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Scale

Production of Scandium compounds and Scandium Aluminum alloys from European metallurgical by-products.

Scandium ist ein Metall der Seltenen Erden, das in kleinen Mengen eingesetzt wird und die Eigenschaften von Stoffen drastisch ändern kann. Das Element ist ein wichtiger Zusatzstoff hochfester Aluminiumlegierungen, wie sie in der Luft- und Raumfahrt und im 3D-Druck sowie in Anwendungen für Festoxidbrennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) verwendet werden. Dabei ist Scandium selten und kann nur unter hohen Kosten gewonnen werden. Derzeit wird es in Asien und Russland hergestellt. Europa besitzt keine eigene Scandium-Produktion, jedoch sind viele Scandium-Abnehmer dort angesiedelt, ebenso Industrien, deren Abfallprodukte Scandium enthalten. Das Projekt wird aus Abfällen Rohstoffe gewinnen und auf dieser Basis eine stabile und sichere Scandium-Versorgung innerhalb der EU aufbauen. Damit erfüllt es die Bedürfnisse der europäischen Luft- und Raumfahrtindustrie und anderer Hightech-Branchen und trägt dazu bei, die Importabhängigkeit bei Rohstoffen zu reduzieren.

Abgesehen von der industriellen Symbiose trägt das SCALE-Projekt durch die Verwertung Scandium-haltiger Produkte darüber hinaus zu nachhaltigem Wirtschaften bei. Scandium enthaltende SOFC besitzen im Vergleich zu thermoelektrischen Kraftwerken einen höheren Wirkungsgrad (60% ggü. 30%, d. h. eine SOFC kann aus 1 kg Erdgas 8 kWh elektrischer Energie anstelle von 4 kWh gewinnen) und sorgen für erzeugen geringere CO2-Emissionen.

Aluminium-Scandium-Legierungen ermöglichen leichtere Teile im Flugzeugbau, was den Treibstoffverbrauch verringert, den ökologischen Fussabdruck jedes Fluges deutlich verkleinert und dessen Kosten senkt. Jedes kg weniger Flugzeuggewicht führt über die gesamte Lebensdauer des Flugzeugs hinweg zu Einsparungen zwischen 3 000 und 3 800 Litern Treibstoff. Mit Einführung des 3D-Drucks in der Produktion kommerzieller Flugzeuge könnte noch mehr Gewicht eingespart werden. Ähnlich entscheidende Vorteile durch Gewichtsreduktion sind von der Einführung von Aluminium-Scandium-Legierungen beim Bau von Elektrofahrzeugen zu erwarten.

Die bessere Verfügbarkeit von Scandium wird die Erforschung neuer Materialien erleichtern und die technologische Entwicklung hin zu neuen, leichten Superlegierungen beschleunigen. So werden neue Marktchancen geschaffen und die Wettbewerbsfähigkeit und Exzellenz der europäischen wissensbasierten Produktions- und Hochtechnologieindustrien wird gefördert.

Hauptziel von SCALE ist die effiziente Nutzung der in der EU vorhandenen Ressourcen, die Scandium in hoher Konzentration enthalten. Hierzu gehören Bauxitrückstände aus der Aluminiumproduktion (100 bis 150 ppm) und Säureabfälle aus der Herstellung von TiO2-Pigmenten (50 bis 100 ppm). So soll eine stabile und sichere Scandium-Versorgung für die europäische Luft- und Raumfahrtindustrie und für Hochtechnologiebranchen aufgebaut werden. Der Weg dorthin führt über die Entwicklung einer Reihe innovativer Technologien für die Extraktion, Separation, Veredelung und Legierung, die unter entsprechenden Labor- und Versuchsbedingungen auf ihre technische und wirtschaftliche Machbarkeit hin validiert werden.

Die FHNW ist an der Extraktion und Veredelung von Scandium aus TiO2-Nebenprodukten mittels säurebeständiger Nanofiltration beteiligt (vom Labor bis zur Pilotanlage). Darüber hinaus leitet die FHNW das Arbeitspaket zur Nachhaltigkeitsbewertung aller in Entwicklung befindlichen neuen Technologien. Bewertung in den Bereichen Umwelt, Gesundheit und Sicherheit (LCA, LCC, TEA).


Key Figures

    Projektdauer: 2016 – 2020
    Finanzierung:
    Dieses Projekt wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 finanziert (Vertragsnummer Nr. 730105). Diese Arbeit wird vom Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) unter der Vertragsnummer 16.0155 unterstützt. Die hierin geäußerten Meinungen und Argumente spiegeln nicht unbedingt die offizielle Meinung der Schweizer Regierung wider. 
    Website: www.scale-project.eu

    Projektleitung

    Dr. Markus Lenz
    Dr. Markus Lenz Wissenschaftlicher Mitarbeiter
    Telefon : +41 61 228 56 86 (Direkt)

    LCA, eco-efficiency, MCDA

    Prof. Dr. Christoph Hugi
    Prof. Dr. Christoph Hugi Dozent für Nachhaltigkeit und Entwicklung
    Telefon : +41 61 228 55 84 (Direkt)
    Dirk Hengevoss
    Dirk Hengevoss Wissenschaftlicher Mitarbeiter
    Telefon : +41 61 228 55 98 (Direkt)

    Doktorierender “Acid resistant Nanofiltration”

    Sebastian Hedwig

    Institut für Ecopreneurship

    Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW Hochschule für Life Sciences Institut für Ecopreneurship Hofackerstrasse 30 4132 Muttenz
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