اخبار – ریچلند، واش. – اقتصاد دایره ای به لطف فناوری جدید ثبت اختراع توسعه یافته در سال، حلقه ضایعات آلومینیوم را بسته است. آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام وزارت انرژی. این مش آلومینیومی پیچ خورده، آن قاب های شکسته دوچرخه و قطعات مستعمل خودرو که اکنون در محل های دفن زباله فرو می روند، می توانند به عنوان سازه های ساختمانی مانند قاب درها و پنجره ها، نماها، نورپردازی، عناصر تزئینی و کاربردهای بی شمار دیگر جان تازه ای ببخشند – در طول زمان تقریباً در تمام انرژی صرفه جویی می شود. برای تولید محصولات آلومینیومی جدید مورد نیاز است.

بر کسی پوشیده نیست که قطعات آلومینیومی قوی اما سبک به طور فزاینده ای به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند. اما هزینه های انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای بالا در استخراج و پالایش آلومینیوم وجود دارد. بر اساس گزارش موسسه بین المللی آلومینیوم، تولید 1 تن آلومینیوم اولیه به طور متوسط ​​17 تن دی اکسید کربن در جو آزاد می کند.

اکنون، به جای پردازش آلومینیوم استخراج شده، آزمایش های آزمایشگاهی دقیق نشان داده اند که PNNL پردازش برشی و اکسترود (ShAPE™) می تواند 100 درصد ضایعات آلومینیوم پس از مصرف را به اکستروژن های قابل استفاده تبدیل کند که مطابق با استانداردهای مقاومت و شکل پذیری سخت ASTM برای آلیاژهای ساختمانی رایج 6061 و 6063 باشد یا از آنها فراتر رود. واردات آلومینیوم اولیه و مقادیر عظیم انرژی مرتبط با تولید آن.

Scott Whalen، دانشمند ارشد PNNL، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «با توجه به اینکه تقریباً 55 درصد از بازار جهانی اکستروژن آلومینیوم در خدمت صنعت ساخت‌وساز است، تکامل ShaPE برای شامل بازیافت آلومینیوم برای سازه‌های ساختمانی فرصت فوق‌العاده‌ای برای کربن زدایی محیط ساخته شده است.» ما متوجه شدیم که ریزساختارهای منحصربه‌فرد در فلز نسبت به ناخالصی‌ها بیش از آنچه قبلا تصور می‌شد تحمل می‌کنند. این به ما امکان می‌دهد تا در عین حفظ ویژگی‌های مواد، به بازار ضایعات آلومینیوم حتی عمیق‌تر برسیم.»

آخرین دور فناوری ثبت شده ShaPE™، کارآفرین فناوری، اریک دانسکی را بر آن داشت تا یک استارت‌آپ تولیدی ایجاد کند تا فرآیندی مبتنی بر ShaPE را در تأسیسات تولیدی یکپارچه عمودی که ضایعات آلومینیوم را به مجموعه‌ای از قطعات اکسترود شده کم کربن پردازش می‌کند، ایجاد کند، که در ابتدا هدف آن بود. ساختمان و صنعت ساخت و ساز Atomic13 یک قرارداد انحصاری با PNNL امضا کرده است تا این فناوری را در زمینه های کاربردی خاص تجاری سازی کند و هدف آن ایجاد سریع قطعات آلومینیومی اکسترود شده سفارشی بی شماری برای صنایع ساختمانی و مصرفی، با تکیه کامل بر ضایعات آلومینیوم پس از مصرف است. انتظار می رود که صرفه جویی در انرژی به سازندگانی که به دنبال برآوردن یا فراتر رفتن از استانداردهای رهبری طراحی انرژی و محیطی برای ساختمان های با انرژی کارآمد هستند، کمک کند.

اریک دانسکی، بنیانگذار Atomic13، گفت: فناوری ShaPE یک فرصت باورنکردنی برای تولید و ساخت زیرساخت های حیاتی ایالات متحده است. ما معتقدیم که ایجاد یک حلقه در صنعت اکستروژن آلومینیوم ارزش زیست محیطی و تجاری بسیار زیادی دارد و در عین حال به صنعت ساختمان و ساخت و ساز کمک می کند تا کربن جاسازی شده در محصولات خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. فناوری ShaPE به شرکت هایی مانند Atomic13 اجازه می دهد تا اکستروژن های آلومینیومی ساخته شده از 100 درصد ضایعات پس از مصرف با 90 درصد کربن کمتر تولید کنند. در عین حال، هزینه کم مواد اولیه منجر به کاهش هزینه برای مصرف کنندگان می شود. ما مشتاقانه منتظر ادامه همکاری با مهندسان PNNL برای پیشرفت این فناوری امیدوارکننده هستیم.

اکستروژن های آلومینیوم در حال حاضر یکی از پایه های اصلی صنعت ساخت و ساز هستند. چیزی که در فرآیند تولید ShaPE متفاوت است این است که آجرها یا شمش های ضایعات آلومینیوم با استفاده از گرمای ایجاد شده توسط نیروهای برشی بالا تغییر شکل می دهند تا ناخالصی های موجود در ضایعات آلومینیوم را به ذرات کوچک تبدیل کرده و به طور یکنواخت در ریزساختار آلومینیومی پخش کنند. این پراکندگی، به عنوان مثال، توده های آهن میکروسکوپی را که می توانند ریزترک در محصولات آلومینیومی بازیافتی تولید شده با روش های مرسوم ایجاد کنند، از بین می برد. اکستروژن آلومینیوم ShaPE با حذف نیاز به رقیق کردن ناخالصی های موجود در آلومینیوم بازیافتی با 25 تا 40 درصد آلومینیوم بکر قبل از پردازش، صرفه جویی زیادی در انرژی ارائه می دهد.

تیم PNNL خواص مکانیکی میله‌ها، لوله‌ها و ذوزنقه‌های توخالی و چند کاناله نامنظم را تحت تنش مکانیکی ارزیابی کردند. این تیم 540 محصول را برای شرایط منحصر به فرد ساخته شده از بریکت های پس از مصرف آزمایش کردند، برخی از آنها دارای محتوای آهن بالا (0.2 تا 0.34 درصد آهن) بودند. همه آنها مطابق یا بالاتر از استانداردهای ASTM برای استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی انجام می شوند.

ایجاد تقاضای جدید در بازار ضایعات آلومینیوم

طبق اعلام سازمان بین المللی آلومینیوم، تولید 1 متریک تن آلومینیوم مذاب به 16.6 مگاوات ساعت برق نیاز دارد. در سطح جهان، صنعت آلومینیوم بیش از 69000 تن آلومینیوم اولیه استخراج شده در سال 2022 تولید کرد. نیمی از آن از چین بود که از نیروی زغال سنگ برای تولید 16.6 مگاوات ساعت برق و 17 تن دی اکسید کربن به ازای هر تن آلومینیوم تولیدی استفاده می کند.

Whalen گفت: “فرآیند تولید ShaPE باعث صرفه جویی در انرژی و حذف انتشار گازهای گلخانه ای از چندین جهت می شود.” “اول، ما از نیاز به افزودن آلومینیوم اولیه اجتناب می کنیم. سپس نیاز به چیزی که به آن همگن سازی مواد پریفرم گفته می شود، یک عملیات حرارتی 6 تا 24 ساعته نزدیک به 500 درجه سانتی گراد قبل از اکستروژن را حذف می کنیم.

علاوه بر این، حذف نیاز به افزودن آلومینیوم بکر به طور قابل توجهی هزینه های تولید را کاهش می دهد و دری را به روی بازار بزرگتری برای آنچه که ضایعات آلومینیومی با درجه پایین تر در نظر گرفته می شود، باز می کند. این نوع ضایعات از ترکیبی دائماً در حال تغییر از ضایعات صنعتی و کالاهای مصرفی، مانند قوطی‌های نوشابه‌های موجود در همه جا، و همچنین انواع سایدینگ خانه‌های مستعمل، چارچوب پنجره‌ها و درها، پله‌ها و تعداد بی‌شماری وسایل مورد استفاده از انواع مختلف تشکیل شده است. .

دانسکی گفت: «ایجاد یک بازار دایره‌ای که ارزش پیشنهادی برای این قراضه ارائه می‌دهد، امکان کاربردهای صنعتی جدید را در صنعت ساختمان، در میان تولیدکنندگان کالاهای ورزشی، قطعات خودرو و قاب‌ها برای صنایع نوظهور مانند تولید پنل‌های خورشیدی باز می‌کند.»

Atomic13 در حال حاضر در مرحله طراحی اولین خط تولید تجاری خود با یک شرکت تجهیزات پیشرو در صنعت اکستروژن است و همچنین در حال ارزیابی مکان های سایت در غرب میانه و جنوب شرقی است. این شرکت در حال مذاکره با سازندگان و شرکت های ساختمانی علاقه مند به پایداری و کربن زدایی از مصالح ساختمانی است و قصد دارد تا اوایل سال 2025 سفارشات خود را دریافت کند.

این تحقیق توسط دفتر کارایی انرژی و انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی، دفتر فناوری خودرو، کنسرسیوم مواد سبک (LightMAT). فناوری ShaPE برنده جایزه هفت اختراع ایالات متحده با 34 اختراع در انتظار دریافت کرده است. فناوری است برای صدور مجوز در زمینه های مختلف استفاده می شود. برای اطلاعات بیشتر در مورد گزینه های مجوز، تماس بگیرید دفتر تجاری سازی PNNL.

###

درباره PNNL

آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام از نقاط قوت متمایز خود استفاده می کند علم شیمی، علوم زمین، زیست شناسی و علم داده برای پیشبرد دانش علمی و رفع چالش ها در انرژی پایدار و امنیت ملی. PNNL که در سال 1965 تأسیس شد، توسط Battelle برای دفتر علوم وزارت انرژی اداره می شود، که بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است. دفتر علوم DOE برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/science. برای اطلاعات بیشتر در مورد PNNL، مراجعه کنید مرکز خبری PNNL. ما را در توییتر، فیس بوک، لینکدین و اینستاگرام.