Aluminium hat sich als ein essenzieller Werkstoff für die Entwicklung nachhaltiger Mobilität und ressourcenschonender Produkte etabliert. Allerdings ist die traditionelle Herstellung von Aluminium energieaufwendig und verursacht hohe CO₂-Emissionen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU haben nun vielversprechende Methoden entwickelt, um Produktionsabfälle, Aluminiumspäne sowie ausgediente Bauteile aus Aluminiumschaum in den Herstellungsprozess zurückzuführen. Diese Ansätze könnten signifikant dazu beitragen, den Bedarf an primärem Aluminium zu reduzieren und die Umweltauswirkungen der Aluminiumproduktion zu minimieren.
Aluminiumschaum ist bekannt für seine außergewöhnlichen Eigenschaften. Mit einer sehr niedrigen Dichte und einer hohen Fähigkeit zur Energieabsorption sowie Dämpfung ist er ideal für verschiedene Anwendungen, wie etwa im Fahrzeugbau, in Maschinenkonstruktionen, im Bauwesen und in modernen Leichtbausystemen. Bisher wurde Aluminiumschaum hauptsächlich aus Aluminiumlegierungspulvern hergestellt, deren Produktion sowohl zeit- als auch kostenintensiv ist. Um diese Herausforderungen zu überwinden, haben sich die Wissenschaftler des Fraunhofer IWU auf die Verwendung von Kreislaufmaterialien in der pulvermetallurgischen Schaumfertigung konzentriert.
Ein zukunftsträchtiger Ansatz der Forschung besteht darin, die energieintensive Produktion von neuem Aluminiumlegierungspulver durch aufbereitete Aluminiumspäne zu ersetzen oder zu ergänzen. Die Studien haben gezeigt, dass durch das Mahlen und Klassifizieren dieser Späne ein geeignetes pulverförmiges Ausgangsmaterial entsteht, das sich effizient zu schäumbaren Halbzeugen verarbeiten lässt. Die so hergestellten Aluminiumschäume erreichen dabei eine vergleichbare Struktur und Dichte wie konventionell gefertigte Varianten.
Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, der Leiter der Metallschaum-Gruppe am Fraunhofer IWU, hebt die ökologischen und ökonomischen Vorteile hervor, die sich aus der direkten Integration von Produktionsabfällen in den Werkstoffkreislauf ergeben. Insbesondere ist der Energieverbrauch für die Herstellung von Sekundäraluminium deutlich geringer als für Primäraluminium, was sowohl Materialkosten als auch CO₂-Emissionen reduziert.
Die Forscher haben auch die Möglichkeit untersucht, größere Aluminiumreste, beispielsweise aus Folien, Coils oder Felgenmaterial, in den Produktionsprozess einzubinden. Durch gezielte mechanische Aufbereitung, die Schneiden, Brechen, Mahlen und Sieben umfasst, können definierte Partikelgrößen für die Schaumherstellung gewonnen werden. Darüber hinaus haben die Wissenschaftler Strategien entwickelt, um ausgediente Aluminiumschaumbauteile wieder in den Materialkreislauf zu integrieren. Dies geschieht durch geeignete Verfahren zur Zerkleinerung, Sortierung und materialgerechten Verarbeitung, wobei der Fokus auf dem sogenannten Solid-State-Recycling liegt. Dieses Verfahren bewahrt große Teile der ursprünglichen Materialstruktur und trägt dazu bei, Energie zu sparen und Materialverluste zu vermeiden.
Die Ergebnisse der Forschungen zeigen, dass Aluminiumschrott in pulverisierter Form als gleichwertige Alternative zu neuem Aluminiumlegierungspulver eingesetzt werden kann. Dies bringt eine ressourcenschonende Herstellung von Aluminiumschäumen in greifbare Nähe. Die Entwickler sehen hierin einen bedeutenden Schritt hin zu einer zirkulären Wertschöpfung, insbesondere in Industrien, die hohe Anforderungen an Leichtbauweisen stellen, wie dem Automobil- und Maschinenbau sowie der Bahntechnik.
Für die zukünftige industrielle Umsetzung der entwickelten Verfahren ist eine Fortführung der Forschung geplant. Künftige Projekte sollen sich insbesondere mit der Stabilisierung der Materialeigenschaften variierender Schrottqualitäten und umfassenden Lebenszyklusanalysen beschäftigen, um die ökologischen Vorteile der schrottbasierten Schaumfertigung nachweislich zu belegen und die Technologie für den breiten industriellen Einsatz vorzubereiten.
Das Fraunhofer IWU ist offen für Kooperationen und freut sich über Partner, die die Weiterentwicklung und Verbreiterung der Erkenntnisse zur Kreislauffähigkeit von Aluminiumschaum unterstützen möchten. In den letzten Jahren hat das Fraunhofer IWU kontinuierlich an ressourcenschonenden Herstellungsverfahren sowie Recycling- und Kreislaufkonzepten gearbeitet, um die Verwendung von Aluminiumschaum nachhaltig zu gestalten.
