»Plansee Group« beteiligt sich an Forschungsprojekt für eine CO2-freie Aluminiumproduktion
Breitenwang/Lechbruck – CO2 sparen möchte die „Plansee Group“ nach eigenen Angaben künftig bei der Aluminiumproduktion, indem sie Elektroden aus Titan-Diborid anstatt die bisher üblichen aus Kohlenstoff einsetzt. Die neuen Elektroden entwickelt das Unternehmen zusammen mit dem Aluminiumhersteller „Trimet“.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, ein neues Produktionsverfahren zu etablieren, in dem auf Kohlenstoff verzichtet wird. Anstelle von klimaschädlichem Kohlenstoffdioxid soll nur noch Sauerstoff freigesetzt werden, wodurch sich die Klimabilanz erheblich verbessert.
Leicht, korrosionsbeständig und dennoch stabil – diese besonderen Eigenschaften machen Aluminium zu einem vielseitigen und beliebten Werkstoff. Ob im Batteriekasten eines Elektrofahrzeugs, in Küchenarmaturen, in Fenstern und Fassaden oder in Lebensmittelverpackungen – das begehrte Leichtmetall ist im täglichen Leben der modernen Welt nicht mehr wegzudenken.
Entsprechend hoch ist der weltweite Bedarf am Werkstoff. Mehr als 67 Millionen Tonnen wurden allein im Jahr 2021 davon hergestellt und die Nachfrage ist weiterhin steigend. Dies bringt allerdings auch einen Nachteil mit sich: Die Herstellung von Aluminium ist energieintensiv. Nicht nur der hohe Strombedarf im Schmelzprozess, der überwiegend aus Kohlekraftwerken gedeckt wird, treibt die CO2-Emission nach oben. Auch im Produktionsprozess selbst wird Kohlenstoff verbrannt und als Kohlendioxid ausgestoßen. Pro Jahr verursacht dies rund 100 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente weltweit.
Diese prozessbedingte Emission erheblich zu verringern, hat sich nun der deutsche Aluminiumhersteller „Trimet“ zum Ziel gesetzt. Doch wie genau kann dies gelingen?
Nutzbar machen
Die Herstellung von Aluminium erfolgt in einem Elektrolyseschmelzverfahren, der so genannten Schmelzfluss-Elektrolyse nach Hall-Héroult. Hierbei wird Aluminiumoxid unter Einsatz von Kohlenstoff-Elektroden in der Elektrolyse zu Aluminiummetall reduziert. Während der Elektrolyse verbrennt die Kohlenstoff-Elektrode und wird als CO2 ausgestoßen. Gemeinsam mit dem isländischen Technologieunternehmen „Arctus“ entwickelte „Trimet“ nun ein Verfahren, in dem die Kohlenstoff-Elektrode in der Elektrolysezelle durch inertes Kathodenmaterial ersetzt wird. Der entscheidende Vorteil: Da keine Kohlenstoffelektrode zum Einsatz kommt, wird Sauerstoff anstelle von CO2 freigesetzt. Somit ist es nach Angaben von Plansee nun erstmals möglich, das Leichtmetall ohne direkte CO2-Emission herzustellen und einen entscheidenden Beitrag zu leisten für eine nachhaltigere Produktion.
Diese technologische Innovation nun industriell nutzbar zu machen – vom Labormaßstab zur Prototypenzelle über kleine industrielle Zellen bis hin zur Massenfertigung – ist Aufgabe eines Forschungsprojekts. Beteiligt sind neben Experten von „Trimet“ und „Arctus“ auch die Universität des Saarlandes sowie Experten von „Plansee“. Ihre Aufgabe ist es nun, den idealen Werkstoff für den Ersatz der Kohlenstoffelektroden zu entwickeln.
Besonders geeignet ist hier laut Unternehmen der Werkstoff Titan-Diborid (TiB2), welcher sich durch extreme Härte und gute Oxidationsbeständigkeit auszeichnet und im Gegensatz zu vielen anderen Werkstoffen nicht mit Aluminium reagiert. Bereits seit Jahren produziert „Plansee“ nach eigenen Angaben am Standort Lechbruck TiB2-Sputtertargets für die Hartstoffbeschichtung von Werkzeugen. Nun gilt es, diesen Werkstoff für den neuen Anwendungsfall anzupassen. Insbesondere geht es um die Verbesserung der Korrosionseigenschaften im Kontakt zum Aluminiumelektrolyt als auch der Oxidationsbeständigkeit im oberen Bereich der Elek-
troden, der sich bei hohen Temperaturen an der Luft befindet. Zusätzlich entwickelt „Plansee“ auf der Basis des bereits vorhandenen Knowhows die Verbindungstechnik der TiB2-Kathoden zu den elektrischen Kupferanschlüssen für die Stromführung.
Staatliche Förderung
„Unser Forschungsteam arbeitet mit großer Begeisterung an dem Projekt“, sagt Peter Polcik, „Product Development Manager“ bei „Plansee Composite Materials“ in Lechbruck. „Als Innovationspartner ist es unser Ziel, in den kommenden drei Jahren die Lieferung von optimierten TiB2-Kathoden für den Bau der Elektrolysezellen für die Aluminiumherstellung zu gewährleisten und damit einen wichtigen Beitrag zur Reduktion des CO2-Fußabdrucks von ,Trimet‘ zu leisten“, fügt Polcik hinzu.
Gefördert wird das Projekt, das im Frühjahr 2022 startete, mit Mitteln von „Progres.NRW – Innovation“, einer Initiative des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des deutschen Bundeslandes Nordrhein-Westfalen. Das Förderprogramm unterstützt klima- und energiepolitische Aktivitäten und hat zum Ziel, anwendungsorientierte wissenschaftliche und technologische Grundlagen für die Bewältigung der Zukunftsaufgaben im Themenbereich Energie zu schaffen.