Prihranki pri energiji, emisijah in dosegu baterije električnih vozil – moč recikliranega aluminija

Avtomobilska industrija, bolj natančno proizvodnja električnih vozil, je pionir inovativnega postopka za zbiranje in predelavo odpadnega aluminija za nove dele vozil. Pacific Northwest National Laboratory DOE je v sodelovanju s podjetjem za tehnologijo mobilnosti Magna pravkar razkril novo proizvodno metodo, ki zmanjša vloženo energijo za več kot 50 % in emisije ogljikovega dioksida za več kot 90 %, tako da odpravi potrebo po pridobivanju in predelavi enake količine surove aluminijeve rude. Poleg tega lahko uporaba lahkega aluminija poveča tudi vozni doseg električnih vozil.

Ta patentirani in nagrajeni postopek obdelave in iztiskanja s pomočjo striženja (ShAPE™) zbira odpadne koščke in ostanke aluminijastih obrob iz avtomobilske proizvodnje ter jih neposredno pretvori v primeren material za nove dele vozil. Kmalu bodo pripravljeni tudi za izdelavo lahkih aluminijastih delov za električna vozila.

Najnovejši napredek, ki je podrobno opisan v novem poročilu in v raziskovalnem članku Manufacturing Letters, odpravlja potrebo po dodajanju sveže izkopanega aluminija materialom, ki bodo uporabljeni v proizvodnji. Z zmanjšanjem stroškov recikliranja aluminija lahko proizvajalci znižajo skupne stroške aluminijastih komponent in jim tako omogočijo boljše alternative za nadomeščanje jekla v proizvodnji.

»Pokazali smo, da aluminijasti deli, izdelani s postopkom ShAPE, izpolnjujejo standarde avtomobilske industrije glede trdnosti in absorpcije energije,« je povedal Scott Whalen, znanstvenik za materiale pri PNNL in vodilni raziskovalec. »Ključno je, da postopek ShAPE razbije kovinske nečistoče v odpadku, ne da bi zahteval energetsko intenziven korak toplotne obdelave. Že samo to prihrani precej časa in uvede nove učinkovitosti.«

Novo poročilo in raziskovalne objave predstavljajo vrhunec štiriletnega partnerstva z Magno, največjim proizvajalcem avtomobilskih delov v Severni Ameriki.

»Trajnost je v ospredju vsega, kar počnemo,« je dejal Massimo DiCiano, vodja znanosti o materialih pri Magni. »Od naših proizvodnih procesov do materialov, ki jih uporabljamo, in proces ShAPE je odličen dokaz, v katero smer se želimo razvijati in ustvarjati nove trajnostne rešitve za naše stranke.«

Prednosti aluminija

Aluminij je poleg jekla najbolj uporabljen material v avtomobilski industriji. Lažji in močnejši aluminij je ključni material v strategiji za izdelavo lahkih vozil za izboljšano učinkovitost, bodisi zato, da povečamo doseg električnega vozila ali zmanjšamo kapaciteto baterije. Medtem ko avtomobilska industrija trenutno reciklira večino svojega aluminija, mu redno dodaja na novo izkopan primarni aluminij, preden ga ponovno uporabi, in sicer zato, da razredči nečistoče.

Proizvajalci kovin se prav tako zanašajo na stoletje star postopek predgretja opeke ali “gredic”, kot jih poznamo v industriji, na temperature nad 550 °C več ur. Stopnja predgretja raztopi grozde nečistoč, kot so silicij, magnezij ali železo, v surovi kovini in jih enakomerno porazdeli v gredico s postopkom, znanim kot homogenizacija.

Nasprotno pa postopek ShAPE izvede isti korak homogenizacije v manj kot sekundi in nato brez predhodnega segrevanja pretvori trdni aluminij v končni izdelek v nekaj minutah.

»Z našimi partnerji pri Magni smo dosegli ključni mejnik v razvoju procesa ShAPE,” je dejal Whalen. »Pokazali smo njegovo vsestranskost z ustvarjanjem kvadratnih, trapezastih in večceličnih delov, ki vsi izpolnjujejo merila kakovosti za trdnost in ‘duktilnost’ oziroma zmožnost deformacije.«

Za te poskuse je raziskovalna skupina delala z aluminijevo zlitino, znano kot 6063 ali arhitekturni aluminij. Ta zlitina se uporablja za različne avtomobilske komponente, kot so nosilci motorja, sklopi odbijačev, tirnice okvirja in zunanje obloge.

Raziskovalna skupina PNNL je preučila ekstrudirane oblike z uporabo vrstične elektronske mikroskopije in difrakcije povratnega sipanja elektronov, ki ustvari sliko postavitve in mikrostrukture vsakega kovinskega delca v končnem izdelku. Rezultati so pokazali, da so izdelki ShAPE enako močni in nimajo proizvodnih napak, ki bi lahko povzročile okvaro delov. Izdelki niso imeli znakov velikih skupin kovinskih nečistoč, ki lahko povzročijo poslabšanje materiala in ovirajo prizadevanja za uporabo sekundarno recikliranega aluminija za izdelavo novih izdelkov.

Zdaj raziskovalna skupina preučuje še bolj trdne aluminijeve zlitine, ki se običajno uporabljajo v ohišjih baterij za električna vozila.

»Ta inovacija je le prvi korak k ustvarjanju krožnega gospodarstva za recikliran aluminij v proizvodnji,« je dejal Whalen. »Zdaj delamo na vključitvi tokov odpadkov po uporabi, kar bi lahko ustvarilo povsem nov trg za sekundarni odpadni aluminij.«