Aluminiumspäne statt Neumaterial

Aluminium ist ein Schlüsselwerkstoff für nachhaltige Mobilität und den Leichtbau. Seine Gewinnung ist jedoch energieintensiv. Deshalb arbeiten Forschende am Fraunhofer IWU an Methoden, wie sich Produktionsreste, Aluminiumspäne und ausgediente Aluminiumschaumteile gezielt in den Herstellungsprozess zurückführen lassen. Die Ergebnisse eröffnen neue Wege für eine kreislauforientierte Produktion von Aluminiumschaum.

Aluminiumschaum zeigt sehr hohe Energieabsorption

Aluminiumschaum zählt zu den besonders leichtgewichtigen Strukturwerkstoffen. Aufgrund seiner geringen Dichte, der hohen Energieabsorptionsfähigkeit und seiner guten Dämpfungsqualität eignet er sich unter anderem für Anwendungen im Fahrzeugbau, in Maschinenstrukturen, im Bauwesen oder in energieeffizienten Leichtbausystemen.

Seine Herstellung erfolgt heute jedoch überwiegend mithilfe von Aluminiumlegierungspulvern, deren Produktion vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv ist. Forschende am 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. Ein besonders vielversprechender Ansatz besteht darin, energieintensiv hergestelltes Aluminiumpulver 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 Forschenden untersuchten darüber hinaus die Aufbereitung größerer Aluminiumreste wie Folien, Coils (Zuschnittsreste großer Rollen Aluminiumblech) 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. Bedeutsam ist dabei, dass die Wiederverwertung nicht auf einfaches Einschmelzen beschränkt bleibt.

Stattdessen verfolgt das Fraunhofer IWU um Dr. Jörg Hohlfeld Ansätze des sogenannten Solid-State-Recyclings. Dabei bleiben große Teile der vorhandenen Materialstruktur erhalten, wodurch zusätzliche Energie eingespart und Materialverluste vermieden werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass Aluminiumschrott in pulverförmiger Form als technisch gleichwertige Alternative zu neu erzeugtem Aluminiumlegierungspulver eingesetzt werden kann. Damit rückt eine deutlich ressourcenschonendere Herstellung von Aluminiumschäumen in greifbare Nähe.

Für eine industrielle Umsetzung sollen die Arbeiten nun weitergeführt werden. Künftige Forschungsvorhaben zielen insbesondere auf die Stabilisierung der Materialeigenschaften schwankender Schrottqualitäten sowie auf umfassende Lebenszyklusanalysen. Damit sollen die ökologischen Vorteile der schrottbasierten Schaumfertigung quantitativ belegt und die Technologie für einen breiten industriellen Einsatz vorbereitet werden.

www.iwu.fraunhofer.de