Форма будущих зданий: алюминиевый лом меняет жизненный цикл переработки

За счет использования полностью переработанного алюминия для изготовления высококачественных строительных компонентов ожидается экономия энергии около 90 процентов.

Экономика замкнутого цикла только что завершила цикл переработки алюминиевого лома благодаря новой запатентованной технологии, разработанной в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США. Искривленная алюминиевая сетка, разбитые велосипедные рамы и использованные автомобильные детали, которые сейчас томятся на свалках, могут получить новую жизнь в качестве строительных конструкций, таких как дверные и оконные рамы, фасады, освещение, декоративные элементы и множество других применений - и все это время экономя почти всю энергию, необходимую для производства новых алюминиевых изделий.

Ни для кого не секрет, что в качестве строительных материалов все чаще используются прочные, но легкие алюминиевые детали. Однако добыча и переработка алюминия сопряжена с высокими затратами энергии и выбросами парниковых газов. По данным Международного института алюминия, при производстве 1 тонны первичного алюминия в атмосферу выбрасывается в среднем 17 тонн углекислого газа.

Строгие лабораторные испытания показали, что процесс обработки и экструзии с применением сдвига (ShAPE™) компании PNNL может превратить 100 процентов алюминиевого лома, бывшего в употреблении, в пригодные для использования профили, которые соответствуют строгим стандартам ASTM по прочности и гибкости для обычных изделий или превосходят их. Технология ShAPE открывает возможность создания замкнутого цикла на рынках алюминиевого лома, тем самым снижая зависимость от импортного первичного алюминия и огромных объемов энергии, связанных с его производством.

«Поскольку примерно 55 процентов мирового рынка экструзии алюминия обслуживает строительную отрасль, развитие ShAPE с включением переработки алюминия для строительных конструкций представляет собой огромную возможность для декарбонизации искусственной среды», — сказал главный научный сотрудник PNNL Скотт Уэлен, возглавлявший это исследование. «Мы обнаружили, что уникальные микроструктуры металла более устойчивы к примесям, чем считалось ранее. Это позволяет нам еще глубже проникнуть на рынок алюминиевого лома, сохраняя при этом характеристики материала».

Последние разработки запатентованной технологии ShAPE™ побудили технологического предпринимателя Эрика Донски создать производственную компанию для масштабирования процесса на основе ShAPE на вертикально интегрированных производственных предприятиях, которые перерабатывают алюминиевый лом в систему низкоуглеродистых экструдированных деталей, первоначально предназначенных для строительства. Atomic13 подписала эксклюзивное соглашение с PNNL о коммерциализации этой технологии в определенных областях использования и стремится быстро создавать множество экструдированных алюминиевых деталей по индивидуальному заказу для строительной и потребительской промышленности, полностью полагаясь на алюминиевый лом. Ожидается, что экономия энергии поможет строителям, стремящимся, помимо других преимуществ, соответствовать или превосходить стандарты лидерства в области энергетики и экологического проектирования для энергоэффективных зданий.

«Технология ShAPE — это потрясающая возможность для производства в США и создания нашей критически важной инфраструктуры», — сказал основатель Atomic13 Эрик Донски. «Мы считаем, что циклическое строительство в алюминиевой промышленности имеет огромную экологическую и коммерческую ценность, а также помогает строительной отрасли значительно снизить содержание углерода в своей продукции. Технология ShAPE позволяет таким компаниям, как Atomic13, производить алюминиевые профили, изготовленные из 100-процентного переработанного лома с 90% меньшим содержанием углерода. В то же время низкие затраты на сырье приводят к снижению затрат для потребителей. Мы с нетерпением ждем продолжения сотрудничества с инженерами PNNL для продвижения этой многообещающей технологии».

Алюминиевые профили уже являются основой строительной отрасли. Отличием процесса производства ShAPE является то, что алюминиевые слитки из лома или стержнеобразные заготовки деформируются с использованием тепла, генерируемого высокими сдвиговыми силами, для измельчения примесей в алюминиевом ломе на мельчайшие частицы и равномерного диспергирования их внутри алюминиевой микроструктуры. Эта дисперсия устраняет, например, микроскопические комки железа, которые могут вызвать микротрещины в переработанных алюминиевых изделиях, изготовленных традиционными методами. Экструзия алюминия ShAPE обеспечивает огромную экономию энергии за счет устранения необходимости разбавлять смеси переработанного алюминия, 25–40 процентами вновь добытого алюминия перед обработкой.

Команда PNNL оценила механические свойства стержней, трубок и неправильных полых многоканальных трапеций под действием механического напряжения. Команда протестировала 540 продуктов с уникальными условиями, изготовленных из брикетов отходов потребления, некоторые из которых имеют высокое содержание железа (от 0,2 до 0,34 процента железа). Все характеристики соответствуют стандартам ASTM или превосходят их по пределу текучести и предельной прочности на разрыв.

Создание нового спроса на рынке алюминиевого лома

По данным Международной алюминиевой организации, для производства 1 тонны расплавленного алюминия требуется 16,6 мегаватт-часов электроэнергии. В 2022 году алюминиевая промышленность во всем мире произвела более 69 000 метрических тонн первичного добытого алюминия. Половина этого количества пришлась на Китай, который использует угольную энергию для производства 16,6 мегаватт-часов электроэнергии и 17 тонн выбросов углекислого газа на тонну произведённого алюминия.

«Производственный процесс ShAPE позволяет экономить энергию и устранять выбросы парниковых газов по нескольким направлениям», — сказал Уэлен. «Во-первых, мы избегаем необходимости добавлять первичный алюминий. Затем мы устраняем необходимость в так называемой гомогенизации материала заготовки — термической обработке в течение 6–24 часов при температуре около 500 °C перед экструзией».

Кроме того, устранение необходимости добавления вновь добытого алюминия значительно снижает производственные затраты, открывая двери на более крупный рынок для того, что считалось алюминиевым ломом более низкого качества. Этот вид лома состоит из постоянно меняющейся смеси промышленных отходов и бывших в употреблении товаров, таких как банки из-под напитков, а также всевозможных использованных сайдингов домов, оконных и дверных рам, стремянок и множества другого бывшего в употреблении оборудования.

«Создание кругового рынка, который обеспечивает ценностное предложение для этого лома, открывает возможности для нового промышленного использования в строительной отрасли среди производителей спортивных товаров, автозапчастей и каркасов для новых отраслей, таких как производство солнечных панелей», — сказал Донски.

Atomic13 в настоящее время находится на этапе проектирования своей первой коммерческой производственной линии совместно с ведущей компанией по производству оборудования в экструзионной промышленности, а также оценивает расположение площадок на Среднем Западе и Юго-Востоке. Компания ведет переговоры со строителями и строительными компаниями, заинтересованными в устойчивом развитии и декарбонизации строительных материалов, и планирует принять заказы к началу 2025 года.

Это исследование получило поддержку со стороны Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, Управления транспортных технологий и Консорциума легких материалов (LightMAT). Отмеченная наградами технология ShAPE получила семь патентов США, еще 34 патента находятся на рассмотрении.

Источник: https://www.newswise.com/doescience/the-shape-of-buildings-to-come-scrap-aluminum-transforms-recycling-life-cycle/?article_id=806216&sc=rsbn