Alüminyum, sürdürülebilir mobilite ve kaynak verimli ürünler için anahtar bir malzemedir. Ancak üretimi enerji yoğundur. Fraunhofer Araştırma Enstitüsü'nden araştırmacılar, üretim atıklarının, alüminyum talaşlarının ve kullanımdan çıkmış alüminyum köpük bileşenlerinin üretim sürecine nasıl geri kazandırılabileceğini gösteriyor.
Sonuçlar, alüminyum köpüğün döngüsel bir üretimi için yeni yollar açmakta ve birincil malzeme kullanımını önemli ölçüde azaltabilir.
Alüminyum köpük, özellikle hafif yapı malzemeleri arasında yer alır. Düşük yoğunluğu, yüksek enerji emme kapasitesi ve iyi sönümleme özellikleri sayesinde otomotiv, makine yapıları, inşaat veya enerji verimli hafif yapı sistemleri gibi uygulamalar için uygundur. Ancak, günümüzde üretimi çoğunlukla alüminyum alaşım tozları ile yapılmakta ve bu da oldukça zahmetli ve maliyetli bir süreçtir.
Fraunhofer IWU araştırmacıları, bu nedenle, toz metalurjisi köpük üretiminde döngüsel malzemelerin kullanımına odaklandılar. Temel olarak, saf alüminyum talaşlar, üretim atıkları ve kullanım ömrü sonu malzemeleri, mekanik olarak işlenip yeni alüminyum köpükler için başlangıç malzemesi olarak kullanılabilir.
Yeni toz yerine işlenmiş talaşlar
Özellikle umut verici bir yaklaşım, enerji yoğun bir şekilde üretilen (yeni) alüminyum alaşım tozunun kısmen veya tamamen işlenmiş alüminyum talaşları ile değiştirilmesidir.
Araştırmalar, talaşların öğütülmesi ve sınıflandırılması (boyutlarına göre ayrılması) ile köpük üretimi için başarılı bir şekilde işlenebilen toz benzeri bir başlangıç malzemesi elde edildiğini göstermiştir. Elde edilen köpükler, geleneksel olarak üretilen alüminyum köpükler ile karşılaştırılabilir yapılar ve yoğunluklar elde etmektedir.
»Üretim atıklarının doğrudan malzeme döngüsünde kullanımı önemli ekolojik ve ekonomik potansiyeller sunmaktadır«, diyor Fraunhofer IWU Metal Köpük Grubu Başkanı Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld. İkinci alüminyum üretiminin, birincil alüminyumdan çok daha az enerji gerektirdiği vurgulanmalıdır. Bu sayede hem malzeme maliyetleri hem de CO₂ emisyonları azaltılabilir.
Üretim atığından işlevsel malzemeye geri dönüş
Araştırmacılar ayrıca, folyo, bobinler (büyük alüminyum levha rulolarından kesim atıkları) veya jant malzemesi gibi daha büyük alüminyum atıklarının işlenmesini de incelediler. Kesme, kırma, öğütme ve eleme gibi çok aşamalı mekanik süreçler ile köpük üretimi için tanımlı parçacık boyutları elde edilebilmektedir. Kullanımdan çıkmış alüminyum köpük bileşenleri de esasen malzeme döngüsüne yeniden entegre edilebilir. Bunun için ekip, parçalama, ayırma ve malzeme uygun işleme stratejileri geliştirdi.
Özellikle önemli olan, geri dönüşümün sadece basit bir eritme işlemi ile sınırlı kalmamasıdır. Bunun yerine, Fraunhofer IWU, katı hal geri dönüşümünün (Solid-State-Recycling) yaklaşımlarını takip etmektedir. Bu sayede mevcut malzeme yapısının büyük bölümleri korunmakta, böylece ek enerji tasarrufu sağlanmakta ve malzeme kayıpları önlenebilmektedir.
NHafif yapı için döngüsel ekonomi için yeni perspektifler
Sonuçlar, alüminyum hurdasının toz formunda, yeni üretilen alüminyum alaşım tozuna teknik olarak eşdeğer bir alternatif olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Böylece alüminyum köpüklerin daha kaynak dostu bir üretimi yakın bir gelecekte mümkün hale gelmektedir. Araştırmacılar, bunu özellikle otomotiv, makine mühendisliği veya demiryolu teknolojisi gibi yüksek hafif yapı gereksinimlerine sahip sektörlerde döngüsel değer zincirleri için önemli bir yapı taşı olarak görmektedir.
Endüstriyel bir uygulama için çalışmaların şimdi devam etmesi planlanmaktadır. Gelecek araştırma projeleri, özellikle değişken hurda kalitelerinin malzeme özelliklerinin istikrarını sağlamak ve kapsamlı yaşam döngüsü analizlerine odaklanacaktır. Böylece hurda bazlı köpük üretiminin ekolojik avantajları nicel olarak kanıtlanacak ve teknoloji geniş bir endüstriyel kullanım için hazırlanacaktır.
Araştırma ortakları aranmaktadır
Fraunhofer IWU, bulgularını daha ileri araştırma projelerine dahil etmekte ve alüminyum köpüğün döngüsel uygunluğu ile ilgili çalışma ve veri tabanının güvence altına alınması ve genişletilmesi konusunda işbirliği yapmak isteyen ortakları memnuniyetle karşılamaktadır.
Arka plan: Alüminyum köpük
Alüminyum köpük, yoğunluğu bir gramın altında olan ultra hafif metalik bir yapı malzemesidir. Yüksek sertliği, düşük ağırlığı ve enerji emme ile sönümleme özellikleri sayesinde, sandviç yapılar, çarpışma sistemleri ve hafif yapı bileşenleri gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Fraunhofer IWU, bu malzeme için kaynak verimli üretim yöntemleri, geri dönüşüm ve döngüsel kavramlar üzerinde uzun yıllardır araştırmalar yapmaktadır.
İletişim:
