Léger, résistant à la corrosion et pourtant solide, ces propriétés spécifiques font de l’aluminium un matériau polyvalent et très apprécié. Que ce soit dans le boîtier de batterie de notre véhicule électrique, dans les robinets de cuisine, dans nos fenêtres et façades ou dans les emballages alimentaires, ce métal léger très convoité est devenu incontournable dans la vie quotidienne dans notre monde moderne. La demande mondiale de ce matériau est donc très élevée. Plus de 67 millions de tonnes ont été produites rien qu’en 2021 et la demande continue d’augmenter. Cela présente toutefois un inconvénient : la production d’aluminium est extrêmement gourmande en énergie. La forte demande d’électricité dans le processus de fusion, qui est principalement couverte par des centrales électriques au charbon, n’est pas le seul élément contribuant à l’augmentation des émissions de CO₂. Du carbone est également brûlé dans le processus de production lui-même et rejeté sous forme de dioxyde de carbone. Chaque année, cela représente environ de 100 millions de tonnes d'équivalent CO₂ dans le monde.

Le fabricant allemand d’aluminium TRIMET s'est fixé pour objectif de réduire de manière significative ces émissions liées au processus. Mais comment y parvenir exactement ?

L’aluminium est produit par un procédé de fusion par électrolyse, appelé procédé de fusion par électrolyse Hall-Héroult. L’oxyde d'aluminium est réduit en aluminium métallique par électrolyse à l'aide d’électrodes en carbone. Pendant l’électrolyse, l’électrode de carbone brûle et est rejetée sous forme de CO₂. En collaboration avec l’entreprise technologique islandaise Arctus, TRIMET a développé un procédé innovant dans lequel l’électrode de carbone est remplacée par un matériau de cathode inerte dans la cellule d’électrolyse. L’avantage décisif : Comme aucune électrode en carbone n’est utilisée, de l’oxygène est libéré à la place du CO₂ . Il est donc possible pour la première fois de produire le métal léger sans émission directe de CO₂ et de contribuer de manière déterminante à une production plus durable.

Rendre cette innovation technologique utilisable à l’échelle industrielle, de l’échelle du laboratoire à la cellule prototype en passant par les petites cellules industrielles jusqu’à la production de masse, est la mission de ce projet de recherche. En plus des experts de TRIMET et d’Arctus, l'Université de la Sarre et des experts de Plansee y prennent part. Connus pour nos solutions innovantes dans les applications de matériaux nouveaux et stimulants, notre mission est de développer le matériau idéal pour remplacer les électrodes en carbone.

Le diborure de titane (TiB₂), qui se caractérise par une extrême dureté et une bonne résistance à l’oxydation et qui, contrairement à de nombreux autres matériaux, ne réagit pas avec l’aluminium, est particulièrement adapté à cet usage. Depuis des années déjà, Plansee produit sur son site de Lechbruck des cibles de pulvérisation cathodique TiB₂ pour le revêtement dur d’outils. Il s’agit maintenant d’adapter ce matériau à la nouvelle application. Il s’agit en particulier d’optimiser les propriétés de corrosion au contact de l’électrolyte d’aluminium ainsi que la résistance à l’oxydation dans la partie supérieure des électrodes, qui se trouve à l’air libre à haute température. De plus, Plansee développe, sur la base de son savoir-faire déjà existant, la technique de connexion des cathodes TiB₂ aux raccords électriques en cuivre pour la conduite du courant.