Aluminiumschaum: Späne statt Neupulver
in kürze
Aluminium gilt als wichtiger Werkstoff für nachhaltige Mobilität und ressourceneffiziente Produkte. Seine Herstellung ist jedoch energieintensiv. Forschende des Fraunhofer IWU zeigen, wie sich Produktionsreste, Aluminiumspäne und ausgediente Aluminiumschaumbauteile gezielt in den Herstellungsprozess zurückführen lassen.
Kreislaufmaterialien für Aluminiumschaum
Aluminiumschaum zählt zu den besonders leichten Strukturwerkstoffen. Aufgrund seiner geringen Dichte, hohen Energieabsorptionsfähigkeit und guten Dämpfungseigenschaften eignet er sich unter anderem für Anwendungen im Fahrzeugbau, in Maschinenstrukturen, im Bauwesen und in energieeffizienten Leichtbausystemen.
Die Herstellung erfolgt heute überwiegend mithilfe von Aluminiumlegierungspulvern. Deren Produktion ist vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv. Genau hier setzt die Forschung des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU an: Produktionsreste, Aluminiumspäne und ausgediente Aluminiumschaumbauteile sollen nicht nur recycelt, sondern gezielt in die pulvermetallurgische Schaumfertigung zurückgeführt werden.
Im Mittelpunkt stehen sortenreine Aluminiumspäne, Produktionsreste und End-of-Life-Materialien. Diese werden mechanisch aufbereitet und als Ausgangsmaterial für neue Aluminiumschäume nutzbar gemacht. Damit entsteht ein Ansatz, der den Einsatz von Primärmaterial reduzieren und neue Wege für eine kreislauforientierte Produktion eröffnen kann.
Aufbereitete Späne ersetzen neues Pulver
Ein besonders vielversprechender Ansatz besteht darin, energieintensiv hergestelltes Aluminiumlegierungspulver teilweise oder vollständig durch aufbereitete Aluminiumspäne zu ersetzen. Durch Mahlen und Klassieren der Späne entsteht ein pulverförmiger Ausgangsstoff, der sich zu schäumbaren Halbzeugen verarbeiten lässt.
Die daraus erzeugten Schäume erreichen vergleichbare Strukturen und Dichten wie konventionell hergestellte Aluminiumschäume. Damit zeigen die Untersuchungen, dass Aluminiumspäne nicht nur als Reststoff betrachtet werden müssen, sondern als technisch nutzbares Material für neue Leichtbaustrukturen eingesetzt werden können.
„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. Besonders relevant ist dabei der Energiebedarf: Für die Herstellung von Sekundäraluminium wird deutlich weniger Energie benötigt als für Primäraluminium. Dadurch können sowohl Materialkosten als auch CO₂-Emissionen reduziert werden.
Vom Abfall zum Funktionswerkstoff
Neben Aluminiumspänen untersuchte das Fraunhofer IWU auch größere Aluminiumreste. Dazu gehören Folien, Coils, also Zuschnittsreste großer Rollen aus Aluminiumblech, sowie Felgenmaterial. Durch mehrstufige mechanische Prozesse wie Schneiden, Brechen, Mahlen und Sieben lassen sich daraus definierte Partikelgrößen für die Schaumherstellung erzeugen.
Auch ausgediente Bauteile aus Aluminiumschaum können prinzipiell wieder in den Materialkreislauf integriert werden. Dafür entwickelte das Forschungsteam Strategien zur Zerkleinerung, Sortierung und werkstoffgerechten Weiterverarbeitung.
Entscheidend ist, dass die Wiederverwertung nicht auf einfaches Einschmelzen beschränkt bleibt. Das Fraunhofer IWU verfolgt Ansätze des Solid-State-Recyclings. Dabei bleiben große Teile der vorhandenen Materialstruktur erhalten. Das kann zusätzliche Energie einsparen und Materialverluste vermeiden.
Neue Perspektiven für Kreislaufwirtschaft im Leichtbau
Die Ergebnisse zeigen, dass Aluminiumschrott in pulverförmiger Form als technisch gleichwertige Alternative zu neu erzeugtem Aluminiumlegierungspulver eingesetzt werden kann. Damit rückt eine ressourcenschonendere Herstellung von Aluminiumschäumen näher.
Für Branchen mit hohen Leichtbauanforderungen ist dieser Ansatz besonders relevant. Dazu zählen Automobilbau, Maschinenbau und Bahntechnik. Dort können Aluminiumschäume dazu beitragen, leichte und zugleich funktionale Strukturen zu entwickeln. Wenn die Herstellung stärker auf Kreislaufmaterialien setzt, lassen sich Leichtbau und Ressourceneffizienz enger miteinander verbinden.
Für die industrielle Umsetzung sollen die Arbeiten weitergeführt werden. Künftige Forschungsvorhaben konzentrieren sich insbesondere auf die Stabilisierung der Materialeigenschaften bei schwankenden Schrottqualitäten. Außerdem sollen umfassende Lebenszyklusanalysen die ökologischen Vorteile der schrottbasierten Schaumfertigung quantitativ belegen und die Technologie für einen breiteren industriellen Einsatz vorbereiten.
Das Wichtigste auf einen Blick:
- Das Fraunhofer IWU untersucht neue Kreislaufpfade für die Herstellung von Aluminiumschaum.
- Aufbereitete Aluminiumspäne können energieintensiv hergestelltes Aluminiumlegierungspulver teilweise oder vollständig ersetzen.
- Solid-State-Recycling kann helfen, Energie einzusparen und Materialverluste zu vermeiden.
- Die Forschung ist besonders für Leichtbauanwendungen in Fahrzeugbau, Maschinenbau und Bahntechnik relevant.
FAQ
Aufbereitete Aluminiumspäne können als pulverförmiger Ausgangsstoff für schäumbare Halbzeuge dienen. Dadurch lässt sich neues Aluminiumlegierungspulver teilweise oder vollständig ersetzen.
Beim Solid-State-Recycling wird Material wiederverwertet, ohne es vollständig einzuschmelzen. Große Teile der vorhandenen Materialstruktur bleiben erhalten, wodurch Energie eingespart und Materialverluste vermieden werden können.
Aluminiumschaum eignet sich unter anderem für Fahrzeugbau, Maschinenstrukturen, Bauwesen, Bahntechnik und energieeffiziente Leichtbausysteme.
Die weiteren Arbeiten sollen sich auf stabile Materialeigenschaften bei schwankenden Schrottqualitäten und auf umfassende Lebenszyklusanalysen konzentrieren.
