Алюміній є ключовим матеріалом для сталого транспорту та ресурсоефективних продуктів. Однак його виробництво є енергоємним. Дослідники Інституту Фраунгофера з верстатобудування та формування IWU тепер демонструють, як виробничі залишки, алюмінієві стружки та відпрацьовані алюмінієві піноелементи можна цілеспрямовано повернути в процес виробництва.
Результати відкривають нові шляхи для циклічно орієнтованого виробництва алюмінієвої піни і можуть значно зменшити використання первинних матеріалів.
Алюмінієва піна є одним з особливо легких структурних матеріалів. Завдяки своїй низькій щільності, високій здатності до поглинання енергії та хорошим демпфуючим властивостям, вона підходить, зокрема, для застосувань у автомобілебудуванні, в машинних структурах, у будівництві або в енергоефективних легких конструкціях. Однак її виробництво сьогодні в основному здійснюється за допомогою порошків алюмінієвих сплавів, виробництво яких є порівняно складним і витратним.
Дослідники Fraunhofer IWU тому зосередилися на ще недостатньо вивченому важелі сталого розвитку: використанні циклічних матеріалів у порошковій металургійній піно-виробництві. У центрі уваги були чисті алюмінієві стружки, виробничі залишки та матеріали з кінця життєвого циклу, які механічно обробляються і використовуються як вихідний матеріал для нових алюмінієвих пін.
Підготовлені стружки замість нового порошку
Особливо перспективним підходом є часткове або повне заміщення енергоємно виробленого (нового) порошку алюмінієвого сплаву підготовленими алюмінієвими стружками.
Дослідження показали, що шляхом подрібнення та класифікації (сортування за розміром) стружок утворюється порошкоподібна вихідна сировина, яка може бути успішно перероблена в піноподібні напівфабрикати. Піни, що отримуються з них, досягають порівнянних структур і щільностей з традиційно виготовленими алюмінієвими пінами.
«Використання виробничих відходів безпосередньо в матеріальному циклі пропонує значні екологічні та економічні потенціали», - пояснює доктор інженерії Йорг Хольфельд, керівник групи металевої піни в Fraunhofer IWU. Особливо важливо, що для виробництва вторинного алюмінію потрібно значно менше енергії, ніж для первинного алюмінію. Це дозволяє зменшити як витрати на матеріали, так і викиди CO₂.
Від виробничих відходів назад до функціонального матеріалу
Дослідники також вивчали обробку великих алюмінієвих залишків, таких як плівки, котушки (залишки різання великих рулонів алюмінієвого листа) або матеріал для дисків. За допомогою багатоступеневих механічних процесів, таких як різання, ламання, подрібнення та просіювання, можна було отримати визначені розміри частинок для виробництва піни. Також відпрацьовані елементи з алюмінієвої піни принципово можуть бути знову інтегровані в матеріальний цикл. Для цього команда розробила відповідні стратегії для подрібнення, сортування та матеріально відповідної подальшої обробки.
Особливо важливо, що повторне використання не обмежується простим переплавленням. Натомість Fraunhofer IWU переслідує підходи так званого Solid-State-рециркуляції. При цьому великі частини наявної матеріальної структури зберігаються, що дозволяє заощадити додаткову енергію та уникнути втрат матеріалу.
Nнові перспективи для циркулярної економіки в легкому будівництві
Результати показують, що алюмінієвий брухт у порошкоподібній формі може бути використаний як технічно рівноцінна альтернатива новоствореному порошку алюмінієвого сплаву. Це наближає значно ресурсозберігаюче виробництво алюмінієвих пін до реальності. Дослідники вважають це важливим елементом для циркулярних ланцюгів створення вартості, особливо в галузях з високими вимогами до легкого будівництва, таких як автомобілебудування, машинобудування або залізнична техніка.
Для промислової реалізації роботи тепер будуть продовжені. Майбутні дослідницькі проекти зосередяться, зокрема, на стабілізації властивостей матеріалу змінних якостей брухту, а також на всебічних аналізах життєвого циклу. Це має на меті кількісно підтвердити екологічні переваги виробництва піни на основі брухту та підготувати технологію для широкого промислового використання.
Шукаємо партнерів для дослідження
Fraunhofer IWU з радістю ділиться своїми знаннями у подальших дослідницьких проектах і чекає на партнерів, які хочуть працювати над забезпеченням і розширенням бази даних та досліджень щодо циклічності алюмінієвої піни.
Передумови: алюмінієва піна
Алюмінієва піна - це ультралегкий металевий структурний матеріал з щільністю значно нижче одного грама на кубічний сантиметр. Завдяки своїй високій жорсткості при невеликій вазі, а також своїм властивостям поглинання енергії та демпфування, вона використовується, зокрема, в сендвіч-структурах, системах аварійного захисту та компонентах легкого будівництва. Fraunhofer IWU вже багато років досліджує ресурсоефективні методи виробництва, а також концепції переробки та циклічності для цього матеріалу.
Контакт:
