Energiebesparende materiaalkeuzes voor aluminium extrusie?

Wanneer energiekosten stijgen en duurzaamheid belangrijk is, kan aluminium extrusie voor fabrikanten aanvoelen als een verborgen energieverslinder. Door de juiste materialen te kiezen, kan die druk worden verlicht.

Door de juiste aluminiumlegering en materiaalmix te kiezen, kan het energieverbruik tijdens het extruderen drastisch worden verminderd en kan de totale impact op het milieu worden verminderd.

Als u kosten wilt besparen en uw ecologische voetafdruk wilt verkleinen, lees dan verder. De keuzes die u maakt bij de materiaalkeuze zijn belangrijk.

Welke legeringen bieden een betere energie-efficiëntie bij de productie?

Wanneer u de verkeerde legering kiest, ontstaat er al snel energieverspilling: gesmolten schroot, verspilde warmte, trage extrusie.

Eenvoudigere, lager gelegeerde aluminiumkwaliteiten hebben vaak minder energie nodig om te extruderen dan hoogwaardige kwaliteiten.

Niet alle legeringen zijn gelijk als het gaat om de energie die nodig is voor extrusie. Aluminiumlegeringen met minder toegevoegde elementen – bijvoorbeeld legeringen die voornamelijk bestaan uit zuiver aluminium met kleine hoeveelheden magnesium of silicium – vereisen doorgaans lagere extrusietemperaturen en minder kracht. Een lagere temperatuur en een betere vloeibaarheid betekenen dat de pers minder energie per kilogram verbruikt.
Sterke hoogwaardige legeringen voegen koper, magnesium of zink toe om de sterkte te verhogen; deze toevoegingen maken het metaal moeilijker te persen en vereisen vaak hogere extrusietemperaturen of lagere snelheden. Dat verhoogt het energieverbruik.

Hieronder vindt u een eenvoudige vergelijking van veelgebruikte geëxtrudeerde aluminiumlegeringen. Deze geeft de relatieve extrusie-energiebehoefte per kilogram weer (uitgaande van typische extrusieparameters) en het typische smeltpunt/extrusiebereik.

Deze vereenvoudigde tabel laat zien dat puur aluminium of een legering uit de 1000-serie het minste energie per kg verbruikt, omdat het gemakkelijker vloeit en bij een lagere temperatuur smelt. De veelgebruikte 6000-serie, zoals 6063, komt in de buurt, maar voor het extruderen van hoogwaardige legeringen, zoals de 7000-serie, is aanzienlijk meer energie nodig.

Omdat veel toepassingen, zoals raamkozijnen, architecturale profielen en standaard industriële onderdelen, geen zeer hoge sterkte vereisen, kan het gebruik van aluminium uit de 6000- of 1000-serie energie besparen. Bij grote productievolumes lopen die besparingen aardig op.

Maar sterkte en duurzaamheid zijn ook belangrijk. Als een sterkere legering afval vermindert of de levensduur van het product verlengt, kan de energie-uitwisseling de moeite waard zijn. Energie per kg is slechts een deel van het plaatje.

Hoe beïnvloedt gerecycled materiaal het energieverbruik?

Aluminiumschroot voelt goedkoop aan – letterlijk en in termen van energieverbruik. Het gebruik van gerecycled aluminium vermindert het energieverbruik aanzienlijk in vergelijking met het gebruik van aluminium uit erts. Dat is van groot belang.

Aluminium gemaakt van gerecycled schroot verbruikt vaak tot 95% minder energie dan primaire productie uit erts, waardoor gerecycled materiaal veel energiezuiniger is.

Wanneer aluminium uit ruw erts wordt gewonnen, omvat het proces het delven, het raffineren van bauxiet tot aluminiumoxide en vervolgens het smelten van aluminiumoxide tot aluminiummetaal — een stap die enorm veel energie kost, vaak 150-200 megajoule (MJ) per kilogram voor primair aluminium. Daarentegen hoeft bij het recyclen van aluminiumschroot alleen maar te worden omgesmolten en geraffineerd, wat veel minder energie kost – ongeveer 5-15 MJ per kilogram, afhankelijk van de faciliteit en de zuiverheid van de legering. Dat verschil is enorm.

Bij het extruderen van aluminiumprofielen voorkom je door te beginnen met gerecyclede billets de hoge energie-investering die nodig is voor mijnbouw en smelten. Bij grote orders, zoals architecturale profielen of verlichtingsframes, kan het gebruik van gerecycled materiaal de totale energiebehoefte gedurende de levensduur van het product met meer dan de helft verminderen.

Het gebruik van gerecyclede materialen vermindert ook de uitstoot van broeikasgassen en andere milieueffecten die gepaard gaan met ertswinning, landgebruik en afval van raffinage.

Toch is de kwaliteit van het schroot van belang. Als het schroot verontreinigd is of uit gemengde legeringen bestaat, kan extra raffinage of sortering nodig zijn. Dat kost extra energie. Bovendien kan gerecyclede legering andere mechanische eigenschappen hebben, wat van invloed is op de extrusie-instellingen en mogelijk ook op het energieverbruik.

In de praktijk mengen veel extrusiefabrieken gerecycled en primair aluminium om energiebesparingen te compenseren en een constante kwaliteit te behouden. De exacte energiebesparingen zijn afhankelijk van de zuiverheid van het schroot, het type legering en de hoeveelheid gerecycled materiaal die wordt gebruikt.

Omdat de energiebehoefte voor aluminiumschroot slechts ~10 MJ/kg bedraagt, tegenover ~200 MJ/kg voor primair aluminium, biedt hergebruik van schroot een groot energievoordeel. Hoe meer gerecycled materiaal, hoe lager de totale energievoetafdruk – mits de kwaliteitscontroles degelijk zijn.

Zijn dunnere profielen duurzamer om te produceren?

Minder materiaal betekent minder extruderen. Dunnere profielen kunnen helpen om energie te besparen en het materiaalgebruik te verminderen. Maar dunner is niet altijd efficiënter.

Het produceren van dunnere aluminiumprofielen vermindert vaak het materiaal- en energieverbruik per onderdeel, maar de voordelen zijn afhankelijk van het ontwerp, de vereiste sterkte en de productie-efficiëntie.

Dunnere profielen gebruiken minder aluminium per onderdeel. Dat alleen al vermindert de hoeveelheid gesmolten, getransporteerd en geëxtrudeerd metaal. Minder aluminium betekent minder energie voor smelten, opnieuw verwarmen, extruderen en logistiek. Per onderdeel levert dit energiebesparingen op, vooral als er veel onderdelen nodig zijn.

Dunnere wanden kunnen echter moeilijker zonder defecten worden geëxtrudeerd. De pers moet mogelijk langzamer werken of extra worden gekoeld, waardoor het energieverbruik per kilogram toeneemt. Als het profiel te dun wordt voor de vereiste sterkte, kan het onderdeel defect raken of moet het extra worden versterkt of geverfd, waardoor de voordelen teniet worden gedaan.

Ook kunnen dunnere profielen een strengere dimensionale controle vereisen. Dat leidt tot meer afval of afkeur tijdens extrusie of verdere bewerking. Afval zorgt voor verspilling en energieverlies.

Vanuit het oogpunt van duurzaamheid zijn dunnere profielen alleen beter als ze hun functie en kwaliteit behouden zonder dat dit leidt tot hogere afkeurpercentages. Het is een kwestie van evenwicht.

Ten slotte zorgen dunnere onderdelen voor een lager verzendgewicht. Een lager verzendgewicht vermindert het energieverbruik en de uitstoot in de hele toeleveringsketen. Over de volledige levenscyclus – van grondstof tot eindgebruik – kunnen dunnere profielen leiden tot een lagere totale energiebehoefte, mits ze goed zijn ontworpen.

Welke levenscyclusgegevens ondersteunen de materiaalkeuze?

Goede beslissingen vereisen goede gegevens. Levenscyclusstatistieken laten zien hoe keuzes met betrekking tot aluminium van invloed zijn op energie, emissies en het gebruik van hulpbronnen gedurende de gehele levensduur van een product.

Levenscyclusstudies tonen aan dat het gebruik van gerecycled aluminium en efficiënte legeringen zowel het energieverbruik als de CO2-uitstoot aanzienlijk vermindert in vergelijking met nieuwe legeringen of zware profielen.

De levenscyclusanalyse (LCA) voor aluminium extrusie omvat de materiaalinkoop, het gieten of hersmelten van blokken, extrusie, afwerking, verzending, gebruik en recycling aan het einde van de levensduur. Belangrijke maatstaven zijn onder meer de totale energie per geproduceerde kg, de uitstoot van broeikasgassen per kg en het gebruik van hulpbronnen.

Veel gepubliceerde studies tonen aan dat het hersmelten van aluminiumschroot slechts 5-10% van de energie van primaire smelting verbruikt. Bovendien hangt de extrusie-energie per kg af van de legering en de efficiëntie van het proces. Wanneer gerecyclede knuppels worden gebruikt in een legering uit de 6000-serie, kan de totale energie per kg met meer dan 60% dalen in vergelijking met nieuwe, extruded zware profielen van hoogwaardige legeringen.

Hier volgt een vereenvoudigd overzicht van de intrinsieke energie en CO2-voetafdruk voor verschillende materiaal- en productiekeuzes.

Deze tabel laat zien dat gerecyclede aluminium profielen veel minder energie verbruiken en veel minder CO2 uitstoten gedurende hun levenscyclus. Als gerecyclede standaardlegeringen met een gemiddeld of dun profiel geschikt zijn voor het product, levert dit grote voordelen op voor de duurzaamheid.

Levenscyclusgegevens omvatten ook recycling aan het einde van de levensduur. Aluminium kan oneindig vaak worden gerecycled met minimaal verlies. Dat betekent dat onderdelen die zijn gemaakt van gerecycled aluminium na gebruik vaak weer in de schrootstroom terechtkomen, waardoor de energiezuinige cyclus opnieuw begint. Naarmate het aantal hergebruikcycli toeneemt, stijgt ook de cumulatieve energie- en emissiereductie.

Voor bouwonderdelen of verlichtingsarmaturen – die aan het einde van hun levensduur kunnen worden vervangen of gerecycled – sluit het gebruik van gerecycled aluminium de kringloop. Het vermindert de vraag naar primair aluminium en verkleint de ecologische voetafdruk op lange termijn.

Houd bij het selecteren van materialen rekening met het type legering, het gerecyclede gehalte en de profieldikte, in combinatie met levenscyclusgegevens. Dat helpt bij het kiezen van de beste oplossing.

Soms zijn sterkte of duurzaamheid belangrijker dan energiebesparing. Dan is een afwegingsanalyse essentieel. Maar levenscyclusgegevens bieden een gemeenschappelijke basis.

Conclusie

De keuze voor aluminiumlegeringen, gerecyclede materialen en goed ontworpen profielen is een duidelijke weg naar energiebesparing en duurzaamheid. Slimme materiaalkeuzes verminderen de energiebehoefte, verlagen de uitstoot en ondersteunen de efficiëntie op lange termijn.