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Aluminium – Eisenersatz

23.11.2022

Aluminium - Eisenersatz

Von Aluminium sagt man, es sei der Stahl des 21. Jahrhunderts. Das Metall ist leicht und praktisch, ein Multitalent mit vielen Einsatzmöglichkeiten. Im Periodensystem hat es das Elementsymbol Al und die Ordnungszahl 13. Aluminium gehört zur dritten Hauptgruppe, die früher auch als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet wurde. Man nutzt Aluminium als Eisenersatz, wenn geringeres Gewicht für die Fertigung wichtiger ist als die Kosten – Aluminium wiegt im Vergleich zu Stahl nur ein Drittel pro Kubikzentimeter.

Vorkommen: Aluminium ist mit einem Anteil von 7,57 Gewichtsprozent nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element der Erdkruste und damit das häufigste Metall. Es kommt ausschließlich in gebundener Form vor, wie in Alumosilicaten die zum Beispiel Bestandteil von Ton, Gneis und Granit sind. Das einzige wirtschaftlich wichtige Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit. Vorkommen befinden sich in Südfrankreich (Les Baux), Guinea, Bosnien und Herzegowina, Ungarn, Russland, Indien, Jamaika, Australien, Brasilien und den Vereinigten Staaten. Bauxit enthält ungefähr 60 Prozent Aluminiumhydroxid, etwa 30 Prozent Eisenoxid und Siliciumdioxid.

Geschichte: 1754 erkannte der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggraf in Tonerde eine Verbindung eines bis dahin noch unbekannten Metalls mit Sauerstoff. Dieses Metall rückte so erstmals ins Bewusstsein der Wissenschaft. Allerdings wurde es nicht als eigenständiges Metall anerkannt, da es in der Natur nur in Verbindung mit Sauerstoff und Kieselsäure vorkommt. Erst 1809 gelang es dem britischen Naturwissenschaftler Sir Humphry Davy, für den Bruchteil einer Sekunde Aluminium aus Tonerde herzustellen und so seine Existenz nachzuweisen. Er gab ihm auch den Namen „Aluminum“. Die reine Herstellung dieses Metalls gelang jedoch erst 1825 dem dänischen Naturwissenschaftler Hans Christian Oersted.

Verwendung: Durch sein geringes Gewicht hilft Aluminium, Ressourcen zu sparen. Vor für Automobilhersteller ist es unverzichtbar, um Verbräuche und Emissionen zu senken. Das Metall ist stabil und setzt auch nach Jahrzehnten keinen Rost an. Die ersten Drei-Liter- Autos der Welt, der VW Lupo 3L TDI und der Audi A2 1.2 TDI, wären ohne konsequenten Einsatz von Aluminium seinerzeit nicht realisierbar gewesen. Beim Audi bestand sogar die komplette Karosserie aus Alu. Aus Aluminium werden ebenfalls Airbus-Tragflächen und ICE-Wagenkästen gefertigt, aber auch Fenster und Türen, Ikea-Bettgestelle und Bierdosen und Kochgeschirre. Bei den Verpackungsfolien für Schoko-Osterhasen kommt das bekannteste Produkte zum Einsatz – die Alufolie. Was wenig bekannt ist: Hochspannungsleitungen bestehen aus einem dünnen Stahlseil mit einem Aluminium-Mantel.

Herstellung: Die Gewinnung erfolgt in Aluminiumhütten ausgehend von dem Mineral Bauxit zunächst im Bayer-Verfahren, mit dem Aluminiumoxid gewonnen wird. Die Erzeugung von Aluminium zählt zu den energieintensivsten Verfahren überhaupt. Aufgrund der hohen Bindungsenergie durch die Dreiwertigkeit des Aluminiums und der geringen Atommasse ist der Prozess recht aufwändig. Pro produziertem Kilogramm Rohaluminium müssen 12,9 bis 17,7 Kilowattstunden an elektrischer Energie eingesetzt werden. Eine Reduzierung des Strombedarfs ist nur noch in geringem Ausmaß möglich, weil die Potentiale für energetische Optimierungen weitgehend erschlossen sind. Aluminiumherstellung ist daher nur wirtschaftlich, wenn billige Elektroenergie zur Verfügung steht. In Baden-Württemberg ist Aluminium Rheinfelden-Alloys auf Aluminium-Produkte spezialisiert.

Recycling: Je länger Aluminium in Gebrauch ist, desto weniger fällt der hohe Energieaufwand bei der Herstellung ins Gewicht. Anders als Stahl oder Kunststoff ist Aluminium fast unbegrenzt wiederverwertbar ­ und mit jeder neuen Verwendung verbessert sich seine Ökobilanz. Das Umschmelzen von Aluschrott zu neuem Aluminium benötigt nur noch fünf Prozent der ursprünglichen Strommenge. Das heißt: Ein Großteil der bei der Primärerzeugung im Metall gespeicherten Energie kann beim Recycling reaktiviert werden. Im Gegensatz zu Stahl hat Alu bei der Wiederverwertung zudem nicht den Nachteil des Downgrading. Die Qualität des Metalls verschlechtert sich durch Recycling nicht. In Europa stammen etwa 50 Prozent des produzierten Aluminiums aus der Recyclingroute.

Zu den Eigenschaften von Aluminium: https://institut-seltene-erden.de/seltene-erden-und-metalle/basismetalle/aluminium/

Reportage zur Aluminium-Herstellung in Deutschland: https://www.brandeins.de/magazine/brand-eins-neuland/niederrhein-aluwunderkunstgemuesemodepilgerkohleland/unter-strom

Mehr über Aluminiumrecycling: https://de.wikipedia.org/wiki/Aluminiumrecycling

Autor: Sabine Latorre