Forsker fram aluminiumsgjenbruk

Ved hjelp av matematiske modeller er forskere og industri i gang med å skreddersy legeringer som skal øke bruksområdet for resirkulert aluminium.

 (Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)

Resirkulering av aluminium krever bare fem prosent av energien som går med til å framstille ny aluminium. Dette gir muligheter for å redusere klimagassutslippet fra framstillingen med 95 prosent.

Men for hver gang aluminium gjenvinnes, blir det en opphopning av legeringsmetaller som jern, silisium og sink, samt sporstoffer som natrium og bly i det resirkulerte materialet.

Dette har til nå satt klare grenser for hva resirkulert aluminium kan brukes til - det til tross for at en stor andel aluminium med høy renhet blir tilsatt for å tynne ut konsentrasjonen av uønskede elementer.

Men nå skal disse grensene flyttes.

– Resultatene er lovende, sier Yanjun Li ved Sintef.

Han leder et prosjekt som skal utvikle produksjonstekniske ”oppskrifter” som skal få aluminiumskrap til å gjenoppstå i form av hverdagsprodukter med høy kvalitet; alt fra folie til vindusrammer.

Valsing og profilproduksjon neste

I hovedsak har resirkulert aluminium så langt blitt brukt i støpte produkter. Dette kan være alt fra felger til motorblokker for biler.

Men bare om få år vil støperimarkedet trolig være for lite til å svelge unna de raskt økende mengdene med resirkulert aluminium som kommer inn i materialstrømmen.

Skal verden klare å nyttiggjøre seg den økende tilgangen på resirkulert aluminium, må nye ruter ut til markedet åpnes for slike materialer. I klartekst betyr dette at valseverk og pressverk må gjøres i stand til å motta langt høyere andeler av resirkulert materiale.

Dette er fabrikkanlegg som står for aluminiumbasert masseproduksjon.

Ved valsing kommer aluminiummaterialet ut som plater, folie eller bånd. Aluminium som har vært gjennom pressa i et pressverk, ender som profiler.

Disse kan du finne igjen i lysarmaturen over hodet ditt, i frontpanelet på radioen din, som vindusrammer i prestisjebygg eller som varmevekslere i bilradiatorer – for å nevne noe.

Herdeprosess i fokus

– Fremmedstoffene som oppkonsentreres i aluminium ved stadig gjenvinning, påvirker de mekaniske egenskapene til det resirkulerte materialet.

– Men ved å endre legeringssammensetningen, og temperaturforhold og hastigheter i homogeniseringsprosessen, det første trinnet i en herding som gjøres ved valse- og pressverk, går det an å kompensere for dette, sier prosjektleder Yanjun Li.

Ved å gjøre slike endringer, vil det ifølge forskeren være fullt mulig å utnytte resirkulert aluminium i valsede produkter og aluminiumprofiler som innfrir alle krav til mekaniske egenskaper, som for eksempel styrke og formbarhet.

PC-en som forsøkslab

Forsker Yanjun Li studerer mikrostrukturen i aluminiumlegeringer i elektronmikroskop. (Foto: Thor Nielsen, Sintef)
Forsker Yanjun Li studerer mikrostrukturen i aluminiumlegeringer i elektronmikroskop. (Foto: Thor Nielsen, Sintef)

Yanjun Li forklarer at det er både dyrt og tidkrevende å prøve og feile seg fram til de riktige prosessendringene gjennom fysiske eksperimenter ute i fabrikkene.

Forskerne anbefaler i stedet bruk av matematiske modeller – det vil si verktøy som beskriver virkeligheten ved hjelp av matematiske likninger.

– Vi utvikler avanserte matematiske modeller som supplement til laboratorieeksperimenter. Dette er kraftige verktøy som gjør det billigere og mindre tidkrevende å utvikle resirkuleringsvennlige aluminiumlegeringer, sier Yanjun Li.

Prosjektet skal resultere i tre ulike modeller, som alle vil vise hvordan mikrostrukturen i resirkulerte materialer påvirkes av ulike endringer i homogeniseringen ved pressing av profiler og valsing.

Lovende resultater

– Med matematisk modellering som veiviser, har vi gjort fysiske laboratorieforsøk med en aluminiumlegering i den såkalte “3xxx-familien”. I denne mye brukte legeringsgruppa er mangan tilsatsstoffet, noe som gir gode flyteegenskaper, øker bruddstyrken og gir god korrosjonsbestandighet.

– Vi påviste at strekkgrensa til legeringen vi undersøkte kan økes med 50 prosent ved å endre homogeniseringsprosessen. På godt norsk vil det si at materialet vil tåle langt mer av tøyninger før det blir ødelagt, sier Yanjun Li.

– Viktig for konkurranseevnen

Rundt en femtedel av verdens aluminiumproduksjon stammet i 2009 fra resirkulerte materialer.

Mesteparten av det gjenvunne råstoffet kommer fra transportsektoren og emballasjeprodukter, men de siste årene har også aluminium fra konstruksjoner i økende grad blitt resirkulert.

Powered by Labrador CMS