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Allgemein

Aluminium – Warum oft recycelbar nicht gleich umweltfreundlich ist

By 23. August 2022No Comments

Autos, Züge, private Haushalte, Supermärkte oder Dönerläden, sie alle haben eins gemeinsam. In allen findet man Aluminium, dessen Eigenschaften, wie etwa die hohe Stabilität bei geringem Gewicht, die einfache industrielle Bearbeitbarkeit oder die Fähigkeit Lebensmittel vor äußeren Aromen oder sonstigen Geschmacksveränderungen zu schützen, machen Aluminium in vielen Industriezweigen zu einem nützlichen Rohstoff. Da reines Aluminium auch mehrfach und ohne großen Qualitätsverlust recycelbar ist, gilt es besonders mit Blick auf den Klimawandel und die damit steigende Bedeutung von Recycling als besonders zukunftstauglich. Das spiegelt sich auch in den Prognosen für den Bedarf neu hergestellten Aluminiums dar, die ein kontinuierliches Wachstum, mit einem CAGR von 3,8 % im Zeitraum zwischen 2020 und 2050 vorhersagen.

 

Aluminium ist also vielseitig einsetzbar und hat sich gleich in mehreren Industriezweigen bewähren können. Aber auch Aluminium hat seine Nachteile. Die Herstellung von reinem Aluminium aus dem Stoff Bauxit ist sehr energieintensiv und die Aluminiumindustrie ist verantwortlich für ca. 2 % der weltweiten CO₂-Emissionen. Das Recycling von Produkten, die Aluminium enthalten, gestaltet sich oft recht kompliziert, da es mit anderen Stoffen vermischt als Legierung verarbeitet wird. Von diesen Stoffen muss es während dem Recycling entweder wieder getrennt werden, oder darf nur mit gleichwertigem Material recycelt werden, um einen Qualitätsverlust zu verhindern. Dies ist aktuell allerdings nur sehr begrenzt effizient möglich.

 

Ein Faktor, der die Klimabilanz der Aluminiumindustrie zusätzlich negativ beeinflusst, ist der Ausschuss in der Verarbeitung des Aluminiums. Aus dem Aluminium werden mithilfe verschiedener Verfahren sogenannt Halbzeugen produziert, wie z.B. Spulen von aufgerolltem Aluminiumblech. Zu diesen Verfahren gehören unter anderem das Rolling (Walzverfahren), das Casting (Gussverfahren) und die Extrusion (Pressverfahren). Hier eine Grafik zu den klassischen Wertschöpfungsprozessen eines Aluminiumproduzenten:

Diese resultierenden Halbzeuge können dann für verschiedene Branchen in spezifische Endprodukte wie Rohre, Stangen, Profile weiterverarbeitet werden. In der Herstellung der Halbzeuge als auch in deren Weiterverarbeitung zu Endprodukten kann es passieren, dass Qualitätsmängel auftreten, und das Material somit recycelt werden muss. Im Recyclingprozess wird das aussortierte Aluminium eingeschmolzen und zu neuen Aluminiumbarren geformt, die dann erneut dem Prozess zugeführt werden können. Mit nur 5 % des Energiebedarfs ist das Recyceln von Aluminium wesentlich sparsamer als die Neuproduktion, stößt aber dennoch CO₂-Äquivalente(CO₂e) aus.

 

Für Ausschuss aus der Halbzeugherstellung liegen die Emissionen pro Tonne recyceltem Aluminium bei ca. 0,3t CO₂e. Hier ist die Zusammensetzung der jeweiligen Aluminiumlegierung bekannt und die Materialien sind dadurch gezielter voneinander zu trennen, weshalb es hauptsächlich in internen Kreisläufen durchgeführt wird, um logistischen und finanziellen Aufwände gering zu halten. Aber nicht nur der Recyclingprozess selber verursacht CO₂ Emissionen, sondern auch, dass der Prozess der Halbzeugherstellung wiederholt werden muss, wobei der Emissionswert bei ebenfalls ca. 0,3t CO₂e pro Tonne neuer Halbzeuge liegt. Wegen des vermischten Recyclings von ungeplantem Ausschuss durch Defekte in der Herstellung der Halbwerkzeuge und geplanten Abfällen durch z.B. das Abschneiden der Ränder von Aluminiumstreifen aus dem “hot-rolling”1 Prozess zum Erhalt gerader Kanten, ist nur die gemeinsame Menge an Ausschuss bekannt. Diese liegt aber zum Teil bei ca. 18 %, wie etwa bei dem “hot-rolling” Prozess von Aluminium. Im Jahr 2021 wurden global insgesamt 34.473.000t Aluminium Halbzeuge durch Rolling hergestellt. Das bedeutet bei einer Ausschussrate von 18 %, dass insgesamt ca. 7,5 Millionen Tonnen Aluminium während dem Prozess aussortiert werden mussten. Selbst wenn nur ein Viertel davon tatsächlich durch Defekte entstanden sind (als Schätzung auf Basis von Kundenaussagen), wären das noch rund 1.875.000t, die neu eingeschmolzen und bearbeitet werden müssen. Wenn man zusätzlich mit einbezieht, dass beim Recycling von Aluminiumlegierungen im Durchschnitt ca. 4-5 % des Aluminiums durch Oxidationsvorgänge verloren gehen, bleiben nach dem Einschmelzen (ausgehend von 4 % Verlust) ca. 1.800.000t Ausschuss. Bei 0,6t insgesamt ausgestoßener CO₂e durch sowohl das Recyceln interner Abfälle, als auch die erneute Bearbeitung des Aluminiums zu Halbzeugen, bedeutet das 1.080.000t frei werdender CO₂e, um den Ausschuss wieder in den ursprünglichen Zustand zu versetzten. 

Zusätzlich haben alleine die ca. 75.000t Aluminium, die aufgrund der Oxidationsvorgänge verloren gegangen sind, zum durchschnittlichen Preis von 2400 $/t (Juli 2022, als Rohmaterial) einen Marktwert von insgesamt 180.000.000 $.

All diese Schäden, sowohl die finanziellen als auch die an der Umwelt, entstehen nur durch den Ausschuss bei dem “hot-rolling” Prozess, welcher als Grundlage vor dem “cold-rolling” Prozess durchlaufen wird.

 

Abschließend ist anzumerken, dass aufgrund der internen Handhabung von Abfällen im “hot-rolling” Prozess die Menge an Ausschüssen durch Defekte nur im sehr begrenzten Maße öffentlich zugänglich ist. Aber wie das Rechenbeispiel gezeigt hat, haben Ausschüsse in der Produktion einen signifikanten Einfluss auf sowohl die CO₂-Bilanz, als auch auf die Produktionskosten eines Herstellers. Es wäre also generell von großem Vorteil, die Menge der Ausschüsse zu reduzieren. Sollte der Leser Interesse haben, wie Synsor mit visueller AI dabei unterstützen kann – melden Sie sich 🙂

 

Anwendungsbereiche Aluminium

Vorteile von Aluminium 

Prognose des globalen Aluminiumbedarfs

hoher Energiebedarf zur Aluminiumproduktion

Aluminiumindustrie verantwortlich für 2 % der globalen CO₂-Emissionen 

Produktionsprozesse/Bearbeitungsprozesse von Aluminium Halbzeugen

Grafik zur Veranschaulichung

Schwieriges Recycling von Aluminium aufgrund nicht trennbarer Aluminiumlegierungen

Aluminium Lebenszyklus

Recyclingprozess Aluminium

Emissionen beim Recycling von Abfällen aus der Halbzeugherstellung

18 % des warm gewalzten Aluminiums werden aussortiert

Zahlen zu Produktionsmengen von Aluminium (2021)

4-5 % Materialverlust durch Oxidationsprozesse beim Recycling von Aluminium

Durchschnittlicher Preis von einer Tonne Aluminium; Juli 2022

Anteil von Rolling Prozessen an der Gesamtmenge der hergestellten Halbzeuge (2021)

Prozess “hot rolling

Prozess “cold rolling

 

Title Photo by Winfried Bauer

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