Neue Legierungsfamilien aus recyceltem Aluminium für Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Hanka Becker
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524220218

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.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen