Fahrzeugbau - Ökobilanz von Magnesiumbauteilen

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01.06.2021 Branche & Märkte Grundlagenwissen

Fahrzeugbau - Ökobilanz von Magnesiumbauteilen

Bereits 2013 veröffentlichte die International Magnesium Association die Studie "Life Cycle Assessment (LCA) of Magnesium Components in Vehicle Construction", die vom Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt erstellt wurde. In diesem Artikel werden die neuesten Ergebnisse der Aktualisierung vorgestellt.

Bild mit Magnesiumbarren

Untersucht wurde der gesamte Lebenszyklus von Magnesiumbauteilen für Verkehrsanwendungen. Dazu gehören die Herstellung von Primärmagnesium, die Legierung, die Produktion von Bauteilen, die Nutzungsphase und das Ende der Lebensdauer von Magnesiumbauteilen. Der Schwerpunkt der Studie lag auf der Verwendung von Magnesium in Personenkraftwagen und Flugzeugbauteilen.

Derzeit wird der größte Teil des weltweiten primären Magnesiummetalls in China nach dem Pidgeon-Verfahren hergestellt. Da die Magnesiumproduktion und insbesondere das Pidgeon-Verfahren in China ständig verbessert werden, war eine Aktualisierung der LCA-Studie erforderlich, die die aktuelle Produktionssituation widerspiegelt. Außerdem zeigt die Studie aktuelle und primäre Produktionsprojekte auf, die einen deutlich geringeren CO2-Fußabdruck aufweisen. Zu diesem Zweck beauftragte die International Magnesium Association (IMA) das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit der Aktualisierung der Ökobilanz 2013. Dies sind die wichtigsten Schlussfolgerungen, die sich aus der Aktualisierung ergeben:

 

Magnesiumproduktion:

  • Die Emissionen aus der Magnesiumproduktion im Pidgeon-Verfahren sind seit 2011, dem Referenzjahr der Ökobilanzstudie 2013, gesunken. In Anbetracht eines potenziell wachsenden Marktes für kohlenstoffneutrale Komponenten auf dem Automobilmarkt müssen jedoch weitere Verbesserungen bei der Magnesiumproduktion mit einem höheren Anteil an erneuerbaren Energien erzielt werden.
  • Eine weitere Verringerung der Gesamtemissionen des Cradle-to-Gate-Prozesses ist möglich, z. B. durch die Verwendung von FeSi aus alternativen Quellen, wobei es jedoch von weiteren externen Faktoren abhängt, ob dies geschehen wird oder nicht. In künftigen Studien zur Magnesiumproduktion und -anwendung sollte die FeSi-Versorgung einer weiteren Sensitivitätsanalyse unterzogen werden.
  • Wenn das Magnesium nach dem RIMA- (Brasilien) oder QSLM-Verfahren (China) hergestellt wird, sind die Produktionsemissionen im Vergleich zur Aluminiumreferenz sogar noch geringer. Der Magnesiumproduktionsstandort in Qinghai, China, ist ein vielversprechender Weg zur Verringerung der Auswirkungen der primären Magnesiumproduktion. Erste Berechnungen der Treibhausgasemissionen ergaben die niedrigsten Treibhausgasemissionen aller derzeit in Betrieb befindlichen Magnesiumproduktionswege. Die gesteigerte Produktion des Werks in Qinghai hat das Potenzial, den Weltdurchschnitt bei der Magnesiumproduktion zu verändern. Andere Verfahren in Kanada und Australien, die sich derzeit in der Planungsphase befinden, weisen ähnlich niedrige CO2-Emissionen und Einsparpotenziale auf.

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 Magnesium-Recycling

  • Die Verwendung von Sekundärmaterial ist ein entscheidender Faktor. Sowohl für Aluminium als auch für Magnesium gibt es etablierte Wege für das Recycling und die Wiederverwendung von Schrott aus der Teileproduktion (postindustrieller Schrott), der für hochwertige Sekundärlegierungen verwendet wird. Bei Aluminium gibt es zwar einen etablierten Kreislauf für das Recycling am Ende des Lebenszyklus, doch ist der tatsächliche Gehalt an Sekundärmaterial, das aus Altprodukten in Automobilkomponenten gelangt, weniger sicher. Sowohl die Wiederverwendung von Industrieschrott als auch von Schrott aus Altfahrzeugen ist wichtig. Aus Sicht der Ökobilanz eines Produkts ist die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien aus Altfahrzeugen jedoch von entscheidender Bedeutung.
  • Der Anteil von Magnesium-Altschrott muss in Zukunft erhöht werden. Obwohl dies technisch möglich wäre, schränkt das Fehlen etablierter Wertschöpfungsketten für Magnesium-Altschrott die Möglichkeiten eines funktionalen Recyclings von Magnesiumteilen ein.

Verwendung von Magnesium

  • Die Verwendung von Magnesium in den beiden in diesem Bericht untersuchten Verkehrsanwendungen führt zu geringeren Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus. Die Quelle des Primärmagnesiums beeinflusst den Punkt, an dem die höheren Emissionen der Produktionsphase kompensiert werden. Laut aktueller Literatur (World Aluminium 2017, European Aluminium 2018) weist Aluminium ebenfalls eine große Bandbreite an Emissionen aus der Primärproduktion auf, je nach geografischer Herkunft. Die tatsächliche Differenz der Emissionen bei einem solchen Produktvergleich hängt stark von den Eigenschaften der Komponenten und der Materialbeschaffung ab. Daher ist es schwierig, verallgemeinerte Aussagen über die Emissionseinsparungen bei diesen Leichtbauwerkstoffen zu machen.
  • Das hohe Treibstoffeinsparungspotenzial bei Flugzeugen führt zu einer extrem schnellen Amortisation der Emissionen aus der Produktion. Unter diesem Gesichtspunkt sollte die Luftfahrtindustrie mehr Magnesium einsetzen.
     

International Magnesium Association

Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit der International Magnesium Association (IMA) erstellt. Die 1943 gegründete IMA hat die Aufgabe, die Verwendung von Magnesium bei der Materialauswahl zu fördern und innovative Anwendungen des vielseitigen Metalls zu unterstützen. Die Mitglieder setzen sich aus Primärproduzenten, Recyclern, Gießereien, Verarbeitern, Endverbrauchern und Lieferanten zusammen. Die IMA unterstützt die Branche und ihre Mitglieder durch ihre jährliche Welt-Magnesium-Konferenz, Seminare, statistische Programme, Forschung und Veröffentlichungen. Durch die Bemühungen der IMA werden Hersteller und Verbraucher zunehmend auf die zahlreichen Möglichkeiten und Vorteile aufmerksam, die Magnesium bietet.

Autoren

Nicole Kareta