軽量、耐食性、安定性などの特殊な特性を持つアルミニウムは、汎用性の高い人気の高い素材です。電気自動車のバッテリールーム、厨房器具、窓やファサード、食品包装など、軽量化が求められている金属は、今や当社の生活に欠かせないものとなっています。そのため、CO2フリーアルミニウムは、世界的にニーズが高い素材です。2021年だけで6,700万トン以上製造され、需要は継続的に増加しています。しかし、これはまた、アルミニウムの製造が非常にエネルギー集約的であるというデメリットをもたらします。石炭火力発電所が主にカバーする製錬工程で必要なエネルギーが多いだけでなく、CO₂ 排出量も増えています。炭素は生産プロセス自体で燃焼し、二酸化炭素として排出されます。これは、全世界で年間およそ1億トンのCO₂ 換算値を発生させます。

ドイツのアルミニウムメーカーであるTRIMETは、この工程に関わる排出物を大幅に削減することを目標に掲げています。しかし、どうすればいいのでしょうか？

アルミニウムの製造は、ホール・エロー法と呼ばれる電解製錬法で行われます。酸化アルミニウムは、電気分解の際に炭素電極を用いてアルミニウム金属に還元されます。電気分解の際、炭素電極は燃焼し、CO₂として排出されます。TRIMETは、アイスランドの技術企業であるArctusと共同で、電解槽内の炭素電極を不活性な陰極材料に置き換える画期的なプロセスを開発しました。炭素電極を使用しないため、CO₂ の代わりに酸素が放出されることが主な利点です。今回初めて、CO₂ を直接排出しない軽量金属の製造が可能になり、より持続可能な生産に大きく貢献することができます。

研究プロジェクトの目的は、この技術革新を、実験室規模や小規模な産業用セルから大量生産に至るまで、商業レベルで使用できるようにすることです。TRIMETとArctusの専門家に加え、ザールランド大学とプランゼーの専門家が関与しています。難易度の高い新素材のアプリケーションに対応する革新的なソリューションで知られている当社の使命は、炭素電極に代わる理想的な材料を開発することです。

二ホウ化チタン（TiB₂）という素材は、非常に硬く、耐酸化性に優れているという特徴があり、理想的です。他の多くの材料とは対照的に、アルミニウムとも反応しません。プランゼーはレヒブルック工場で長年にわたり工具のハードコーティング用TiB₂ スパッタリングターゲットを製造しています。この素材は現在、新しいアプリケーションに適合させる必要があります。特に、アルミニウム電解質に関する腐食特性や、空気中の高温にさらされる電極上部の耐酸化性を最適化することを伴います。プランゼーは、既存のノウハウに基づき、TiB₂ カソードを電源用電気銅接続部に接合する技術も開発中です。