Aluminium-Strangpressprofile – energiesparende Materialauswahl?

Wenn die Energiekosten steigen und Nachhaltigkeit eine Rolle spielt, kann die Aluminium-Strangpressproduktion für Hersteller wie ein versteckter Energieverbraucher wirken. Die Wahl der richtigen Materialien kann diesen Druck mindern.

Die Auswahl der richtigen Aluminiumlegierung und Materialzusammensetzung kann den Energieverbrauch während des Strangpressens drastisch senken und die Umweltbelastung insgesamt reduzieren.

Wenn Sie Kosten senken und Ihren CO2-Fußabdruck verringern möchten, lesen Sie weiter. Die Entscheidungen, die Sie bei der Materialauswahl treffen, sind wichtig.

Welche Legierungen bieten eine bessere Energieeffizienz in der Produktion?

Wenn Sie die falsche Legierung wählen, kommt es schnell zu Energieverschwendung – geschmolzener Schrott, verschwendete Wärme, langsame Extrusion.

Einfachere, niedriglegierte Aluminiumlegierungen benötigen beim Strangpressen oft weniger Energie als hochfeste Legierungen.

Nicht alle Legierungen sind gleich, wenn es um den Energiebedarf für die Extrusion geht. Aluminiumlegierungen mit weniger Zusatzelementen – beispielsweise solche, die hauptsächlich aus reinem Aluminium mit geringen Mengen an Magnesium oder Silizium bestehen – erfordern in der Regel niedrigere Extrusionstemperaturen und weniger Kraft. Eine niedrigere Temperatur und ein leichterer Fluss bedeuten, dass die Presse weniger Energie pro Kilogramm verbraucht.
Hochleistungslegierungen enthalten Kupfer, Magnesium oder Zink, um die Festigkeit zu erhöhen. Diese Zusätze machen das Metall schwerer zu verformen und erfordern oft höhere Extrusionstemperaturen oder langsamere Geschwindigkeiten. Das erhöht den Energiebedarf.

Nachstehend finden Sie einen einfachen Vergleich gängiger stranggepresster Aluminiumlegierungen. Dieser zeigt den relativen Energiebedarf pro Kilogramm (unter Annahme typischer Strangpressparameter) sowie den typischen Schmelzpunkt/Strangpressbereich.

Diese vereinfachte Tabelle zeigt, dass reines Aluminium oder eine Legierung der Serie 1000 pro Kilogramm am wenigsten Energie verbraucht, da es leichter fließt und bei geringerer Energie schmilzt. Die häufig verwendete Serie 6000 wie 6063 liegt dicht dahinter, aber hochfeste Legierungen wie die Serie 7000 verbrauchen deutlich mehr Energie beim Strangpressen.

Da viele Anwendungen wie Fensterrahmen, Architekturprofile und Standard-Industrieteile keine sehr hohe Festigkeit erfordern, kann durch die Verwendung von Aluminium der Serien 6000 oder 1000 Energie gespart werden. Bei großen Produktionsmengen summieren sich diese Einsparungen.

Allerdings spielen auch Festigkeit und Haltbarkeit eine Rolle. Wenn eine festere Legierung den Schrottanteil reduziert oder die Produktlebensdauer verbessert, könnte sich der Energieaufwand lohnen. Der Energieverbrauch pro Kilogramm ist nur ein Teil des Gesamtbildes.

Wie wirkt sich der Recyclinganteil auf den Energieverbrauch aus?

Aluminiumschrott wirkt billig – sowohl im wörtlichen Sinne als auch in Bezug auf den Energieverbrauch. Die Verwendung von recyceltem Aluminium spart im Vergleich zur Verwendung von Aluminium aus Erz erheblich Energie. Das ist von großer Bedeutung.

Aluminium aus recyceltem Schrott verbraucht oft bis zu 95% weniger Energie als die Primärproduktion aus Erz, wodurch recycelte Inhaltsstoffe weitaus energieeffizienter sind.

Wenn Aluminium aus Roherz gewonnen wird, umfasst der Prozess den Abbau, die Veredelung von Bauxit zu Aluminiumoxid und anschließend die Verhüttung von Aluminiumoxid zu Aluminiummetall – ein Schritt, der enorme Mengen an Energie verbraucht, oft 150 bis 200 Megajoule (MJ) pro Kilogramm für Primäraluminium. Im Gegensatz dazu muss Aluminiumschrott nur umgeschmolzen und raffiniert werden, was viel weniger Energie verbraucht – etwa 5–15 MJ pro Kilogramm, je nach Anlage und Reinheit der Legierung. Dieser Unterschied ist enorm.

Beim Strangpressen von Aluminiumprofilen vermeidet man durch die Verwendung von recycelten Barren die hohe graue Energie, die beim Abbau und Schmelzen entsteht. Bei Großaufträgen – wie beispielsweise Architekturprofilen oder Beleuchtungsrahmen – kann durch die Verwendung von recycelten Inhaltsstoffen der Gesamtenergiebedarf über die gesamte Produktlebensdauer um mehr als die Hälfte gesenkt werden.

Die Verwendung von recycelten Inhaltsstoffen reduziert auch Treibhausgasemissionen und andere Umweltauswirkungen, die mit dem Erzabbau, der Landnutzung und den Abfällen aus der Raffination verbunden sind.

Dennoch spielt die Qualität des Schrotts eine Rolle. Wenn der Schrott verunreinigt ist oder aus gemischten Legierungen besteht, kann eine zusätzliche Veredelung oder Sortierung erforderlich sein. Das bedeutet einen zusätzlichen Energieaufwand für den Prozess. Außerdem kann recycelte Legierung andere mechanische Eigenschaften aufweisen, was sich auf die Extrusionseinstellungen und möglicherweise auf den Energieverbrauch auswirkt.

In der Praxis mischen viele Strangpresswerke recyceltes und Primäraluminium, um Energieeinsparungen zu erzielen und eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Die genauen Energieeinsparungen hängen von der Reinheit des Schrotts, der Legierungsart und dem Anteil an recyceltem Material ab.

Da der Energiebedarf für Aluminiumschrott nur etwa 10 MJ/kg beträgt, gegenüber etwa 200 MJ/kg für Primäraluminium, bietet die Wiederverwendung von Schrott einen großen energetischen Vorteil. Je mehr recycelte Inhaltsstoffe, desto geringer der Gesamtenergieverbrauch – vorausgesetzt, die Qualitätskontrollen sind zuverlässig.

Sind dünnere Profile nachhaltiger in der Herstellung?

Weniger Material bedeutet weniger Extrudieraufwand. Dünnere Profile können dazu beitragen, Energie zu sparen und den Materialverbrauch zu reduzieren. Aber dünner ist nicht immer effizienter.

Die Herstellung dünnerer Aluminiumprofile reduziert oft den Material- und Energieverbrauch pro Teil, aber die Vorteile hängen vom Design, den Festigkeitsanforderungen und der Produktionseffizienz ab.

Dünnere Profile verbrauchen weniger Aluminium pro Teil. Allein dadurch wird die Menge an geschmolzenem, transportiertem und extrudiertem Metall reduziert. Weniger Aluminium bedeutet weniger Energie für das Schmelzen, Wiederaufheizen, Extrudieren und die Logistik. Pro Teil ergibt dies Energieeinsparungen, insbesondere wenn viele Teile benötigt werden.

Dünnere Wände lassen sich jedoch schwieriger ohne Fehler extrudieren. Die Presse muss möglicherweise langsamer laufen oder zusätzlich gekühlt werden, was den Energieverbrauch pro Kilogramm erhöht. Wenn das Profil für die erforderliche Festigkeit zu dünn wird, kann das Teil versagen oder muss zusätzlich verstärkt oder lackiert werden, wodurch die Vorteile zunichte gemacht werden.

Außerdem erfordern dünnere Profile möglicherweise eine strengere Maßkontrolle. Das erhöht den Ausschuss oder die Ausschussquote während der Extrusion oder der nachgelagerten Bearbeitung. Ausschuss verursacht Abfall und Energieverlust.

Aus Sicht der Nachhaltigkeit sind dünnere Profile nur dann besser, wenn sie ihre Funktion und Qualität beibehalten, ohne zu höheren Ausschussraten zu führen. Es ist eine Frage der Balance.

Schließlich senken dünnere Teile das Versandgewicht. Ein geringeres Versandgewicht verringert den Energieverbrauch und die Emissionen im Transportwesen entlang der gesamten Lieferkette. Über den gesamten Lebenszyklus hinweg – vom Rohstoff bis zur Endverwendung – können dünnere Profile bei guter Konstruktion zu einem geringeren Gesamtenergiebedarf führen.

Welche Lebenszyklusdaten unterstützen die Materialauswahl?

Gute Entscheidungen erfordern gute Daten. Lebenszyklus-Kennzahlen zeigen, wie sich die Wahl von Aluminium auf den Energieverbrauch, die Emissionen und den Ressourcenverbrauch während der gesamten Produktlebensdauer auswirkt.

Lebenszyklusstudien zeigen, dass die Verwendung von recyceltem Aluminium und effizienten Legierungen sowohl den Energieverbrauch als auch die CO2-Emissionen im Vergleich zu neuen Legierungen oder schweren Profilen erheblich reduziert.

Die Lebenszyklusanalyse (LCA) für Aluminiumstrangpressprofile umfasst die Materialbeschaffung, das Gießen oder Umschmelzen von Barren, das Strangpressen, die Endbearbeitung, den Transport, die Verwendung und das Recycling am Ende der Lebensdauer. Zu den wichtigsten Kennzahlen gehören der Gesamtenergieverbrauch pro produziertem Kilogramm, die Treibhausgasemissionen pro Kilogramm und der Ressourcenverbrauch.

Viele veröffentlichte Studien zeigen, dass das Umschmelzen von Aluminiumschrott nur 5–10% der Energie der Primärschmelze verbraucht. Außerdem hängt die Extrusionsenergie pro kg von der Legierung und der Prozesseffizienz ab. Wenn recycelter Knüppel in einer Legierung der Serie 6000 verwendet wird, kann die gesamte graue Energie pro kg im Vergleich zu einem extrudierten Schwerprofil aus hochfester Primärlegierung um mehr als 60% sinken.

Hier finden Sie eine vereinfachte Darstellung der grauen Energie und des CO2-Fußabdrucks für verschiedene Material- und Produktionsoptionen.

Diese Tabelle zeigt, dass recycelte Aluminiumprofile über ihren Lebenszyklus hinweg deutlich weniger Energie verbrauchen und viel weniger CO2 ausstoßen. Wenn für das Produkt eine recycelte Standardlegierung mit mittlerem oder dünnem Profil verwendet werden kann, führt dies zu erheblichen Nachhaltigkeitsvorteilen.

Lebenszyklusdaten umfassen auch das Recycling am Ende der Lebensdauer. Aluminium kann mit minimalen Verlusten unbegrenzt recycelt werden. Das bedeutet, dass Teile aus recyceltem Aluminium nach ihrer Verwendung oft wieder in den Schrottkreislauf zurückkehren und der energiearme Kreislauf von vorne beginnt. Über viele Wiederverwendungszyklen hinweg steigen die kumulierten Energie- und Emissionseinsparungen.

Bei Bauteilen oder Beleuchtungskörpern, die am Ende ihrer Lebensdauer ersetzt oder recycelt werden können, schließt die Verwendung von recyceltem Aluminium den Kreislauf. Dadurch wird der Bedarf an Primäraluminium reduziert und die langfristige Umweltbelastung verringert.

Berücksichtigen Sie bei der Materialauswahl neben dem Legierungstyp, dem Recyclinganteil und der Profilstärke auch die Lebenszyklusdaten. So finden Sie die beste Lösung.

Manchmal haben Festigkeit oder Haltbarkeit Vorrang vor Energieeinsparungen. Dann ist eine Abwägungsanalyse unerlässlich. Lebenszyklusdaten bieten jedoch eine gemeinsame Grundlage.

Schlussfolgerung

Die Wahl von Aluminiumlegierungen, recycelten Inhaltsstoffen und gut gestalteten Profilen ist ein klarer Weg zu Energieeinsparungen und Nachhaltigkeit. Eine intelligente Materialauswahl senkt den Energiebedarf, reduziert Emissionen und unterstützt die langfristige Effizienz.