Neues Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik zur Herstellung von Aluminiumschaum aus Aluminiumabfällen

de.wedoany.com-Bericht: Aluminium ist ein wichtiger Werkstoff für nachhaltige Mobilität und ressourcenschonende Produkte, doch seine Herstellung ist äußerst energieintensiv. Das Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (Fraunhofer IWU) hat einen neuen Recyclingweg aufgezeigt, mit dem Produktionsabfälle, Aluminiumspäne sowie ausgediente Aluminiumschaumkomponenten gezielt in den Produktionsprozess zurückgeführt werden können. Dies macht eine kreislauforientierte Produktion von Aluminiumschaum praktikabler und könnte zugleich den Einsatz von Primäraluminium reduzieren.

Aluminiumschaum zählt zu den Leichtbaustrukturen und zeichnet sich durch geringe Dichte, hohe Energieabsorption und gute Dämpfungseigenschaften aus. Er wird häufig im Automobilbau, in Maschinenstrukturen, im Bauwesen sowie in energieeffizienten Leichtbausystemen eingesetzt. Derzeit wird dieses Material überwiegend durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt, wobei Aluminiumlegierungspulver als Ausgangsmaterial dient; die Pulverherstellung ist relativ aufwendig und mit hohen Kosten verbunden.

Das Team konzentriert sich auf die Nutzung von Recyclingmaterialien in der pulvermetallurgischen Schaumproduktion, darunter Aluminiumspäne in Reinqualität, Produktionsabfälle und ausgediente Materialien. Ein zentraler Ansatz besteht darin, die energieintensiven neuen Aluminiumlegierungspulver teilweise oder vollständig durch aufbereitete Aluminiumspäne zu ersetzen: Die Späne werden durch Mahlen und Klassierung in einen pulverförmigen Rohstoff überführt, der weiter zu aufschäumbaren Halbzeugen verarbeitet werden kann. Die daraus hergestellten Schäume weisen eine mit konventionell gefertigten Produkten vergleichbare Struktur und Dichte auf.

Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, Leiter der Gruppe Metallschaum am Fraunhofer IWU, weist darauf hin, dass die direkte Rückführung von Produktionsabfällen in den Materialkreislauf einen hohen ökologischen und ökonomischen Wert besitzt; die Herstellung von Recyclingaluminium benötigt deutlich weniger Energie als die von Primäraluminium, wodurch auch Materialkosten und CO₂-Emissionen gleichermaßen sinken.

Neben Aluminiumspänen umfasst die Forschung auch größere Aluminiumabfälle wie Folien, Coils (Randabschnitte großer Aluminiumblechrollen) und Felgenmaterialien. Nach mehreren mechanischen Prozessschritten wie Schneiden, Brechen, Mahlen und Sieben lässt sich eine für die Schaumproduktion geeignete definierte Korngröße erzielen. Theoretisch können auch ausgediente Aluminiumschaumkomponenten in den Materialkreislauf zurückgeführt werden; das Team hat hierfür entsprechende Aufbereitungsverfahren für das Brechen, Sortieren und die Klassifizierung nach Materialeigenschaften entwickelt. Das Recycling erfolgt nicht über ein einfaches Umschmelzen, sondern über ein Feststoffrecycling (Solid-State-Recycling), wodurch ein Großteil der ursprünglichen Materialstruktur im Endprodukt erhalten bleibt und so Energieverbrauch sowie Materialverluste reduziert werden.

Die Forschung zeigt, dass pulverförmige Aluminiumabfälle technisch gleichwertig neue Aluminiumlegierungspulver ersetzen können. In Bereichen mit hohen Leichtbauanforderungen wie Automobilbau, Maschinenbau und Schienentechnik unterstützen solche Recyclingansätze den Aufbau kreislauforientierter Wertschöpfungsketten. Als nächsten Schritt plant das Team, die Materialeigenschaften bei schwankender Abfallqualität weiter zu stabilisieren und zugleich eine Lebenszyklusanalyse durchzuführen, um quantitative Daten für industrielle Anwendungen bereitzustellen.