Arbeitsblatt: Sachanalyse Aluminium

Fabienne Wirth Nachhaltigkeit von Aluminiumfolie 1. Produktwahl Das Thema Aluminium hat mich schon immer sehr interessiert. Bereits meine Mutter hat immer grossen Wert darauf gelegt, dass wir Aluminium separat lagern und recyceln. Ich habe mir dabei aber niemals Gedanken darüber gemacht, warum das so wichtig ist. Zusätzlich ist es ein Metall, das in unserem Alltag regelmässig vorkommt, alle kennen es und alle verwenden es in der einen oder anderen Weise. Deshalb habe ich dieses Thema gewählt, es betrifft alle und alle könne bezüglich Nachhaltigkeit etwas investieren. Da es sehr viele verschiedene Legierungen mit Aluminium gibt, spezialisiere ich mich in dieser Arbeit auf die Aluminiumfolie, eine reine Form von Aluminium, werde aber immer wieder auch auf andere Verwendungsarten zu sprechen kommen. 2. Stoffkreislauf Rohstoffgewinnung Die Erdkruste besteht etwa zu sieben Prozent aus Aluminium. Aluminium ist somit das dritthäufigste Element nach Sauerstoff und Silizium. Der Stoffkreislauf von Aluminium beginnt mit dem Rohstoff Bauxit. Bauxit ist ein Aluminiumerz, das am häufigsten um den Äquator vorkommt. Es gibt noch andere Aluminiumerze, aber Bauxit ist im Moment das einzige Erz, das für die kommerzielle Herstellung von Aluminium verwendet wird. Bauxit kommt in horizontalen Schichten wenige Meter unter der Erdoberfläche vor. Die Schichten sind normalerweise mit 1 Fabienne Wirth Tonmineralien, Eisenoxid und Titandioxid vermischt, die rote Farbe des Bauxits kommt vom Eisen. Etwa 15-25 Prozent des Bauxits ist Aluminium. Damit kommen wir bereits zum nächsten Schritt im Stoffkreislauf. Rohstoffverarbeitung Da das Bauxit nicht nur aus Aluminium besteht, besteht der nächste Schritt darin, das Aluminium von den anderen Bestandteilen zu trennen. Das geschieht mit Hilfe der Schmelzflusselektrolyse. Bei der Schmelzflusselektrolyse wird eine heisse Salzschmelze als Elektrolyt verwendet und kein wässriges Medium, das bei anderen Elektrolyseverfahren verwendet wird. Um die dafür benötigten Salze zu schmelzen benötigt man sehr hohe Temperaturen. Aluminiumoxid hat einen Schmelzpunkt von 2050C. Durch die Zugabe von Kryolith und weiteren Fluorverbindungen wird dieser herabgesetzt auf etwa 950C. Das Bauxit-Kryolith-Gemisch kommt in eine eiserne Wanne, die mit Graphit oder Kohle ausgekleidet ist. Die Anode besteht aus Graphitzylindern, die in die Schmelze tauchen. Durch die Spannung von 5-6 Volt und dem hohen Stromfluss von 150000 Ampere oder mehr, setzt sich das flüssige Aluminium am Boden ab. Das Aluminium wird immer wieder abgesaugt. An der Anode entsteht Sauerstoff, der mit dem Kohlenstoff der Elektroden zu Kohlenstoffdioxid und –monoxid reagiert. Dadurch erhält das Aluminium eine Reinheit von 99.9%, durch weiteres Raffinieren wird es noch reiner gemacht. 2 Fabienne Wirth Herstellung von Aluminiumfolie Um die dünne Folie, die durch ihre Eigenschaft, Dinge luftundurchlässig abzupacken, brilliert, aus dem grossen Block Aluminium, der bei der Schmelzflusselektrolyse entsteht, herzustellen, wird das Aluminium mehrmals gewalzt. Durch das Kaltwalzen verfestigt das Aluminium und wird steif. Das anschliessende Weichglühen behebt diese Steifheit und das Material wird wieder weich und flexibel. Dabei wird das Metall auf 300C – 400C erhitzt. Danach wird die Aluminiumfolie abgepackt und verkauft. Nach dem Gebrauch der Aluminiumfolie kommt die letzte Stufe im Stoffkreislauf zum Tragen: Recycling Unter Recycling versteht man die Wiederverwertung von gebrauchten Materialien als Sekundärrohstoffe für die Herstellung neuer Produkte. Recycling wird schon immer betrieben, man verwendet Materialien wieder. 3 Fabienne Wirth Das Recycling umfasst zwei Schritte. 1. Das Sammeln von Altschrott. 2. Das Umschmelzen erfolgt in speziellen Umschmelzöfen unter Einsatz verschiedener Verfahren. Die dabei entstehenden Abgase müssen gereinigt werden. Bis zu 100% des Aluminiums (Elektrotechnik, Hochbau, Maschinenbau, Schienen, Haushaltgeräte usw.) findet den Weg in die Wiederverwertung. Bei den Verpackungen ist der Anteil wachsend. Recyceltes Aluminium hat keine Qualitätsunterschiede im Vergleich zu Primäraluminium und die physikalischen Eigenschaften bleiben dabei unverändert. 3. Matrix und daraus entstehende Leitfragen Die obigen Erkenntnisse habe ich in dem 5-Ebenen-Modell zusammengefasst und daraus drei Leitfragen zur Nachhaltigkeit entwickelt, die ich auf den nachfolgenden Seiten genauer betrachten werde. (vgl. separates Dokument) 4 Fabienne Wirth 4. Auswertung der Leitfragen Wie kann das Landschaftsbild erhalten bleiben? Wie bereits oben angetönt kommt Bauxit einige Meter unter der Oberfläche vor. Momentan ist es noch das einzige Erz, das für die Aluminiumgewinnung verwendet wird. Es kommt vor allem im Gürtel rund um den Äquator vor. Die bekannten Bauxitlagerstätten erhalten etwa 29 Milliarden Tonnen Bauxit. Wenn weiterhin im heutigen Tempo abgebaut wird, wird das Vorkommen noch für etwas mehr als 100 Jahre reichen. Die Bauxitabbau-Länder sind Australien, Brasilien, China, Indien, Jamaica und Guinea. Der weltweit grösste Produktionsanteil übernimmt Guinea mit 26%. Damit man verstehen kann, was am Landschaftsbild verändert wird, muss man wissen wie Bauxit abgebaut wird. Bauxit befindet sich unter einer einige Meter dicken Schicht aus Steinen und Lehm, diese muss entfernt werden, bevor man das Bauxit abbauen kann. Die Erde wird durch den Bergbau aufgerissen, dadurch wird die gesamte Oberfläche der Landschaft verändert. Der Lehm wird dabei in Deponien verlegt. Wenn eine Deponie gefüllt ist, werden sie mit einheimischen Pflanzen bepflanzt, damit sich die Natur wieder erholen kann. Die Fläche, die jedes Jahr für den Bauxitabbau neu erschlossen wird, beträgt etwa 40 bis 50 Quadratkilometer. Da der Abbau stufenweise vorwärts geht, das heisst ein Feld nach dem anderen wird abgebaut, kann man nachdem Abbau das Gebiet erneut mit einheimischen Pflanzen bepflanzen. Die Landschaft wird also insofern verändert, indem die gesamte Vegetation entfernt wird und danach wieder bepflanzt wird. Die Landschaft wird natürlich beeinflusst durch die Abtragung von Gestein 5 Fabienne Wirth und Boden. Der Verlauf des Wassers wird dadurch auch beeinträchtigt. Zusätzlich kann es zu unerlaubten Handlungen wie Abholzen und Jagd kommen, wenn ein Gebiet neu erschlossen wird. Was können wir tun? Viele Unternehmen beteiligen sich an freiwilligen Verbesserungsprogrammen, wobei zum Beispiel eine Renaturierung vorgesehen ist.Die meisten Unternehmen, die Bauxit abbauen, beteiligen sich an freiwilligen Verbesserungsprogrammen, die beispielsweise eine Renaturierung vorsehen. Mittlerweile ist das bereits für mindestens 66% der weltweiten Bauxitgewinnung der Fall. Diese Renaturierung sollte auf jeden Fall weiterhin das Ziel sein, um die Landschaft möglichst nicht zu verändern. Bei diesen Renaturierungsprojekten wird die oberste Bodenschicht wieder aufgetragen und einheimische Pflanzen werden wieder gepflanzt Wie kann der Energieverbrauch klein gehalten werden? Da Aluminium einen sehr hohen Schmelzpunkt hat, ist es sehr schwierig Aluminium mit wenig Energie zu gewinnen. Die Schmelzflusselektrolyse ist momentan die das einzige Verfahren, das weltweit dafür verwendet werden kann. Dieses Verfahren beruht auf der von Hall und Héroult eingeführten Hochtemperaturelektrolyse im Jahr 1886. Seit dann ist die Technologie bis heute unverändert geblieben. Es fanden jedoch durch verschiedene Entwicklungen gewisse Prozessoptimierungen statt. Der Energieverbrauch wurde in den letzten Jahren kontinuierlich verringert. Dieser Prozess sollte 6 Fabienne Wirth weiterhin unterstützt werden. Dazu kommt die Art der Energie, die dafür verwendet wird. Meiner Meinung nach sollte es das Ziel sein, erneuerbare Energien zu verwenden. Inwieweit dieses Ziel bereits verfolgt wird, konnte ich leider nicht herausfinden. Durch das Recyceln von Aluminium kann ein grosser Teil dieser verwendeten Energie zudem reaktiviert werden. Welche Massnahmen fördern eine optimale Wiederverwertung von Aluminium? Der Rohstoff Bauxit kann durch das Recycling von Aluminium bewahrt werden. Dazu kommt der wichtige Beitrag, zu einer energiesparenden Produktion, da der Energieaufwand für das Umschmelzen bis zu 95% kleiner ist, als für die Gewinnung des Primäraluminium, so nennt man das Aluminium, das aus Bauxit gewonnen wurde und noch nicht recycelt wurde (siehe Leitfrage zur Schmelzflusselektrolyse). Wenn das Aluminium recycelt wird, kann das Aluminium vollständig wieder dem Kreislauf zugefügt werden und somit unendlich wieder genutzt werden. Bereits heute finden bis zu 100% Elektroschrott den Weg ins Recycling, bei den Verpackungen ist der Wert steigend, aber noch nicht am Ziel angelangt. Die Menge an Recyclingaluminium anstatt Primäraluminium steigt stetig. Leider steigt auch der Verbrauch von Aluminium stetig, deshalb bleibt das Verhältnis Recyclingaluminium vs Primäraluminium in etwa gleich. Das Ziel beim Recycling sollte also klar darauf liegen, der Verbrauch von Aluminium auf das nötigste zu beschränken, damit das recycelte Aluminium den Bedarf möglichst decken kann. Ein Augenmerk sollte zusätzlich auf den Verpackungsmaterialien liegen, damit wirklich alles Aluminium den Weg zum Recycling findet. 7 Fabienne Wirth 5. Frage einer nachhaltigen Entwicklung (ermöglicht die Alufolie eine nachhaltige Entwicklung oder schliesst es sie aus) Da Aluminium durch das Recycling vollständig dem Stoffkreislauf zugefügt werden kann, ist eine nachhaltige Entwicklung sicher möglich. Das Hauptziel sollte es meiner Meinung nach sein, den Verbrauch von Aluminium nicht zu vergrössern und die Verbraucherin und den Verbraucher auf die Entsorgung von Aluminiumfolie und Aluminiumverpackungen zu sensibilisieren. Bis dieses Hauptziel erreicht wird, sind die Produzenten durch die Renaturierungsprojekte und die Weiterentwicklung im Bereich der Schmelzflusselektrolyse und anderen Verarbeitungsmethoden auf einem guten Weg. 6. Persönliches Fazit Durch diese Arbeit wurde mir bewusst, wieso es so wichtig ist, Aluminium richtig zu entsorgen. Dass es wichtig ist, wurde mir von meinen Eltern von klein auf beigebracht, ich habe mir zuvor aber nie genau überlegt, wieso das so ist. Für meinen eigenen Verbrauch ändert sich nach dieser Arbeit nicht viel, ich schaue schon jetzt darauf möglichst wenige Verpackungen mit Aluminium zu kaufen und möglichst wenig Aluminiumfolie zu verbrauchen. Ich nehme mir aber vor, auch meine Freunde auf dieses Thema zu sensibilisieren und so meinen Beitrag dazu zu leisten, dass der Stoffkreislauf vollständig wird. 8 Fabienne Wirth 7. Quellen 20.11.15 25.11.15 20.11.15 20.11.15 25.11.15 9