Seksjonen forskning består av saker som er skrevet av ansatte i Forskningsrådet, Sintef, NTNU og UiO.
Trondheim (Bilde: Colourbox)

RESIRKULERING AV ALIMINIUM

Ser på byer som metallgruver

NTNU-forskere skal hjelpe aluminiumsindustrien med å halvere utslippene.

  • Forskning

Daniel Beat Müller og Gang Liu ser ikke på et bylandskap på samme måte som en gjennomsnittsperson gjør.

Istedenfor å se skyskrapere og veier, gatelys og avløpsrør ser de metall – mye metall. Byer er byer, men til sist er de også bygruver.

Müller er professor og Liu er postdoktor ved program for industriell økologi ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU).

Deres uvanlige måte å se verden på har et viktig mål:

Togradersmålet

FNs klimapanel (IPCC) har advart om at hvis verden skal unngå en temperaturøkning på mer enn 2 grader, må vi kutte de globale utslippene av klimagasser med 50-85 prosent av 2000-nivåene innen 2050.

Dette er for å unngå katastrofale klimaendringer. 2050 er bare drøyt 35 år unna.

Ved å se på hvordan mennesker produserer, bruker og resirkulerer metall håper Müller og Liu å bli i stand til å identifisere punkter der metallenes syklus kan bli strømlinjeformet til å bruke mindre ressurser og energi, og til å hjelpe metallindustrien til å nå sine utslippsmål.

Les også: Stoltenberg blir klima-utsending for FN

Krevende å produsere

Müller har sett på mange ulike metaller i løpet av karrieren. Han er også hovedforfatter bak klimapanelets femte hovedrapport, arbeidsgruppe 3 om klimapolitikk. Men han og Liu har i det siste fokusert på aluminium.

Dette lette og anvendelige metallet gir et viktig bidrag til norsk økonomi, men det er også et av de mest energikrevende metallene å produsere.

Noen beregninger viser at aluminiumsindustrien bruker 3,5 prosent av all elektrisitet som produseres på jorda, og alene er ansvarlig for 1 prosent av CO-utslippene.

De to har laget en grundig analyse av aluminiumsproduksjonen og materialbruken i en serie forskningsrapporter som er produsert de siste årene som del av Lius doktorgradsarbeid.

De har funnet ut at aluminiumsindustrien bare kan halvere utslippene gjennom omfattende resirkulering, innføring av ny teknologi og lavt forbruk av aluminium på verdensbasis – med et forbruk på nivå med Portugal og Spanias snarere enn det i USA og Norge.

Uten å innføre disse tiltakene raskt vil aluminiumsindustrien finne det «svært vanskelig å oppnå» de utslippskuttene som er nødvendige for å unngå farlig global oppvarming, sier Müller.

Spesielt når de kommer til å investere i dyr, men effektiv produksjonsteknologi må industrien gjøre noe nå før muligheten forsvinner og det er for sent.

Les også: Slik kan norsk transport se ut i 2040

Professor Daniel Beat Mueller
Professor Daniel Beat Mueller NTNU

Aluminium overalt

Aluminium er et materiale som får stadig større betydning. Du finner det i alt fra vinduskarmer og pc-kabinett til flykropper og bilmotorer.

Siden 1950 er aluminiumsproduksjonen og bruken 30-doblet, den største veksten over den korteste tidsperioden for noe vanlig metall. Det er det nest mest brukte metallet i verden etter stål.

Mer aluminium produseres enn alle andre ikke-jernholdige metaller til sammen. Nå har rett nok bruken av sjeldne metaller også økt kraftig gjennom denne perioden, men i volum er dette småtteri i forhold til bruken av aluminium.

Før 2050, som klimapanelet måler opp mot, er bruken av aluminium ventet å tredobles fra dagens nivå.

Denne enorme veksten gir økt press på industrien til å finne alle mulige måter å redusere utslippene av klimagasser. Det vil ikke bli enkelt for industriene å oppnå dette, men Müller sier det er spesielt viktig for aluminium å se på det store bildet for å løse dette problemet.

– Det er ofte sånn at folk fokuserer på de sidene hvor problemene er tydelige, sier han.

– Det vi prøver å gjøre er å se sammenhengene mellom de ulike sidene. Ofte når du tror du kan gjøre noe der problemet viser seg, kan det være mer effektivt å gjøre noe, eller fikse problemet, på et annet sted.

Les også: På ett år fakles mer naturgass i verden enn all gassproduksjon i Norge

Bygruver og reserver i bruk

Et kritisk punkt i å forstå hvordan aluminiumsproduksjon kan gjøres mer effektivt er å se på det som kalles «materialstrømmen».

Enkelt sagt er materialstrømmen en beskrivelse av et stoff fra den ubehandlede, rå tilstanden gjennom foredling, prosessering, bruk og til sist resirkulering og avhending.

– Å vite hvordan materialer strømmer mellom ulike prosesser og hvordan de akkumulerer seg i samfunnet har en stor innflytelse på miljøvirkningene, klimaendringer, resirkulering og energibruk, sier Liu.

En del av tanken med dette konseptet er å se materialer som allerede er i bruk i produkter som en reserve, fra aluminiumet i en flykropp til det i motorblokka på bilen din. Av alt aluminium som noen gang er utvunnet eller prosessert er 75 prosent fremdeles i bruk.

Disse «reservene i bruk» er viktige fordi de representerer en viktig materialkilde som vil bli tilgjengelig for resirkulering. Du tror kanskje at dette er gode nyheter, fordi mesteparten av energibruken involvert i aluminiumsproduksjonen er de første stegene, der bauksitt utvinnes og gjøres om til rent aluminium.

Men det viser seg at resirkulering av aluminium ikke er så enkelt som du skulle tro.

Les også: Slik fungerte elbilen som taxi

Ikke én type metall

Flesteparten tror at aluminium er et skinnende, grått metall som holder colaen din varm eller får hybridbilen din til å bli mer energieffektiv. Det er ikke direkte feil, men det ser bort fra det faktum at det ikke finnes én type aluminium.

Isteden blir aluminium nesten alltid blandet med små mengder av annet metall, som regel kobber, magnesium, mangan, silikon eller sink, for å lage legeringer. For eksempel er aluminiumslegering 7075, som er en legering med sink, magnesium og små mengder kobber og andre metaller, vanlig i bruk i romfartsindustrien.

Bare helt spesielle legeringer kan bli smidd, altså ekstrudert eller rullet til plater eller spesielle former.

Andre legeringer er bedre egnet til støping, en prosess der varmt metall helles inn i støpeformer. Metallet i plateform som utgjør bilkarosseriet ditt er smidd, mens aluminiumet i motorblokken er støpt.

Les også: Her er verdens nye utslippsverstinger

Postdoktor Gang Liu
Postdoktor Gang Liu NTNU

Utfordringer ved resirkulering

Legeringer gjør aluminium sterkere eller gir det andre ønskverdige egenskaper, men de kan gi store utfordringer når det kommer til resirkulering.

Mens en brusboks lett kan identifiseres og skilles ut av avfallsstrømmen til resirkulering, er andre aluminiumslegeringer ikke så lette å identifisere, sier doktorgradskandidat Amund N. Løvik, som jobber med legeringsspørsmålet sammen med Müller og Liu.

Til sist, når en bil kondemneres og skal resirkuleres, vil du ha flere aluminiumslegeringer mikset sammen, noe som betyr at de ulike legeringene ikke lenger kan smis, bare støpes.

Dette gjør en blanding av ulike aluminiumslegeringer mindre allsidige når det kommer til ulike typer bruk.

– Dessuten er aluminium annerledes enn andre metaller, fordi du ikke kan fjerne legeringsmetallene, sier Müller.

– Du kan raffinere stål ved å fjerne andre metaller, men det å fjerne legeringsmetaller fra aluminium er svært energikrevende, og da mister du hele fordelen ved resirkulering. I praksis kan du bare føye til andre metaller, og aldri fjerne dem.

Les også: Vil utvinne olje fra kull på Svalbard

Etterbrukskrisen

Alle de ulike legeringene, og utfordringene ved å resirkulere dem, vil utgjøre en stadig større forskjell ettersom dagens «reserver i bruk» nærmer seg en alder der de kan resirkuleres.

– I dag kan produksjonen av støpt aluminium ta imot alt som finnes av aluminiumsskrap, sier Løvik. – Men om det nåværende systemet fortsetter vil vi komme til et punkt hvor tilgjengeligheten på aluminiumsskrap vil bli høyere enn etterspørselen.

Dette vil bli forverret av at vi bruker mindre og lettere kjøretøyer, med mindre, lettere motorblokker.

Om aluminiumsskrapet fra ett resirkulert kjøretøy i dag gir aluminium til to av dagens biler, vil det i fremtiden kanskje ta tre eller fire biler for å forbruke denne mindre allsidige aluminiumslegeringen.

Før eller siden vil markedene ikke bli i stand til å absorbere alt skrapet, og da vil verdien av det gå mot null.

– Jeg vil si at dette haster, sier Müller. – Vi har ikke teknologien for å løse det, og det tar 10-20 år for en teknologi å bli tatt i bruk.

Løvik sier at en god løsning på problemet med kvaliteten på skrapet er å forbedre sorteringen av legeringene før resirkulering for å gjøre det mulig å resirkulere rene legeringer.

– Det finnes forskjellige fremgangsmåter, som å ta bildelene fra hverandre før bilen vrakes, sortere for hånd eller bruke automatiske sorteringsprosesser, som ennå ikke er ferdigutviklet, sier han. – Men alle metodene har svakheter og begrensninger.

Les også: 20.000 liter vann går med til produksjon av én kilo biff

Hydro og andre engasjert

De gode nyhetene er at Müller, Liu og Løvik allerede snakker med aluminiumsindustrien om disse trendene. Müller sier det også er en større lærdom å hente fra det som skjer med aluminiumsindustrien.

– Hvis vi vil redusere utslipp fra industrien, må vi se forbi og utover industrien. Det høres veldig trivielt ut, men er svært viktig fordi det ikke er noe som er aktuell politikk nå. Det er i det hele tatt ikke inkludert, sier Müller.

– Om vi vil redusere utslippene i aluminiumsindustrien, i stålindustrien, i sementindustrien må vi snakke om hvordan vi bygger våre bygninger og vår infrastruktur.

Müller sier at dette temaet også er noe som byplanleggere burde ta tak i hver gang de skal godkjenne en utvidelse av bymiljøet.

Ikke bare må planleggere, arkitekter og bygningsfirma fokusere på å bruke så lite materialer som mulig for å dekke folks behov. De må tenke på hvordan disse materialene kan resirkuleres den dagen de har tjent sin misjon.

– Vi må se på hvordan vi kan bruke byer som gruver, sier Müller.

Denne saken ble opprinnelig publisert på Gemini.no – et nettsted for forskningsnytt fra NTNU og Sintef. Artikkelforfatteren er tilknyttet NTNU.

Flere saker fra Gemini:

Tunnelområde gjennomhullet av gruver  

– Hvis vi kunne brette ut poreveggene i fem gram aerogel, ville det dekke Lerkendal stadion  

Ny type plast lager strøm av temperaturforskjeller  

Tester kunstig hjerte med norsk trykksensor  

Nordens største elbilkonferanse
Få med deg «Nordic EV Summit 2017» tirsdag 7. februar.
Union Scene, Drammen, Norway.