Forschungspartner gesucht
So bekommt Aluminiumschaum ein zweites Leben
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU führen Produktionsreste, Aluminiumspäne und ausgediente Aluminiumschaumbauteile gezielt in den Herstellungsprozess zurück. Das könnte den Einsatz von Primärmaterial deutlich reduzieren.
Aluminiumschaum ist ein ultraleichter metallischer Strukturwerkstoff mit einer Dichte von deutlich unter einem Gramm pro Kubikzentimeter. Aufgrund seiner hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht sowie seiner Energieaufnahme- und Dämpfungseigenschaften wird er unter anderem in Sandwichstrukturen, Crashsystemen und Leichtbaukomponenten eingesetzt.
Aluminiumschaum wird heute überwiegend mithilfe von Aluminiumlegierungspulvern hergestellt, deren Produktion jedoch vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv ist.
Die Forscher des Fraunhofer IWU konzentrierten sich deshalb auf einen bislang wenig beachteten Nachhaltigkeitshebel: die Nutzung von Kreislaufmaterialien innerhalb der pulvermetallurgischen Schaumfertigung. Im Mittelpunkt standen sortenreine Aluminiumspäne, Produktionsreste und End-of-Life-Materialien, die mechanisch aufbereitet und als Ausgangsmaterial für neue Aluminiumschäume genutzt werden können.
Aufbereitete Späne statt neuem Pulver
Ein besonders vielversprechender Ansatz besteht darin, energieintensiv hergestelltes (neues) Aluminiumlegierungspulver teilweise oder vollständig durch aufbereitete Aluminiumspäne zu ersetzen. Die Untersuchungen zeigten, dass durch Mahlen und Klassieren (nach der Größe Sortieren) der Späne ein pulverförmiger Ausgangsstoff entsteht, der sich erfolgreich zu schäumbaren Halbzeugen verarbeiten lässt. Die daraus erzeugten Schäume erreichen vergleichbare Strukturen und Dichten wie konventionell hergestellte Aluminiumschäume.
»Die Nutzung von Produktionsabfällen direkt im Werkstoffkreislauf bietet erhebliche ökologische und wirtschaftliche Potenziale«, erklärt Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, Leiter der Gruppe Metallschaum am Fraunhofer IWU. Auch benötigt die Herstellung von Sekundäraluminium deutlich weniger Energie als für Primäraluminium. Dadurch lassen sich sowohl Materialkosten als auch CO₂-Emissionen reduzieren.
Vom Produktionsabfall zurück zum Funktionswerkstoff
Die Forscher und Forscherinnen untersuchten darüber hinaus die Aufbereitung größerer Aluminiumreste wie Folien, Zuschnittsreste großer Rollen Aluminiumblech (Coils) oder Felgenmaterial. Durch mehrstufige mechanische Prozesse wie Schneiden, Brechen, Mahlen und Sieben konnten daraus definierte Partikelgrößen für die Schaumherstellung erzeugt werden. Auch ausgediente Bauteile aus Aluminiumschaum lassen sich prinzipiell wieder in den Materialkreislauf integrieren. Dafür entwickelte das Team geeignete Strategien zur Zerkleinerung, Sortierung und werkstoffgerechten Weiterverarbeitung.
Die Wiederverwertung bleibt aber nicht auf einfaches Einschmelzen beschränkt. Stattdessen verfolgt das Fraunhofer IWU Ansätze des sogenannten Solid-State-Recyclings. Dabei bleiben große Teile der vorhandenen Materialstruktur erhalten, wodurch zusätzliche Energie eingespart und Materialverluste vermieden werden können.
Neue Perspektiven für Kreislaufwirtschaft im Leichtbau
Aluminiumschrott in pulverförmiger Form könnte somit als technisch gleichwertige Alternative zu neu erzeugtem Aluminiumlegierungspulver eingesetzt werden und deutlich ressourcenschonender hergestellt werden. Das IWU bewertet das als wichtigen Baustein für zirkuläre Wertschöpfungsketten wie Automobilbau, Maschinenbau oder Bahntechnik.
Für eine industrielle Umsetzung sollen die Arbeiten nun weitergeführt werden. Künftige Forschungsvorhaben zielen insbesondere auf die Stabilisierung der Materialeigenschaften schwankender Schrottqualitäten sowie auf Lebenszyklusanalysen. Damit sollen die ökologischen Vorteile der schrottbasierten Schaumfertigung quantitativ belegt und die Technologie für einen breiten industriellen Einsatz vorbereitet werden.
Forschungspartner gesucht
Das Fraunhofer IWU sucht für weiterführende Forschungsprojekte Partner, die an der Absicherung und Verbreiterung der Studienlage und Datenbasis zur Kreislauffähigkeit von Aluminiumschaum mitarbeiten möchten. Ansprechpartner: Dr. Jörg Hohlfeld, Fraunhofer IWU in Chemnitz, joerg.hohlfeld@iwu.fraunhofer.de.
