Sven

Livsløpsanalyse av  Aluminium

Innledning:
 I denne analysen defineres aluminium som ett produkt. Det siste tiåret har den europeiske aluminiumsindustrien brukt mye resurser på å utvikle gode livsløpssykluser i det dette har et enormt potensial.
Merk: en analyse av et produkt vil, hvis den skal brukes av myndigheter og statlige organer eller andre vil være særdeles mer kompleks en denne analyse, og innholdet bør kvalitetssikres for videre bruk. Sven Oppedal.
 Oldtidens grekere og romere kjente til aluminiumsalter, men først i 1808 ble metallet aluminium identifisert av den engelske kjemikeren Humphry Davy. Friedrich Wöhler er vanligvis kreditert som stoffets oppdager da han i 1827 isolerte aluminium i ren form. Den danske fysikeren og kjemikeren Hans Christian Ørsted fremstilte aluminium 2 år tidligere, men i relativt uren form. Pierre Berthier oppdaget aluminium i bauksitt og greide å utvinne det. I 1846 forbedret franskmannen Henri Etienne Sainte-Claire Deville metoden Wöhler hadde brukt, og beskrev dette i 1859 i boken «De l'aluminium, ses propriétés, sa fabrication».
Før dagens fremstillingsprosess ble utviklet, var aluminium meget vanskelig å utvinne. Dette gjorde at rent aluminium var dyrere enn gull. Aluminiumsbarrer ble utstilt sammen med de franske kronjuvelene ved verdensutstillingen Exposition Universelle, Paris i 1855, og Napoleon III av Frankrike skal etter sigende ha hatt et sett med aluminiumstallerkener reservert for sine mest betydningsfulle gjester

Egenskaper:

Aluminium er et metallisk grunnstoff med en sølvfarget glans. I kontakt med luft dannes et tynt oksidasjonssjikt på overflaten som forhindrer videre korrosjon. Aluminium veier omtrent en tredel av stål og kobber.

I ren form er aluminium mykt og har lav styrke. For de fleste anvendelser benyttes derfor aluminiumlegeringer som er smibare og lette å bearbeide i maskiner og ved støpning. Aluminium har utmerket korrosjonsmotstand og holdbarhet. Det er ikke magnetisk.

Utvinning:

Aluminium er et av de vanligste elementene i jordskorpa, men er likevel svært sjeldent å finne i metallisk form. Årsaken er at aluminium er et svært reaktivt grunnstoff som danner en kraftig kjemisk binding med oksygen. En eventuell direkte reduksjon av aluminiumoksid til aluminium ved hjelp av karbon (karbotermisk), som er en vanlig prosess for flere andre metaller, vil derfor ikke være mulig fordi aluminium har en sterkere oksygen-affinitet enn karbonet.

Det er imidlertid en teoretisk mulighet for å utnytte at det dannes aluminiumkarbid (Al₄C₃) som mellomtrinn i den karbotermiske reaksjonen. Aluminiumkarbidet kan gi aluminium metall ved temperaturer på mellom 1900 og 2000 grader. Prosessen er under utvikling, men har kommet så langt at Alcoa og Elkem i 2009 bygger en stor pilotreaktor ved Alcoa Lista.

Den industrielle framstillingen av aluminium foregår i dag ved elektrolyse i en flytende saltløsning, også kalt «bad» eller «smelte». Aluminiumoksid i pulverform løses da opp i et «bad» som stort sett består av kryolitt, aluminiumfluorid og kalsiumfluorid ved en temperatur på rundt 950-960 °C.

Kryolitt fins som et naturlig mineral i små mengder på Grønland og var i sin tid nøkkelen til Hall-Heroultprosessens suksess. Mineralet har noen svært unike egenskaper som i praksis gjør det til det eneste brukbare valget som elektrolytt i prosessen. Det er bl.a i stand til å løse opp aluminiumoksid, som er et svært stabilt keramisk materiale, det leder elektrisk strøm og har en tetthet i flytende form som er lavere enn flytende aluminium.

Navnet kryolitt betyr «kald stein» fra gresk cryos = kald og lithos = stein, noe som sannsynligvis skyldes at mineralet kun finnes på Grønland. I dag er det naturlige mineralet uten betydning for prosessen fordi kryolitt i praksis dannes i dagens Al-elektrolyseceller ved at aluminiumfluorid tilsettes «badet» for å nøytralisere effekten av den natriumoksiden som kommer inn som en forurensning i aluminiumoksidet.

Begge elektrodene i en elektrolysecelle består av karbon. «Anoden», som er den positive polen i elektrolysecella er imidlertid et forbruksmateriale, mens «katoden» - som er den negative polen - er et ildfast foringsmateriale av svært høy kvalitet. Katoden utgjør bunnforinga i elektrolysecella og skal helst vare i flere år før den må omfores.

Når aluminiumoksidet løses opp i det flytende kryolittbadet så dannes det ioner, dvs molekyler med elektrisk ladning. Disse kan bevege seg rundt i «badet». Når man setter på et elektrisk felt mellom to elektroder vil de positivt ladede ionene bevege seg eller «migrere» mot den negative elektroden, mens de negativt ladede ionene beveger seg mot den positive elektroden.

De ionene som dannes i badet ved oppløsningen kan være svært komplekse, men det viktigste er prinsippet om at negativt ladede oksygenholdige ioner trekkes mot anoden, der de reagerer med karbon og går ut av cella, mens aluminium dannes av andre ioner på katodeoverflaten, som er fysisk adskilt ifra anoden og er fritt for oksygen. På denne måten «splittes reaksjonen i to» og man omgår problemet med aluminiums enorme oksygenaffinitet.

Hovedreaksjonene kan formuleres slik :

På katoden : AlF₃ + 3Na⁺ + 3e = Al + 3NaF

På anoden : ½Al₂O₃ + ¾C + 3NaF = AlF₃ + ¾CO₂ + 3Na⁺ + 3e

Totalreaksjon: ½Al₂O₃ + ¾C = Al + ¾CO₂                 

Syklus:

Råmaterialer og elektrisk energi

Gruvedrift- Aluminiumsproduksjon- primær produksjon – Semi produksjon produkt fabrikkering

Forbruker

Panteordning og resirkulering.

                El-kraft                Transport                          

         Fast avfall- forurensning- Luftforurensning

Eksempel:

En aluminiumsboks = et døgn ved datamaskinen

Energibesparelsen ved produksjon av en 33 cl aluminiumsboks fra gjenvunnet materiale, er så stor som 95 % i forhold til bruk av nytt materiale. Energigevinsten holder for eksempel til å bruke en datamaskin i 24 timer. Kilde:Stena/innovativ recyclin.

Aluminium kan gjenvinnes. Ved smelting av resirkulert aluminium trengs det bare 5 % av den energi som skal til for å fremstille aluminium fra råvaren. ref: Norsk digital læringsarena.
Det vil jo si at den aluminiumen eller de produkter som er produsert av dette materialet kan lett gjenvinnes med lavt energibehov. 

Spar energi og miljøet vinner Energigevinsten (og miljøgevinsten) er stor når det gjelder gjenvinning, sammenliknet med å produsere nytt jern og metall av råvare fra jordskorpen. Noen eksempler:
Gjenvunnet jern = ca 75 % energibesparelseGjenvunnet aluminium = ca 95 % energibesparelse

Produksjon:
Semi fabrikkering og produktfabrikkering av produkter på Norske etablerte fabrikker.
Transport:
Tradisjonell transport  med nyutviklet alternativt drivstoff.


Bruk:

I 2006 klarte EU-land og landene i EØS å returnere halvparten av alle metallbokser til resirkulering. Norge var klart best . Finland og Sveits returnerte 88 prosent , mens britene var verstingen. Bare 41 prosent av øl-, brus og colaboksene havnet i konteinere og dunker, som så ble tømt for gjenvinning i 2006.

Britene er de flittigste kjøpere og brukere av drikkebokser, men øyboerne er altså de verste til å slenge fra seg de samme boksene hvor de enn står og går. 3,5 milliarder aluminiumsbokser havner årlig på gater og streder, i veigrøfter, i naturen og til slutt på bossfyllinger i Storbritannia. Det viser den ferske oversikten i New Scientist.

Det er nesten like mange aluminiumsbokser som det totale årlige forbruket ellers i EU- og EØS-området, heter det i artikkelen.

- Den britiske holdningen til bruk og kast er skandaløs. Den totale mengden energi som ville gått med til å smelte om 3,5 milliarder bokser årlig tilsvarer den energien hvert eneste fjernsyn i Storbritannia bruker hvis det står på en halvtime hver eneste kveld i året, skriver New Scientist.

New Scientist nevner ikke at Norge har hatt panteordninger på glassflasker i mer enn to generasjoner og at vi også har hatt panteordninger for øl og brusbokser siden de bli introdusert på markedet på 1990-tallet. Ref:Aftenbladet

Forlenget bruk:

Hvis det legges ressurser (mer en nå) i returgevinst er dette produktet som jo ikke er fremskaffet av fossilt rå materialet, men av et råmateriale som verden ikke klarer seg uten med det første et godt fremtidig produkt. Samles det inn nok til gjenvinning bør også energi til gruvedrift reduseres.( Det brukes også nærmere 50 % hydroelektrisitet (hydropower) for fremstilling av aluminium til det europeiske markedet.

Avhending:

Hele syklusen har potensialet til å holdes nasjonalt. Norge har tradisjoner på å produsere aluminium og har ressurser til å utvikle verdens mest miljøvennlige og største resirkuleringsmetoder. Dessuten har vi god tilgang på hydroelkraft.

Kilder: wikiepedia, european aluminium association EAA, Aftenbladet, Stena/innovativ recyclin

Ja til innovativ miljøvennlig tungindustri og bærekraftig fremtid, skap arbeidsplasser!