izvajanje se bodo dela zdaj nadaljevala. Prihodnji raziskovalni projekti se osredotočajo predvsem na stabilizacijo materialnih lastnosti spremenljivih kakovosti odpadkov ter na celovite analize življenjskega cikla. S tem naj bi se ekološke prednosti proizvodnje pene na osnovi odpadkov kvantitativno dokazale in tehnologija pripravila za široko industrijsko uporabo.
Iščejo se raziskovalni partnerji
Fraunhofer IWU z veseljem prispeva svoje ugotovitve v nadaljnje raziskovalne projekte in se veseli partnerjev, ki bi želeli sodelovati pri zagotavljanju in širjenju študij in podatkovne osnove o krožni sposobnosti aluminijaste pene.
Ozadje: aluminijasta pena
Aluminijasta pena je ultralahki kovinski strukturni material z gostoto, ki je bistveno pod enim gramom na kubični centimeter. Zaradi svoje visoke togosti pri nizki teži ter lastnosti absorpcije in dušenja energije se uporablja med drugim v sendvič strukturah, crash sistemih in komponentah lahke gradnje. Fraunhofer IWU že vrsto let raziskuje učinkovite postopke proizvodnje ter recikliranja in krožnih konceptov za ta material.
Kontakt:
