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15/08/2022

Innovationsprojekt für eine CO2-freie Aluminiumproduktion

Ziel eines Forschungsprojekts mit dem Aluminiumhersteller TRIMET ist es, ein neues Produktionsverfahren zu etablieren, in dem auf Kohlenstoff verzichtet wird. Anstelle von klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid wird nur noch Sauerstoff freigesetzt, wodurch sich die Klimabilanz erheblich verbessert.

Aluminiumblech

Leicht, korrosionsbeständig und dennoch stabil - diese besonderen Eigenschaften machen Aluminium zu einem vielseitigen und beliebten Werkstoff. Ob im Batteriekasten unseres Elektrofahrzeugs, in Küchenarmaturen, in unseren Fenstern und Fassaden oder in Lebensmittelverpackungen - das begehrte Leichtmetall ist im täglichen Leben unserer modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Entsprechend hoch ist der weltweite Bedarf am Werkstoff. Mehr als 67 Millionen Tonnen wurden allein im Jahr 2021 davon hergestellt und die Nachfrage ist weiterhin steigend. Dies bringt allerdings auch einen Nachteil mit sich: Die Herstellung von Aluminium ist äußerst energieintensiv. Nicht nur der hohe Strombedarf im Schmelzprozess, der überwiegend aus Kohlekraftwerken gedeckt wird, treibt die CO2-Emission nach oben. Auch im Produktionsprozess selbst wird Kohlenstoff verbrannt und als Kohlendioxid ausgestoßen. Pro Jahr verursacht dies rund 100 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente weltweit.

Diese prozessbedingte Emission signifikant zu verringern, hat sich nun der deutsche Aluminiumhersteller TRIMET zum Ziel gesetzt. Doch wie genau kann dies gelingen?

Die Herstellung von Aluminium erfolgt in einem Elektrolyseschmelzverfahren, der so genannten Schmelzfluss-Elektrolyse nach Hall-Héroult. Hierbei wird Aluminiumoxid unter Einsatz von Kohlenstoff-Elektroden in der Elektrolyse zu Aluminiummetall reduziert. Während der Elektrolyse verbrennt die Kohlenstoff-Elektrode und wird als CO2 ausgestoßen. Gemeinsam mit dem isländischen Technologieunternehmen Arctus entwickelte TRIMET nun ein innovatives Verfahren in dem die Kohlenstoff-Elektrode in der Elektrolysezelle durch inertes Kathodenmaterial ersetzt wird. Der entscheidende Vorteil: Da keine Kohlenstoffelektrode verwendet wird, wird Sauerstoff anstelle von CO2 freigesetzt. Somit ist es erstmals möglich, das Leichtmetall ohne direkte CO2-Emission herzustellen und einen entscheidenden Beitrag zu leisten für eine nachhaltigere Produktion.

Diese technologische Innovation nun industriell nutzbar zu machen - vom Labormaßstab zur Prototypenzelle über kleine industrielle Zellen bis hin zur Massenfertigung - ist Aufgabe eines Forschungsprojekts. Beteiligt sind neben Experten von TRIMET und Arctus auch die Universität des Saarlandes sowie Experten von Plansee. Bekannt für innovative Lösungen bei neuartigen, herausfordernden Materialanwendungen, ist es unsere Aufgabe, den idealen Werkstoff für den Ersatz der Kohlenstoffelektroden zu entwickeln.

Plansee Composite Materials in Lechbruck
Das Plansee-Werk in Lechbruck in dem derzeit die Forschungsarbeiten zum Projekt stattfinden

Besonders geeignet ist hier der Werkstoff Titan-Diborid (TiB2), welcher sich durch extreme Härte und gute Oxidationsbeständigkeit auszeichnet und im Gegensatz zu vielen anderen Werkstoffen nicht mit Aluminium reagiert. Bereits seit Jahren produziert Plansee am Standort Lechbruck TiB2-Sputtertargets für die Hartstoffbeschichtung von Werkzeugen. Nun gilt es, diesen Werkstoff für den neuen Anwendungsfall anzupassen. Insbesondere geht es um die Optimierung der Korrosionseigenschaften im Kontakt zum Aluminiumelektrolyt als auch der Oxidationsbeständigkeit im oberen Bereich der Elektroden, der sich bei hohen Temperaturen an der Luft befindet. Zusätzlich entwickelt Plansee auf der Basis des bereits vorhandenen Knowhows die Verbindungstechnik der TiB2-Kathoden zu den elektrischen Kupferanschlüssen für die Stromführung.

Peter Polcik
Dr. Peter Polcik, Plansee Lechbruck

„Unser Forschungsteam arbeitet mit großer Begeisterung an dem Projekt. Als Innovationspartner ist es unser Ziel, in den kommenden drei Jahren die Lieferung von optimierten TiB2-Kathoden für den Bau der Elektrolysezellen für die Aluminiumherstellung zu gewährleisten und damit einen wichtigen Beitrag zur Reduktion des CO2-Fußabdrucks von TRIMET zu leisten“, so Peter Polcik, Product Development Manager bei Plansee Composite Materials in Lechbruck.

Gefördert wird das Projekt, welches im Frühjahr 2022 gestartet wurde, mit Mitteln von Progres.NRW – Innovation, einer Initiative des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des deutschen Bundeslandes Nordrhein-Westfalen. Das Förderprogramm unterstützt klima- und energiepolitische Aktivitäten und hat zum Ziel, anwendungsorientierte wissenschaftliche und technologische Grundlagen für die Bewältigung der Zukunftsaufgaben im Themenbereich Energie zu schaffen. 

Erfahren Sie mehr über das Förderprogramm Progres.NRWErfahren Sie mehr über eine klimaneutrale Aluminiumherstellung bei TRIMETErfahren Sie mehr über unseren Produktionsstandort in Lechbruck