Når aluminium lages, avgis CO2 – både fra metallproduksjonen og fordi flere land bruker fossil energi til å drive aluminiumverk.
Så derfor: Om godset i aluminiumvarer kan gjøres tynnere, vil produktene bli grønnere også. 25 prosent slankere øl- og brusbokser ville gi CO2-kutt som tilsvarer nær halve Norges utslipp.
Så kan ikke industrien da bare beordres til å «lage tynnere aluminium»?
Les også: De vakreste solcellene er inspirert av naturen
Problematiske partikler
Nei, så enkelt er det ikke. Dette grunnet små partikler som dannes i aluminiumsmelte. Havner disse på steder der produktet utsettes for store krefter under bruk, kan produktet bryte sammen ved langt lavere belastinger enn forventet.
Derfor legges sikkerhetsmarginer på tykkelsen til kritiske deler. Om slike produkter skal slankes, må industrien klare å måle partiklene i smelta og fjerne dem. Begge deler er svært vanskelig.
Men kunnskap som kan gjøre måling og fjerning enklere, samles kontinuerlig inn gjennom forskning. Deriblant i prosjekter vi i SINTEF gjør sammen med norsk industri, med støtte fra Forskningsrådet. For hvert lite steg vi tar, nærmer vi oss en fremtid der kvaliteten til aluminium trolig kan heves, produkter slankes og CO2-utslipp dermed krympes.
Les også: 142 millioner fra EU til miljøvennlig metallfremstilling
Trang til å gifte seg
De nevnte partiklene dannes fordi aluminium er sterkt bundet til oksygen. Grunnet bindingen, vil aluminium- og oksygenatomer gjerne gifte seg på nytt etter at materialet er produsert – og bli til aluminiumoksid igjen.
På fast aluminium er dette en fordel. Her danner oksidene et tett, beskyttende lag som hindrer videre reaksjon mellom aluminium og oksygen.
Men fenomenet er en utfordring tidlig i produksjonsprosessen – når metallet er flytende og holder over 660 °C. Da vil metalloverflaten lett sprekke opp og små oksidpartikler komme ned i smelta.
Les også: 3D-printing går på tomgang – slik kan revolusjonen restartes
Derfor legges sikkerhetsmarginer til
Av fare for at partiklene størkner på «uheldige» steder i produktet, må sikkerhetsmarginer legges til tykkelsen til kritiske deler, som bilers hjuloppheng.
Et annet eksempel: Aluminium til drikkebokser lages ved at aluminium valses og så strekkes til en tykkelse på ca 0,08 mm. Samme tykkelse som håret til undertegnede.
Det sier seg selv at partikler større enn 0,08 mm da vil være et problem. Men også partikler av halve denne størrelsen er uønsket. Og enhver brus- eller ølprodusent vil ha færrest mulig bokser med lekkasjefare.
Les også: Simulerer seg frem til bedre batterier
Handler om tillit til produkter
Tillit til produkter er noe som sakte bygges opp, men raskt kan brytes ned. Derfor stiller både bil- og boksprodusenter strenge krav til metall-leverandørene med tanke på kvaliteten og renheten til metallet.
Det betyr at metallet må ha minst mulig av partikler som ikke skal være der.
Rensing i flere trinn
Normalt går metallet gjennom flere rensetrinn mens det er flytende. Gass «bobles» gjennom smelta slik at partikler klistrer seg til boblene og føres til overflata der de lettere kan skummes av. I tillegg kan smelta renne gjennom et filter som fanger partikler.
Men det er en klar sammenheng mellom hvor mye ressurser som settes inn for å fjerne urenheter og hvor mye som fjernes.
Det er også mye lettere å fjerne en viss mengde urenheter fra smelter med mange – enn med få –partikler.
Dette grunnet sannsynlighetene for fjerning. I aluminium av høy kvalitet er det ikke uvanlig med en til to uønskede partikler større enn 0,02 mm per gram metall. Det gir 50 til 100 millioner slike partikler i 50 tonn, og 10 til 20 partikler i hver brusboks.
Les også: Flytende solcelleøyer lager drivstoff av CO2
Røntgen og ultralyd
I tillegg er det vanskelig å finne ut eksakt hvor mye partikler aluminiumsmelte inneholder. De eksisterende teknikkene som i prinsippet kan undersøke alt metallet under ett, er røntgenavbilding og ultralyd. Men slike undersøkelser blir for dyre.
Muligheten vi da har og som utnyttes, er å ta små prøver som vi antar – eller egentlig håper – er representative for totalmengden, og så undersøke disse grundig. Typisk utgjør prøvene ca 0,01 prosent av samlet mengde. Igjen blir det et spørsmål om sannsynlighet.
Etter rensingen ønsker produsent og kunde å sitte igjen med et partikkelnivå som er så lavt som mulig. Men resultatet er alltid i samsvar med ressursinnsatsen. Sagt mer direkte: Aktørene får det de betaler for.
Les også: I fremtiden kan vi få energi fra algeskall
Viktig forståelse
Hvordan løse dilemmaet? Både industri og forskningsmiljøer jobber kontinuerlig med å forbedre måle- og renseprosessene og ikke minst forståelsen av dem.
Metallrensing med filtre og «bobler» har lange tradisjoner. Men fortsatt forstår ingen full ut hvorfor metodene virker, herunder hva som skjer når partikler fester seg i filtrene. Først når vi vet dette, kan prosessen virkelig forbedres.
Også måleteknikker utvikles kontinuerlig. Muligens vil ultralyd klare å sjekke 100 prosent av metallet mens det er flytende. Altså: påvise hvor de enkelte partiklene er, slik at vi aktivt kan luke dem ut. Men vi er ikke der ennå.
Inntil videre må vi leve med usikkerheten i partikkeltelling og fortsette med sikkerhetsmarginer slik at vi bruker mer metall i produktene enn strengt tatt vi trenger. Men avstanden mellom teori og praksis reduseres for hvert steg vi tar.
Artikkelen sto første gang i Teknisk Ukeblad i april 2020 og gjengis her med TUs tillatelse.
