Dr. Koch studierte Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Werkstofftechnik und erforschte in seiner Dissertation energieeffiziente Lösungen zur Wiederverwertung von Aluminiumspänen – ein Thema, das angesichts der Klimaziele der EU und des steigenden Bedarfs an nachhaltigen Produktionsverfahren von großer Relevanz ist.
Klimaschutz durch Leichtbau, aber was ist mit der Produktion?
Die Notwendigkeit, klimafreundliche Produktionsprozesse zu entwickeln, ist vor allem im Hinblick auf energieintensive Werkstoffe wie Aluminium von entscheidender Bedeutung. Aluminium ist in der modernen Industrie, insbesondere im Leichtbau, unverzichtbar, da es durch seine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit überzeugt. Jedoch ist die Herstellung von Primäraluminium aus Bauxit ökologisch bedenklich und extrem energieaufwendig – rund zehnmal energieintensiver als die Stahlproduktion. Das konventionelle Recycling von Aluminium durch Wiedereinschmelzen ist zwar eine Alternative, birgt jedoch Probleme wie starke Oxidbildung beim Abbrand und damit verbundene Materialverluste. Dr. Koch stellte diese Herausforderungen als Ausgangspunkt seiner Forschung dar. Im Zentrum seiner Arbeit steht die Frage, wie Aluminiumabfälle, insbesondere Späne, ohne Schmelzprozess in neue Halbzeuge überführt werden können, ohne die Materialqualität zu schmälern.
Recyclingverfahren clever kombiniert
Dr. Koch untersuchte dafür eine Verknüpfung von zwei vielversprechenden Solid-State-Recyclingverfahren vor: Feldaktives Sintern und Vorwärtsfließpressen. Das Feldaktive Sintern (engl. Field-Assisted Sintering Technique, FAST) kombiniert Hitze und Druck, um die Späne zu dichten Halbzeugen zu verarbeiten. Durch die chemische Diffusion entstehen beim FAST-Verfahren besonders stabile Mikroverbindungen, die zu einer erhöhten Festigkeit der recycelten Produkte führen. Das Vorwärtsfließpressen dagegen gehört zu den rein mechanischen SPD-Umformprozessen (Severe Plastic Deformation, SPD), das durch Kombination von Druck und Dehnung in der Lage ist, die Oxidschicht auf den Aluminiumspänen aufzubrechen. Die CO2-Emissionen für so hergestellte Halbzeuge wird gegenüber konventionellen Verfahren mit Primäraluminium um bis zu 70 % reduziert, der Energiebedarf sogar um 98 %. Dr. Kochs Studien zeigen sogleich, dass durch die Optimierung der beiden Verfahren die mechanischen Eigenschaften von Halbzeugen aus recyceltem Aluminium erheblich verbessert werden können. Insbesondere die Leistungsfähigkeit bei zyklischer Beanspruchung ist beeindruckend, da sie die Eigenschaften von Primäraluminium teilweise sogar übertrifft. Diese Fortschritte bieten enormes Potenzial, den Anteil von recyceltem Aluminium in der Automobil- und Luftfahrtindustrie signifikant zu erhöhen.
Forschung, die begeistert und Chancen schafft
Das Webinar stieß auf großes Interesse bei den Teilnehmenden, und es gab zahlreiche Rückfragen aus der Community zu den präsentierten Ergebnissen. Auch ging es dabei um seine Einschätzungen, welche Herausforderungen bei der Erhöhung des Anteils von recyceltem Aluminium in Halbzeugen verbleiben und welche Rolle hybride Halbzeuge in der Zukunft spielen könnten. Der Referent betonte, dass durch die konsequente Weiterentwicklung der Technologien und die gezielte Anpassung der Prozessparameter die Wiederverwendung von Aluminium nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern auch wirtschaftlich attraktiv gestaltet werden könne.