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14.05.2024
Schmelzen und Rohstoffe
Nachhaltigkeit & CO2-Neutralität
Interview
Forschungsprojekt: Recycling-Aluminium besser nutzbar machen
Hanka Becker erhält für ihre Forschung zum Recycling von Aluminium eine Förderung über zwei Millionen Euro im Emmy-Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Ab Mitte 2024 wird sie eine Forschungsgruppe an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg leiten, die untersucht, wie Verunreinigungen im Werkstoff unschädlich toleriert werden können. Wir sprachen mit der Wissenschaftlerin unter anderem darüber, was ihre Forschungsergebnisse für die Gießereiindustrie bedeuten können.
Was sind – Stand heute – die Probleme bei Herstellung bzw. Verwendung von recyceltem Aluminium?
Hanka Becker: Beim Recycling von Aluminium und dessen Legierungen werden Verunreinigungselemente wie Eisen eingebracht. Diese führen unter anderem zur Bildung von intermetallischen Phasen, die in Verbindung der Verunreinigungselemente, der Legierungselemente und des Aluminiums als Partikel umschlossen vom Aluminium im Werkstoff vorliegen. Je nach der Ausprägung der Partikel können diese schon im Herstellungsprozess zur Entstehung von weiteren Fehlern im Werkstück führen und die Anwendungseigenschaften in einem breiten Spektrum negativ beeinflussen.
Worin besteht Ihr Forschungsansatz und wie ist es Ihnen gelungen, die DFG von Ihrem Vorhaben zu überzeugen?
Becker: In dem Forschungsvorhaben sollen mittels neuartigen Kornfeinern die Gefüge inklusive der intermetallischen Phasen so eingestellt werden, dass die Verunreinigungselemente ohne Nachteile toleriert oder sogar genutzt werden können. Kornfeiner sind Partikel, die der Schmelze vor der Erstarrung hinzugegeben werden und die bei der Erstarrung die Ausbildung der inneren Struktur, zum Beispiel das Gefüge, des Materials beeinflussen.
Dabei werden Herstellung, Wirkung und Nutzung der neuartigen Kornfeiner bis hin zu den resultierenden Eigenschaften der designten Aluminiumlegierungen grundlagenwissenschaftlich untersucht. In dem Projekt geht es auch darum, die Hintergründe fundamental zu verstehen. Vielleicht waren es die Spanne, die Vision und Potenziale für Umwelt und Wirtschaft und die gute Planung des Projektes, die die DFG überzeugen konnten.
In welchem Maße kann die Umwelt von Ihrer Arbeit profitieren?
Becker: Die Produktion von Primäraluminium macht 3 Prozent der gesamten Treibhausgasemission aus. Das sind 15 Prozent der Emission im industriellen Sektor, wie Professor Dierk Raabe und andere berichtet haben. Damit wird ein großer Anteil der weltweiten Energieerzeugung allein für die Produktion von Primäraluminium aufgewendet. Im Vergleich zur Nutzung von Primäraluminium benötigt die Herstellung von Sekundäraluminium bzw. recyceltem Aluminium nur 5 Prozent der Energie.
Gleichzeitig steigt die Verfügbarkeit von sekundärem Aluminium, da viele Produkte das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Es wird geschätzt, dass sich die Menge von Kreislauf-Aluminium noch in der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts verdoppeln wird. Im Sinne von Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Energieeffizienz wird die Umwelt von Fortschritten beim Recycling von Aluminium und Aluminiumlegierungen ohne Qualitätsverlust profitieren.
Was werden konkret Druckgießereien und andere Aluminiumverarbeiter in Deutschland und anderswo von den Erkenntnissen Ihrer Forschung haben? Wann kann es so weit sein?
Becker: Ein wichtiges Ziel ist, dass Ergebnisse aus dem grundlagenorientierten Projekt in die Anwendung kommen können. Die Forschungsergebnisse werden durch wissenschaftliche Publikationen und nationale und internationale Konferenz- und Tagungsbeiträge Fachkollegen aus Forschung und Entwicklung zugänglich gemacht. Auf Netzwerktreffen mit Experten aus der Industrie werden wir die Anforderungen an die Nutzbarkeit der Erkenntnisse für Gießereien und Aluminiumverarbeiter diskutieren.
Weiterhin hoffe ich, wenn erste Forschungsergebnisse vorliegen, ein Erkenntnistransferprojekt der DFG oder eines anderen Förderers mit einem Industriepartner noch in der Laufzeit des Emmy Noether Projektes zu beantragen und zu starten, damit die Erkenntnisse zeitnah der Gesellschaft zugutekommen.
Zur Person
Hanka Becker studierte an der TU Bergakademie Freiberg Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie. Dort wurde sie 2018 auch promoviert. Während dieser Zeit und einer anschließenden Postdoc-Phase war sie bei Forschungsaufenthalten an der Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, und an der Technical University of Denmark, Lyngby, tätig. Mit dem Erfolg im Emmy-Noether-Programm wechselt sie an die Otto-von-Guericke Universität Magdeburg an das Institut für Werkstoff- und Fügetechnik.
Hanka Becker: Beim Recycling von Aluminium und dessen Legierungen werden Verunreinigungselemente wie Eisen eingebracht. Diese führen unter anderem zur Bildung von intermetallischen Phasen, die in Verbindung der Verunreinigungselemente, der Legierungselemente und des Aluminiums als Partikel umschlossen vom Aluminium im Werkstoff vorliegen. Je nach der Ausprägung der Partikel können diese schon im Herstellungsprozess zur Entstehung von weiteren Fehlern im Werkstück führen und die Anwendungseigenschaften in einem breiten Spektrum negativ beeinflussen.
Worin besteht Ihr Forschungsansatz und wie ist es Ihnen gelungen, die DFG von Ihrem Vorhaben zu überzeugen?
Becker: In dem Forschungsvorhaben sollen mittels neuartigen Kornfeinern die Gefüge inklusive der intermetallischen Phasen so eingestellt werden, dass die Verunreinigungselemente ohne Nachteile toleriert oder sogar genutzt werden können. Kornfeiner sind Partikel, die der Schmelze vor der Erstarrung hinzugegeben werden und die bei der Erstarrung die Ausbildung der inneren Struktur, zum Beispiel das Gefüge, des Materials beeinflussen.
Dabei werden Herstellung, Wirkung und Nutzung der neuartigen Kornfeiner bis hin zu den resultierenden Eigenschaften der designten Aluminiumlegierungen grundlagenwissenschaftlich untersucht. In dem Projekt geht es auch darum, die Hintergründe fundamental zu verstehen. Vielleicht waren es die Spanne, die Vision und Potenziale für Umwelt und Wirtschaft und die gute Planung des Projektes, die die DFG überzeugen konnten.
In welchem Maße kann die Umwelt von Ihrer Arbeit profitieren?
Becker: Die Produktion von Primäraluminium macht 3 Prozent der gesamten Treibhausgasemission aus. Das sind 15 Prozent der Emission im industriellen Sektor, wie Professor Dierk Raabe und andere berichtet haben. Damit wird ein großer Anteil der weltweiten Energieerzeugung allein für die Produktion von Primäraluminium aufgewendet. Im Vergleich zur Nutzung von Primäraluminium benötigt die Herstellung von Sekundäraluminium bzw. recyceltem Aluminium nur 5 Prozent der Energie.
Gleichzeitig steigt die Verfügbarkeit von sekundärem Aluminium, da viele Produkte das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Es wird geschätzt, dass sich die Menge von Kreislauf-Aluminium noch in der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts verdoppeln wird. Im Sinne von Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Energieeffizienz wird die Umwelt von Fortschritten beim Recycling von Aluminium und Aluminiumlegierungen ohne Qualitätsverlust profitieren.
Was werden konkret Druckgießereien und andere Aluminiumverarbeiter in Deutschland und anderswo von den Erkenntnissen Ihrer Forschung haben? Wann kann es so weit sein?
Becker: Ein wichtiges Ziel ist, dass Ergebnisse aus dem grundlagenorientierten Projekt in die Anwendung kommen können. Die Forschungsergebnisse werden durch wissenschaftliche Publikationen und nationale und internationale Konferenz- und Tagungsbeiträge Fachkollegen aus Forschung und Entwicklung zugänglich gemacht. Auf Netzwerktreffen mit Experten aus der Industrie werden wir die Anforderungen an die Nutzbarkeit der Erkenntnisse für Gießereien und Aluminiumverarbeiter diskutieren.
Weiterhin hoffe ich, wenn erste Forschungsergebnisse vorliegen, ein Erkenntnistransferprojekt der DFG oder eines anderen Förderers mit einem Industriepartner noch in der Laufzeit des Emmy Noether Projektes zu beantragen und zu starten, damit die Erkenntnisse zeitnah der Gesellschaft zugutekommen.
Zur Person
Hanka Becker studierte an der TU Bergakademie Freiberg Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie. Dort wurde sie 2018 auch promoviert. Während dieser Zeit und einer anschließenden Postdoc-Phase war sie bei Forschungsaufenthalten an der Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, und an der Technical University of Denmark, Lyngby, tätig. Mit dem Erfolg im Emmy-Noether-Programm wechselt sie an die Otto-von-Guericke Universität Magdeburg an das Institut für Werkstoff- und Fügetechnik.
