Nowe możliwości recyklingu pianki aluminiowej
Fraunhofer IWUAluminium to kluczowy materiał dla zrównoważonej mobilności i produkcji oszczędzającej zasoby, jednak jego produkcja wymaga dużych nakładów energii. Naukowcy z Instytutu Fraunhofera ds. Obrabiarek i Technologii Formowania (IWU) pokazali, jak złom poprodukcyjny, wióry aluminiowe i wycofane z eksploatacji komponenty z pianki aluminiowej można wprowadzać ponownie do procesu produkcyjnego. Ich odkrycia otwierają nowe możliwości cyrkularnej produkcji pianki aluminiowej i mogą znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie na surowce pierwotne.
Pianka aluminiowa należy do najlżejszych dostępnych materiałów konstrukcyjnych. Dzięki niskiej gęstości (poniżej 1 g/cm³), wysokiemu stosunkowi sztywności do masy oraz doskonałym właściwościom pochłaniania energii i tłumienia drgań wykorzystywana jest m.in. w konstrukcjach warstwowych, systemach zabezpieczających przed zderzeniami oraz lekkich komponentach. Znajduje więc zastosowanie m.in. w motoryzacji, budowie maszyn, budownictwie oraz w energooszczędnych, lekkich konstrukcjach. Obecnie jednak produkuje się ją głównie z proszków stopów aluminium, których wytwarzanie jest stosunkowo skomplikowane i kosztowne.
Przetworzone wióry zamiast proszku pierwotnego
Naukowcy z Instytutu Fraunhofera IWU prowadzą badania nad wykorzystaniem materiałów z obiegu zamkniętego w produkcji pianek aluminiowych. Przedmiotem ich prac były czyste, jednorodne wióry aluminiowe, złom produkcyjny oraz materiały wycofane z eksploatacji, które po odpowiedniej obróbce mechanicznej można ponownie wykorzystać jako surowiec do wytwarzania nowych pianek aluminiowych.
Jednym z najbardziej obiecujących podejść jest częściowe lub całkowite zastąpienie energochłonnego proszku ze stopu aluminium pierwotnego przetworzonymi wiórami aluminiowymi. Badania wykazały, że mielenie i klasyfikowanie wiórów pozwala uzyskać wsad o konsystencji zbliżonej do proszku, który można z powodzeniem przekształcić w spienialne półprodukty. Uzyskane w ten sposób pianki mają strukturę i gęstość porównywalną z piankami wytwarzanymi metodą konwencjonalną.
– Wykorzystanie odpadów produkcyjnych bezpośrednio w obiegu materiałowym niesie ze sobą duży potencjał środowiskowy i ekonomiczny – wyjaśnia dr inż. Jörg Hohlfeld, kierownik grupy ds. pianek metalowych w Instytucie Fraunhofera IWU.
Istotne jest przy tym, że produkcja aluminium wtórnego wymaga znacznie mniej energii niż produkcja aluminium pierwotnego. Dzięki temu można ograniczyć zarówno koszty materiałowe, jak i emisję CO₂.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Odpady produkcyjne z powrotem jako materiały funkcjonalne
Naukowcy zbadali także możliwości przetwarzania większych pozostałości aluminiowych, takich jak folie, zwoje czy materiał z felg. Dzięki wieloetapowym procesom mechanicznym – cięciu, kruszeniu, mieleniu i przesiewaniu – uzyskali cząstki o określonych rozmiarach, które nadają się do produkcji pianki. Zużyte elementy z pianki aluminiowej można również z powodzeniem ponownie włączyć do obiegu materiałowego. W tym celu zespół opracował strategie rozdrabniania, sortowania i przetwarzania dopasowane do konkretnego rodzaju materiału.
Szczególnie ważne jest to, że recykling nie ogranicza się do prostego przetapiania. Fraunhofer IWU stosuje zamiast tego tzw. metody recyklingu w stanie stałym, w których zachowana zostaje znaczna część istniejącej struktury materiału. Pozwala to na dodatkowe oszczędności energii przy jednoczesnym ograniczeniu strat materiałowych.
Nowe perspektywy dla gospodarki obiegu zamkniętego w inżynierii lekkiej
Wyniki badań pokazują, że złom aluminiowy w postaci proszku może być alternatywą dla nowo wytwarzanego proszku ze stopu aluminium. Otwiera to drogę do znacznie bardziej efektywnej pod względem zasobów produkcji pianek aluminiowych. Naukowcy postrzegają swoje odkrycia jako ważny element łańcucha wartości gospodarki obiegu zamkniętego w przemyśle metalowym – zwłaszcza w sektorach o wysokich wymaganiach dotyczących konstrukcji lekkich, takich jak motoryzacja, budowa maszyn i transport kolejowy.
Prace będą w dalszym ciągu kontynuowane z myślą o wdrożeniu przemysłowym. W kolejnych etapach naukowcy skupią się przede wszystkim na stabilizacji właściwości materiałów mimo wahań jakości złomu, a także na przeprowadzeniu kompleksowej oceny cyklu życia. Celem jest szczegółowe określenie korzyści środowiskowych płynących z produkcji pianek z surowców wtórnych oraz przygotowanie tej technologii do szerokiego zastosowania w przemyśle.
źródło: Fraunhofer IWU
