Neue Legierungsfamilien aus recyceltem Aluminium für Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung

Die Notwendigkeit mit recycelten, sekundären Materialien umzugehen, steigt stetig an. Im Sinne der Kreislaufwirtschaft, Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung bietet die Nutzung recycelter, sekundärer Al-Legierungen, bzw. Kreislauf-Al-Legierungen, vergleichsweise besonders große Potentiale. Die Produktion von Primäraluminium macht 3% der gesamten Treibhausgasemission aus (15% der Emission im industriellen Sektor). Sie bedarf 1% der weltweiten Energieproduktion. Der Energieverbrauch für die Verarbeitung von Kreislauf-Al-Legierungen liegt im Vergleich zu Primäraluminium bei nur 5%. Die Wirkung der Nutzung von Kreislauf-Al-Legierungen zur Reduzierung der Emissionen ist enorm. Es wird geschätzt, dass sich die Menge von Kreislauf-Al die Primäraluminiumproduktion in wenigen Jahren übersteigen wird. Im Recyclingprozess reichern sich Verunreinigungs- und Begleitelemente wie Fe, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni und Zn über die Toleranzgrenzen hinaus an. Diese Elemente wirken sich durch die Ausbildung intermetallischer Phasen vorwiegend negativ auf die Eigenschaften im gesamten Anwendungsspektrum von Aluminium aus. Die ursächliche Entfernung der Verunreinigungs- und Begleitelemente ist mit unakzeptabel hohem Energieaufwand oder Materialverlust verbunden oder man erreicht nur eine Teilreduzierung. Aktuell wird zum Zweck der Einhaltung von Zusammensetzungstoleranzen der Legierungen hochenergetisch produziertes reines Primäraluminium zur Verdünnung hinzugegeben. Es wird jedoch erwartet, dass es in Zukunft Grenzen für die Nutzung von Primäraluminium in neuen Produkten geben wird. Die Erforschung des Umgangs mit beim Recycling unvermeidlich eingebrachten Verunreinigungs- und Begleitelementen bei Beibehaltung der Qualität für die Anwendung der Kreislauf-Al-Legierungen ist von außerordentlichem Interesse für Umwelt und Volkswirtschaft. Das beantragte Vorhaben hat das visionäre Ziel, grundlagenwissenschaftliche Erkenntnisse zu legen, um neue Familien von Kreislauf-Al-Legierungen zu schaffen, deren herausragende Eigenschaften mit denen der klassischen Legierungen vergleichbar oder besser und wirtschaftlich sinnvoll sind sowie den Nachhaltigkeitsanspruch erfüllen und in weiteren Kreislaufzyklen nicht degradieren. Es soll damit möglich werden, jede recycelte Al-Komponente als Kreislauf-Al-Legierung zu integrieren. Die intermetallischen Phasen werden hier durch neuartige Veredler gezielt so eingestellt werden, dass deren Präsenz im Gefüge ohne Nachteile toleriert oder sogar genutzt werden kann. Die Erforschung der Herstellung und Wirkung von neuen maßgeschneiderten aktiv-reaktiven Kornfeinern und zusätzlichen grenzflächenaktiven Elementen unter der Nutzung von extrahierten und aufbereiteten legierungseigenen intermetallischen Partikeln mit den Verunreinigungs- und Begleitelementen selbst auf die Bildung der intermetallischen Phasen stellt den Schlüssel für die zweckentsprechende Nutzung ebenjener unvermeidbaren Verunreinigungs- und Begleitelementen dar.

New alloy families made from recycled aluminum for sustainability and conservation of resources

The need to deal with recycled, secondary materials is constantly increasing. In terms of circular economy, sustainability and resource conservation, the use of recycled, secondary aluminum alloys or closed-loop aluminum alloys offers comparatively particularly large potential. The production of primary aluminum accounts for 3% of total greenhouse gas emissions (15% of emissions in the industrial sector). It requires 1% of global energy production. The energy consumption for processing circular Al alloys is only 5% compared to primary aluminum. The effect of using closed-loop Al alloys to reduce emissions is enormous. It is estimated that the amount of recycled Al will exceed the primary aluminum production in a few years. In the recycling process, impurity and accompanying elements such as Fe, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni and Zn accumulate beyond the tolerance limits. Due to the formation of intermetallic phases, these elements have a predominantly negative effect on the properties in the entire range of applications of aluminum. The causal removal of the impurity and accompanying elements is associated with an unacceptable high energy consumption or loss of material, or only a partial reduction is achievable. Currently, high-energy pure primary aluminum is added for dilution in order to comply with compositional tolerances of the alloys. However, it is expected that there will be limits for the use of primary aluminum in new products in the future. Research into how to deal with the impurities and accompanying elements that are unavoidably introduced during recycling while maintaining the quality for the use of closed-loop aluminum alloys is of exceptional interest for the environment and the economy. The proposed project has the visionary goal of laying fundamental scientific findings in order to create new families of closed-loop aluminum alloys whose outstanding properties are comparable to or better than those of classic alloys and make economic sense, as well as meeting the sustainability requirement and not degrading in further circulatory cycles. It should thus be possible to integrate every recycled Al component as a closed-loop Al alloy. Here, the intermetallic phases are specifically adjusted by new refiners so that their presence in the microstructure can be tolerated or even be used without any disadvantages. Research into the production and effect of new tailor-made active-reactive refiners and additional surface-active elements using extracted and processed alloy-specific intermetallic particles with the impurity and accompanying elements themselves on the formation of the intermetallic phases provides the key for the appropriate use of those unavoidable impurity - and accompanying elements.