Forscher lösen Problem beim Aluminium-Recycling aus Autos

Aluminium gehört zu den strategisch wichtigsten Metallen Europas. Seine Herstellung verbraucht jedoch enorme Mengen Energie. Gerade in Zeiten hoher Strompreise könnte Recycling helfen, einen Teil des Bedarfs deutlich günstiger zu decken. Doch auf dem Weltmarkt läuft derzeit etwas in die falsche Richtung: Wegen niedriger US-Zölle auf Aluminiumschrott und hoher Zölle auf Primäraluminium lohnt sich das Recycling inzwischen oft stärker in den Vereinigten Staaten als in Europa. Wertvoller Schrott wird exportiert, während moderne Anlagen hierzulande teilweise stillstehen.

Aus ausgedienten Fahrzeugen entstehen jährlich 7 bis 9 Millionen Tonnen Metallschrott, ein erheblicher Teil davon Aluminium. Doch anders als Getränkedosen lässt sich Fahrzeug-Aluminium nicht einfach wieder einschmelzen. Autos bestehen aus vielen unterschiedlichen Legierungen. Beim Recycling vermischen sie sich – und die Qualität des Metalls sinkt. An der Montanuniversität Leoben gelang Forschern ein neuer Schritt beim Aluminium-Recycling aus Autos: Gemischter Altauto-Schrott wird wieder zu hochwertigem Blech.

Studie zeigt neuen Weg für das Aluminium-Recycling aus Autos

Eine Studie im Fachjournal Nature Communications beschreibt einen neuen Weg, gemischten Aluminiumschrott aus Altfahrzeugen direkt zu hochwertigen Legierungen zu verarbeiten. Dabei kommt ein Prinzip zum Einsatz, das im Metallrecycling lange als Nachteil galt.

Beim Einschmelzen bleiben viele Elemente im Metall zurück – etwa Eisen, Silizium oder Kupfer. Bisher galten sie als störende Verunreinigungen. Im neuen Prozess erfüllen sie eine andere Funktion. Sie bilden feine Partikel im Metallgefüge, die die mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessern. „Die Elemente, die derzeit als schädliche Verunreinigungen gelten, werden in unserem Verfahren vorteilhaft genutzt, um das Mikrogefüge zu verfeinern und die Eigenschaften zu verbessern“, erklärt Studienleiter Stefan Pogatscher.

Altauto-Aluminium: ein riesiger Rohstoffstrom

Fahrzeuge enthalten heute deutlich mehr Aluminium als früher. Der Werkstoff steckt in Karosserien, Fahrwerken, Batteriekästen und zahlreichen weiteren Bauteilen. Damit wächst auch die Menge an Aluminium, die nach dem Ende eines Autolebens recycelt werden muss.

In Europa entstehen jedes Jahr große Mengen dieses Materials:

7 bis 9 Millionen Tonnen Aluminiumschrott fallen jährlich aus Altfahrzeugen an
ein durchschnittliches Auto enthält 26 verschiedene Aluminiumlegierungen
diese verteilen sich auf 14 unterschiedliche Anwendungen im Fahrzeug

Diese Vielfalt erschwert das Recycling. Beim klassischen Verfahren werden Fahrzeuge zunächst geschreddert. Anschließend trennt die Industrie Stahl, Kunststoffe und andere Materialien. Zurück bleibt ein Aluminiumgemisch, das aus vielen unterschiedlichen Legierungen besteht.

Für hochwertige Bleche müssen die Metallzusammensetzungen normalerweise genau kontrolliert werden. Deshalb mischen Recyclingbetriebe häufig Primäraluminium hinzu. Dieser Schritt erhöht jedoch Energieverbrauch und Kosten.

Neue Legierungen erreichen hohe Festigkeit

Das Verfahren aus Leoben verzichtet auf diese Verdünnung. Der gemischte Aluminiumschrott wird direkt weiterverarbeitet und anschließend zu Blechen gewalzt.

Die mechanischen Eigenschaften der neuen Legierungen fallen überraschend stark aus. Die Studie nennt konkrete Werte:

Streckgrenze: etwa 345 bis 350 Megapascal
Zugfestigkeit: bis zu 410 Megapascal
Bruchdehnung: rund 11 bis 12 Prozent

Diese Kombination aus Festigkeit und Verformbarkeit ist für den Fahrzeugbau entscheidend. Karosseriebleche müssen stabil sein und sich gleichzeitig gut formen lassen. In mehreren Tests erreichten die neuen Legierungen Werte, die sogar über dem Bereich vieler heutiger Automobillegierungen liegen.

© Stefan Pogatscher Direktes Aluminium-Upcycling aus Altautos: (a) Vergleich mit dem bisherigen Verfahren zeigt, dass gemischter Schrott ohne Sortierung direkt zu neuen Legierungen verarbeitet werden kann. (b) Die Messwerte belegen: Je nach Gießverfahren erreichen die neuen Materialien Festigkeit und Dehnbarkeit auf dem Niveau heutiger Auto-Legierungen oder darüber. © Stefan Pogatscher

Mikrostruktur macht das Metall widerstandsfähiger

Der Schlüssel liegt im inneren Aufbau des Materials. Während der Verarbeitung entstehen kleine intermetallische Partikel im Aluminiumgefüge. Sie wirken wie mikroskopische Hindernisse im Kristallgitter.

Wenn sich das Metall verformt, blockieren diese Partikel Bewegungen der sogenannten Versetzungen. Dadurch steigt die Festigkeit des Materials. Gleichzeitig sorgt eine gezielte Wärmebehandlung dafür, dass sich zusätzliche Nanostrukturen im Metall bilden.

Auch die Produktionsbedingungen spielen eine wichtige Rolle. Die Geschwindigkeit, mit der das Metall beim Gießen abkühlt, beeinflusst Form und Größe der Partikel im Gefüge. Schon kleine Unterschiede können die Eigenschaften der Legierung deutlich verändern.

Produktion funktioniert mit bestehender Industrie-Technik

Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens liegt in seiner industriellen Umsetzbarkeit. Die Produktion nutzt Technologien, die bereits in der Aluminiumindustrie verbreitet sind.

Zum Einsatz kommt unter anderem das sogenannte Direct-Chill-Gießen. Dieses Verfahren erzeugt große Metallblöcke, die später zu Blechen gewalzt werden.

Auch die weiteren Schritte entsprechen etablierten Produktionsprozessen:

Warm- und Kaltwalzen der Bleche
Wärmebehandlungen zur Gefügeoptimierung
kurzes Erwärmen beim sogenannten Paint-Baking, einem Standardprozess im Autobau

Dadurch lässt sich das Verfahren vergleichsweise leicht in bestehende Produktionsketten integrieren.

Recyclingproblem könnte wirtschaftlich wachsen

Die Forscher weisen darauf hin, dass sich das Recyclingproblem künftig noch verschärfen könnte. Mit zunehmender Elektrifizierung und neuen Fahrzeugkonzepten steigt die Vielfalt der verwendeten Materialien weiter.

Schon heute entstehen große Mengen Aluminium, die nur eingeschränkt wiederverwertet werden. Laut Berechnungen könnte sich dieser Trend deutlich verstärken. Die Studie nennt mögliche Folgen:

bis zu 6 Millionen Tonnen minderwertiger Aluminiumschrott pro Jahr
wirtschaftliche Verluste von rund 15 Milliarden US-Dollar
zusätzliche 90 Millionen Tonnen CO₂-Emissionen jährlich

Ein effizienteres Recycling könnte diese Entwicklung deutlich abmildern.

Mehr Kreislaufwirtschaft für die Autoindustrie

Aluminium aus alten Fahrzeugen könnte künftig wieder direkt in neue Autos zurückfließen. Das würde den Bedarf an neu produziertem Metall senken, Energie sparen und Emissionen in der Metallproduktion reduzieren.

Die Forschung wurde vom Europäischen Forschungsrat unterstützt und mit rund zwei Millionen Euro aus einem ERC Consolidator Grant gefördert. Mehrere Unternehmen haben bereits Interesse signalisiert. Gemeinsam mit Industriepartnern prüfen die Forscher nun, wie sich das Verfahren im großen Maßstab umsetzen lässt.

Kurz zusammengefasst:

Beim Aluminium-Recycling aus Autos ist hochwertige Wiederverwertung schwierig, weil viele verschiedene Legierungen miteinander vermischt sind.
Ein Verfahren der Montanuniversität Leoben nutzt sogar störende Fremdelemente im Schrott gezielt, um daraus wieder starke Aluminiumlegierungen für Karosseriebleche herzustellen – ohne aufwendige Sortierung oder Zusatz von neuem Metall.
Die neue Methode erreicht Festigkeiten von bis zu rund 410 Megapascal und könnte helfen, Energie, Rohstoffe und CO₂-Emissionen in der Metallproduktion zu sparen.

Übrigens: Während beim Aluminium-Recycling aus Autos selbst Mischschrott wieder nutzbar wird, wächst im All ein ganz ähnliches Problem – Tausende alte Satelliten und Trümmerteile kreisen ungenutzt um die Erde. Forscher fordern deshalb Recycling direkt im Orbit, bevor der Weltraum zur Müllhalde wird. Mehr dazu in unserem Artikel.