Grondstoffen in een moderne economie

CASE-STUDY: ALUMINIUM

Grondstoffen

• Niet hernieuwbaar• Fossiele brandstoffen• Ertsen

• Hernieuwbaar• Hout • Vis• Regenwater• Grondwater?

Economie en natuurlijke hulpbronnen

• Jagers verzamelaars• Agrarische samenleving• Industriële samenleving• Post-industriële samenleving –

informatiesamenleving (?)

Jagers - verzamelaars

Jagers verzamelaars

• (tot 8000 BC):• extreem lage bevolkingsdichtheid; • arbeidsdeling gebaseerd op sexe/leeftijd; • geringe technologische ontwikkeling; • geringe impact op natuur; • gedeelde armoede.

Agrarische samenleving

Agrarische samenleving

• (8000 BC – 1800 AD):• (half-sedentaire) landbouw en veeteelt; • geleidelijke beheersing van natuur

(zaadverdedeling; irrigatie; domesticatie);• waterkracht, windkracht en dierlijke kracht;• toename van de bevolkingsdichtheid; • rijkdom voor enkelen.

Industriële samenleving

Industriële samenleving

• (1800 AD – nu): • intensief gebruik van grondstoffen (inclusief

fossiele brandstoffen); • Mechanisering (machines)• rijkdom voor velen.• Massaconsumptie / weggooimaatschappij• Afval productie.

Natural economy

CASE-STUDY ALUMINIUM

Doel case-study

• Belang aangeven van grondstof als aluminium binnen consumptiepatroon.

• Productieweg aluminium schetsen, met bijbehorende afval en milieuproblematiek.

• Mogelijkheden en beperkingen voor hergebruik schetsen.

Aluminium (chemie)

• Aluminium is na zuurstof en silicum het meest voorkomende element op aarde. Zo'n 8% van onze aardkost bestaat uit aluminium, echter altijd gebonden met zuurstof als Al2O3.

Dit komt het meeste voor in Bauxiet wat gemiddeld 55% aluminiumoxide bevat. Belangrijke winplaatsen voor bauxiet zijn tropische en subtropische gebieden.

Een heleboel aluminium in de aardkorst.

Aluminium (maatschappelijk)Voordelen (1)

• Licht in gewicht: 2700kg/m3 (staal 7800kg/m3) • Goede warmtegeleider • Goede oxidatiebestendigheid • Decoratief • Goede stroomgeleider (dubbel zo goed als Cu) • Niet giftig en dampdicht • 100% recycleerbaar door zijn laag smeltpunt • Niet-magnetisch • Hoge elasticiteitsmodulus (7200 kg/mm²) • Lage uitzettingscoëfficiënt (1.19 mm per m op 50° temperatuurverschil)

Aluminium (maatschappelijk)nadelen (

• Kostbaar • Milieuonvriendelijk: Ecoindicator 19.60 (staal

4.66) • Moeilijk soldeer- of lasbaar • Moeilijk gietbaar: neemt snel gas op in

vloeibare toestand

TOEPASSINGEN

• VLIEGTUIGINDUSTRIE• VERPAKKINGSINDUSTRIE• AUTOINDUSTRIE• RAAMKOZIJNEN

Transportmiddelen

• Vliegtuigen• Auto’s• Fietsen• Brandstofwinst

Verpakkingsmiddelen

• Eigenschappen van aluminium die relevant zijn voorverpakkingen:

• Uitstekende barrière-eigenschappen tegen micro-organismen, lucht, licht, water, aroma, zuurstof, olie en vet

• Bestand tegen grote temperatuurverschillen, diepvriezen en bakken.

• Warmtegeleiding en reflectie• Geschikt voor voeding, drank en medicijnen• Niet giftig• Laag gewicht• Recyclebaar

Aluminiumconsumptie

• Momenteel ongeveer 30 kilo per Nederlander per jaar.

1 De bouwsector: 35 tot 65 % van de totale consumptie.

2 De transportsector3 De machinebouw, 4 verpakkingen5 consumenten producten.

Wereld consumptie en productie

ALUMINIUM PRODUCTIEDATA(in KT)

VAN BAUXIET NAAR ALUMINIUM

Van bauxiet naar aluminium

• Mijnbouw: afgraven van erts (bauxiet)• Raffinage: van bauxiet naar aluinaarde

(alumina: Al2O3)• Smelten: d.m.v. elektrolyse scheiden van

Aluminium en zuurstof• Walsen en extrusie; maakt basisproducten

voor de verwerkende industrie

HET PRODUCTIEPROCES

DE BAUXIETMIJN

DE BAUXIETMIJN

Bauxietwinning

• Voor 1000 kilo primair aluminium moet ongeveer 0.7m2 worden afgegraven tot een diepte van 7 meter.

• Eenderde daarvan wordt gewonnen in gebieden met tropisch regenwoud. Met de totale wereldproductie van aluminium is per jaar ongeveer 3,5km2 tropisch regenwoud gemoeid.

• Ten dele herstelt de natuur zichzelf binnen 10 jaar en ten dele wordt het landschap herbeplant of opnieuw ingericht.

• http://www.wielink.info/aluminium/productie-1.htm

Van bauxiet naar aluinaarde.

• Bauxiet wordt gevormd door drie componenten: Al, O en H (Al2O3.nH2O).

• Het scheiden vindt plaats door de 4,6 kg bauxiet op te lossen in circa 1,0 liter natronloog (50% oplossing), waarbij na kristallisatie en calcinatie (met kalk) de aluinaarde in poedervorm overblijft.; puur alumniniumoxide.

Van bauxiet naar aluinaarde RODE MODDER

Rode modder

• Red mud kan op kleine schaal worden gebruikt voor het kleuren van dakpannen, waterzuivering, vulmateriaal voor asfaltwegen, rookgasontzwavelingen en kunstmest.\

• Maar het merendeel is niet economisch bruikbaar en wordt doorgaans opgeslagen in bekkens met een ondoordringbarekleibodem.

• Na een periode van 5 à 10 jaar is door omzetting van CO2 uit de lucht of uit regenwater het restant natronloog geneutraliseerd tot water en soda.

Aluinaarde (Lossen in Delfzijl)

ELECTROLYSE VAN ALUINAARDE

Electrolyse

• De laatste stap bestaat uit het scheiden van Al en O2 door electrolyse.

• Voor het elektrolyseproces van primair aluminium is veel elektrische energie nodig. In feite is na bauxiet elektriciteit de tweede grondstof voor primair aluminium.

• Dit is de reden dat primaire smelters gebouwd worden op plekken waar goedkope elektriciteit beschikbaar is.

• Om het aluminium uit het bauxiet te krijgen is zeer veel energie nodig: 155MJ/kg. (oftewel In Europa gemiddeld 15 kWh/kg primair aluminium; huidige prijs voor huihsoudens 24 cent, waarvan 15 cent belasting).

• Ter vergelijking is voor de productie van één kg. ijzer 30MJ nodig. • Na extractie ontstaat een materiaal wat Al99,9 genoemd wordt: nagenoeg zuiver

aluminium.

DE ALUMINIUMFABRIEKNoorwegen

Halffabrikaat: walsblokken of extrusiepalen

RECYCLEN

• SECUNDAIR SMELTEN• 95% MINDER ENERGIEGEBRUIK (tijdens

smelten)• Economische rendabel om aluminium te

recyclen en te hergebruiken. • Aluminium kent nagenoeg geen degeneratie,

oftewel het is praktisch 100% recyclebaar en opnieuw inzetbaar

Recyclen

• Om aluminium te recyclen moet het gescheiden worden uit het standaard afval. Omdat het niet ferro-magnetisch is, kan dit niet door boven de band een magneet te houden. Daarom gebeurt het op een aantal andere manieren:

• handmatig sorteren • gescheiden inzamelen • scheiden door gewichtsverschillen

Het ene aluminium is het andere niet.

Twee inputstromen voor de recycling van aluminium:processchroot en postconsumerschroot.

Het processchroot ontstaat tijdens Industriële verwerking, is relatief schoon en kan makkelijk worden gerecycled.

Het post-consumerschroot komt van producten die afgedankt zijn, is relatief vervuild en heeft vaak een voorbehandeling nodig. Soms moet er ontijzerd worden of is het nodig een laklaag te verwijderen.

Scheiden door gewichtsverschillen (de Eddy-current)