Dai rottami e dai ricambi usati ai materiali ad alte prestazioni
Il Fraunhofer IWU apre nuove vie circolari per la schiuma di alluminio
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L'alluminio è un materiale fondamentale per la mobilità sostenibile e per la realizzazione di prodotti efficienti dal punto di vista delle risorse, ma la sua produzione richiede notevoli quantità di energia. I ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per le macchine utensili e la tecnologia di formatura (IWU) hanno ora dimostrato come gli scarti di produzione, i trucioli di alluminio e i componenti in schiuma di alluminio a fine vita possano essere sistematicamente reintegrati nel processo di produzione. I loro risultati aprono nuove opportunità per la produzione circolare della schiuma di alluminio e potrebbero ridurre significativamente il fabbisogno di materie prime primarie.
La schiuma di alluminio è uno dei materiali strutturali più leggeri disponibili. Grazie alla sua bassa densità, all’elevata capacità di assorbimento energetico e alle eccellenti proprietà di smorzamento, è adatto ad applicazioni nell’ingegneria automobilistica, nelle strutture delle macchine, nell’edilizia e nei sistemi leggeri ad alta efficienza energetica, tra le altre. Oggi, tuttavia, la schiuma di alluminio viene prodotta principalmente a partire da polveri di leghe di alluminio, la cui produzione è relativamente complessa e costosa.
I ricercatori del Fraunhofer IWU si sono quindi concentrati su una leva di sostenibilità in gran parte trascurata: l’uso di materiali circolari nella produzione di schiuma tramite metallurgia delle polveri. Il loro lavoro si è incentrato su trucioli di alluminio puliti e di una sola lega, scarti di produzione e materiali a fine vita che possono essere lavorati meccanicamente e riutilizzati come materia prima per nuove schiume di alluminio.
Trucioli lavorati al posto della polvere vergine
Un approccio particolarmente promettente consiste nel sostituire, in parte o completamente, la polvere vergine di lega di alluminio, ad alto consumo energetico, con trucioli di alluminio lavorati. Le ricerche hanno dimostrato che la macinazione e la classificazione dei trucioli producono una materia prima simile alla polvere che può essere convertita con successo in semilavorati espandibili. Le schiume risultanti raggiungono strutture e densità paragonabili a quelle delle schiume di alluminio prodotte in modo convenzionale.
«L’utilizzo diretto degli scarti di produzione all’interno del ciclo dei materiali offre un notevole potenziale ambientale ed economico», spiega il Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, responsabile del gruppo Metal Foam presso il Fraunhofer IWU.
Di particolare rilevanza è il fatto che la produzione di alluminio secondario richiede molta meno energia rispetto a quella dell’alluminio primario. Di conseguenza, è possibile ridurre sia i costi dei materiali sia le emissioni di CO₂.
Trasformare gli scarti di produzione in materiali funzionali
I ricercatori hanno inoltre studiato la lavorazione di residui di alluminio di dimensioni maggiori, quali fogli, bobine e materiale proveniente dai cerchioni. Attraverso processi meccanici in più fasi, tra cui taglio, frantumazione, macinazione e vagliatura, hanno ottenuto granulometrie definite adatte alla produzione di schiuma. In linea di principio, anche i componenti in schiuma di alluminio a fine vita possono essere reintegrati nel ciclo dei materiali. A tal fine, il team ha sviluppato strategie adeguate per la frantumazione, la selezione e il ritrattamento specifico per ciascun materiale.
Un aspetto particolarmente importante è che il riciclaggio non si limita alla semplice rifusione. Il Fraunhofer IWU persegue invece i cosiddetti approcci di riciclaggio allo stato solido. In questi processi, gran parte della struttura del materiale esistente viene conservata, consentendo ulteriori risparmi energetici e riducendo al minimo le perdite di materiale.
Nuove prospettive per l’economia circolare nell’ingegneria delle strutture leggere
I risultati dimostrano che i rottami di alluminio in polvere possono rappresentare un’alternativa tecnicamente equivalente alla polvere di lega di alluminio di nuova produzione. Ciò rende possibile una produzione di schiume di alluminio significativamente più efficiente dal punto di vista delle risorse. I ricercatori vedono in questo un importante elemento fondamentale per le catene del valore circolari nell’industria della lavorazione dei metalli, in particolare in settori con rigorosi requisiti di costruzione leggera, quali l’ingegneria automobilistica, l’ingegneria meccanica e il trasporto ferroviario.
Il lavoro proseguirà ora in vista dell’implementazione industriale. Le future attività di ricerca si concentreranno in particolare sulla stabilizzazione delle proprietà dei materiali nonostante le fluttuazioni nella qualità dei rottami, nonché sulla conduzione di valutazioni complete del ciclo di vita. Questi sforzi mirano a quantificare i benefici ambientali della produzione di schiuma a base di rottami e a preparare la tecnologia per un’ampia adozione industriale.
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