Es wird erwartet, dass in den nächsten zehn Jahren in Nordamerika große Mengen an Aluminium aus Fahrzeugkarosserieblechen in das Recyclingsystem gelangen. Aufgrund von Verunreinigungen wie Eisen, die beim Demontageprozess eingebracht werden, können diese recycelten Materialien derzeit meist nicht für kritische Fahrzeugkomponenten verwendet werden, was ihren Anwendungswert einschränkt. Das Forschungsteam des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums hat eine neue Aluminiumlegierung namens RidgeAlloy entwickelt, die darauf abzielt, minderwertiges recyceltes Aluminium in eine Materialquelle umzuwandeln, die für die Herstellung von Fahrzeugstrukturteilen geeignet ist.
Das Herstellungsverfahren für RidgeAlloy umfasst das Umschmelzen von recyceltem Aluminium aus Altprodukten und das erneute Gießen zu einer neuen Legierung, die den Anforderungen an Festigkeit, Duktilität und Crashsicherheit für Fahrzeugstrukturkomponenten entspricht. Die ORNL-Forscher verwendeten einen gezielten Legierungsdesignansatz, um den Materialentwicklungsprozess zu beschleunigen. Alan Haynes, Leiter des ORNL Light Metals Core Program, erklärte: „Das Team benötigte nur 15 Monate, um von der Konzeptphase auf dem Papier zur erfolgreichen Demonstration eines Bauteils in Originalgröße aus der neuen Legierung zu gelangen. Diese Innovationsgeschwindigkeit ist bei der Entwicklung komplexer Strukturlegierungen beispiellos.“
Fahrzeuge mit hohem Aluminiumanteil kamen ab etwa 2015 auf den US-Markt, wobei der Ford F-150 Pickup zu den ersten in Großserie produzierten Modellen gehörte. Es wird erwartet, dass die meisten dieser Fahrzeuge Anfang der 2030er Jahre das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Zu diesem Zeitpunkt könnten die Recyclingsysteme in Nordamerika jährlich bis zu 350.000 Tonnen Aluminiumkarosserieschrott aufnehmen. Alex Plotkowski, Leiter der ORNL Computational Coupled Physics Group, merkte an: „Man kann gebrauchtes Aluminium für nicht-strukturelle Produkte wie Motorblöcke wiederverwenden, aber es besitzt nicht die für hochwertige strukturelle Karosserieanwendungen erforderlichen Eigenschaften.“
Um RidgeAlloy zu entwickeln, führte das Forschungsteam mittels Hochdurchsatzrechnung über zwei Millionen Simulationen durch, um Elementkombinationen vorherzusagen, die die gewünschten mechanischen Eigenschaften erzeugen. Die Forscher führten auch Materialanalysen und Neutronenbeugungsexperimente an der ORNL Spallation Neutron Source durch, um die Mechanismen zu verstehen, wie Verunreinigungen die Legierungseigenschaften beeinflussen. Nach der Festlegung der Legierungszusammensetzung produzierte Trialco Aluminum, ein Unternehmen der PSW Group in Chicago, recycelte Aluminiumbarren gemäß dem RidgeAlloy-Design. Diese Barren wurden dann zur Falcon Lakeside Manufacturing in Michigan geschickt, wo sie mittels Hochdruck-Druckgussverfahren zu Fahrzeugkomponenten verarbeitet wurden. Tests bestätigten, dass die Kombination aus Aluminium, Magnesium, Silizium, Eisen und Mangan in RidgeAlloy die Anforderungen für Fahrzeugstrukturguss erfüllt, selbst bei hohen Gehalten an Eisen und Silizium im recycelten Ausgangsmaterial.
Amit Shyam, Leiter der ORNL Alloy Behavior and Design Group, sagte: „Schätzungen zufolge kann der Einsatz von umgeschmolzenem Schrott anstelle von Primäraluminium den für die Teilefertigung benötigten Energiebedarf um bis zu 95 % reduzieren.“ Anfang der 2030er Jahre könnte die RidgeAlloy-Technologie die Produktion von recyceltem Strukturaluminiumguss auf die Hälfte der derzeitigen jährlichen US-Primäraluminiumproduktion steigern. Haynes fügte hinzu: „Die von RidgeAlloy gebotene Technologie ermöglicht die Wiederverwendung der bevorstehenden großen Mengen an hochwertigem, inländisch recyceltem Automobil-Aluminiumblech, genau die Art von Lieferkettenwirkung, die unser Team anstrebt.“ Zu den potenziellen Anwendungsbereichen dieser Technologie gehören auch Industrieanlagen, landwirtschaftliche Maschinen, Luft- und Raumfahrtsysteme sowie Geländefahrzeuge.
