Von Resten und Altteilen zum Hochleistungsmaterial: Fraunhofer IWU erschließt neue Kreislaufpfade für Aluminiumschaum

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Aluminium ist ein Schlüsselwerkstoff für nachhaltige Mobilität und
ressourceneffiziente Produkte. Seine Herstellung ist jedoch
energieintensiv. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik IWU zeigen nun, wie sich Produktionsreste,
Aluminiumspäne und ausgediente Aluminiumschaumbauteile gezielt in den
Herstellungsprozess zurückführen lassen. Die Ergebnisse eröffnen neue Wege
für eine kreislauforientierte Produktion von Aluminiumschaum und könnten
den Einsatz von Primärmaterial deutlich reduzieren.

Aluminiumschaum zählt zu den besonders leichten Strukturwerkstoffen.
Aufgrund seiner geringen Dichte, seiner hohen Energieabsorptionsfähigkeit
sowie seiner guten Dämpfungseigenschaften eignet er sich unter anderem für
Anwendungen im Fahrzeugbau, in Maschinenstrukturen, im Bauwesen oder in
energieeffizienten Leichtbausystemen. Seine Herstellung erfolgt heute
jedoch überwiegend mithilfe von Aluminiumlegierungspulvern, deren
Produktion vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv ist.

Die Forschenden des Fraunhofer IWU konzentrierten sich deshalb auf einen
bislang wenig beachteten Nachhaltigkeitshebel: die Nutzung von
Kreislaufmaterialien innerhalb der pulvermetallurgischen Schaumfertigung.
Im Mittelpunkt standen sortenreine Aluminiumspäne, Produktionsreste und
End-of-Life-Materialien, die mechanisch aufbereitet und als
Ausgangsmaterial für neue Aluminiumschäume genutzt werden können.

Aufbereitete Späne statt neuem Pulver

Ein besonders vielversprechender Ansatz besteht darin, energieintensiv
hergestelltes (neues) Aluminiumlegierungspulver teilweise oder vollständig
durch aufbereitete Aluminiumspäne zu ersetzen. Die Untersuchungen zeigten,
dass durch Mahlen und Klassieren (nach der Größe Sortieren) der Späne ein
pulverförmiger Ausgangsstoff entsteht, der sich erfolgreich zu schäumbaren
Halbzeugen verarbeiten lässt. Die daraus erzeugten Schäume erreichen
vergleichbare Strukturen und Dichten wie konventionell hergestellte
Aluminiumschäume.

»Die Nutzung von Produktionsabfällen direkt im Werkstoffkreislauf bietet
erhebliche ökologische und wirtschaftliche Potenziale«, erklärt Dr.-Ing.
Jörg Hohlfeld, Leiter der Gruppe Metallschaum am Fraunhofer IWU. Besonders
hervorzuheben ist, dass für die Herstellung von Sekundäraluminium deutlich
weniger Energie benötigt wird als für Primäraluminium. Dadurch lassen sich
sowohl Materialkosten als auch CO₂-Emissionen reduzieren.

Vom Produktionsabfall zurück zum Funktionswerkstoff

Die Forschenden untersuchten darüber hinaus die Aufbereitung größerer
Aluminiumreste wie Folien, Coils (Zuschnittsreste großer Rollen
Aluminiumblech) oder Felgenmaterial. Durch mehrstufige mechanische
Prozesse wie Schneiden, Brechen, Mahlen und Sieben konnten daraus
definierte Partikelgrößen für die Schaumherstellung erzeugt werden. Auch
ausgediente Bauteile aus Aluminiumschaum lassen sich prinzipiell wieder in
den Materialkreislauf integrieren. Dafür entwickelte das Team geeignete
Strategien zur Zerkleinerung, Sortierung und werkstoffgerechten
Weiterverarbeitung.

Besonders bedeutsam ist dabei, dass die Wiederverwertung nicht auf
einfaches Einschmelzen beschränkt bleibt. Stattdessen verfolgt das
Fraunhofer IWU Ansätze des sogenannten Solid-State-Recyclings. Dabei
bleiben große Teile der vorhandenen Materialstruktur erhalten, wodurch
zusätzliche Energie eingespart und Materialverluste vermieden werden
können.

Neue Perspektiven für Kreislaufwirtschaft im Leichtbau

Die Ergebnisse zeigen, dass Aluminiumschrott in pulverförmiger Form als
technisch gleichwertige Alternative zu neu erzeugtem
Aluminiumlegierungspulver eingesetzt werden kann. Damit rückt eine
deutlich ressourcenschonendere Herstellung von Aluminiumschäumen in
greifbare Nähe. Die Forschenden sehen darin einen wichtigen Baustein für
zirkuläre Wertschöpfungsketten insbesondere in Branchen mit hohen
Leichtbauanforderungen wie Automobilbau, Maschinenbau oder Bahntechnik.

Für eine industrielle Umsetzung sollen die Arbeiten nun weitergeführt
werden. Künftige Forschungsvorhaben zielen insbesondere auf die
Stabilisierung der Materialeigenschaften schwankender Schrottqualitäten
sowie auf umfassende Lebenszyklusanalysen. Damit sollen die ökologischen
Vorteile der schrottbasierten Schaumfertigung quantitativ belegt und die
Technologie für einen breiten industriellen Einsatz vorbereitet werden.

Forschungspartner gesucht

Das Fraunhofer IWU bringt seine Erkenntnisse gern in weiterführende
Forschungsprojekte ein und freut sich auf Partner, die an der Absicherung
und Verbreiterung der Studienlage und Datenbasis zur Kreislauffähigkeit
von Aluminiumschaum mitarbeiten möchten.

Hintergrund: Aluminiumschaum
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Aluminiumschaum ist ein ultraleichter metallischer Strukturwerkstoff mit
einer Dichte von deutlich unter einem Gramm pro Kubikzentimeter. Aufgrund
seiner hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht sowie seiner
Energieaufnahme- und Dämpfungseigenschaften wird er unter anderem in
Sandwichstrukturen, Crashsystemen und Leichtbaukomponenten eingesetzt. Das
Fraunhofer IWU erforscht seit vielen Jahren ressourceneffiziente
Herstellungsverfahren sowie Recycling- und Kreislaufkonzepte für diesen
Werkstoff.

Literaturhinweis:

Diese Mitteilung basiert auf dem Beitrag: J. Hohlfeld, C. Hannemann, N.
Berndt, C. Lies, T. Hipke: Aluminiumschaum: Nachhaltige Herstellung und
Verwertung. WerkstattsTechnik 116 (2026) 4, S. 324-334