Amerikaanse onderzoekers hebben een manier gevonden om fijngemalen eierschalen rechtstreeks te verwerken in magnesium. Zo ontstaat een sterkere legering, terwijl een energie-intensieve stap met calcium uit gedolven erts kan worden overgeslagen.
Eierschalen lijken op het eerste gezicht weinig te maken te hebben met hoogwaardige metaalproductie. Toch kunnen ze volgens onderzoekers van North Carolina State University een verrassend nuttige grondstof zijn voor sterkere magnesiumlegeringen.
Eierschalen vervangen calcium uit erts
Eierschalen bestaan voor ongeveer 95 procent uit calciumcarbonaat. Juist dat maakt ze interessant voor de metaalindustrie. Calcium wordt namelijk aan magnesium toegevoegd om de mechanische eigenschappen van het materiaal te verbeteren.
Normaal gesproken worden daarvoor calciumhoudende materialen gebruikt die eerst uit ertsen moeten worden gewonnen en verwerkt. De onderzoekers slaan die afzonderlijke productiestap over en voegen fijngemalen eierschalen direct aan het magnesium toe.
Tijdens het proces wordt het calciumcarbonaat omgezet in onder meer calciumoxide en reactief calcium. Daardoor ontstaat ook Mg₂Ca, een verbinding die bijdraagt aan de versterking van de legering.
Alles door elkaar mengen
De onderzoekers gebruiken hiervoor een techniek die friction stir extrusion heet. Ze boren gaten in een cilindervormig blok magnesium, vullen die met eierschaalpoeder en plaatsen het geheel in een stalen cilinder.
Vervolgens wordt een stalen stempel met 300 omwentelingen per minuut in het materiaal gedrukt. De combinatie van druk, wrijving en warmte mengt de eierschaaldeeltjes intensief door het magnesium en zet tegelijkertijd de gewenste chemische reacties in gang. Het bewerkte materiaal wordt daarna door een opening geperst, waardoor een staaf van de nieuwe magnesiumlegering ontstaat.
Interessant voor auto’s en vliegtuigen
Magnesium is ongeveer een derde lichter dan aluminium en daardoor aantrekkelijk voor toepassingen waarbij iedere kilogram telt, zoals auto’s, vliegtuigen en elektronica. De uitdaging is om voldoende sterkte, slijtvastheid en stabiliteit te combineren met dat lage gewicht.
Voorlopig gaat het om een proof-of-concept. De onderzoekers noemen de methode echter schaalbaar en energie-efficiënt. Bovendien hoeft het principe niet tot eierschalen beperkt te blijven: dezelfde productietechniek werd eerder gebruikt om magnetisch poeder en aluminiumafval om te zetten in nieuwe composietmaterialen.
Daarmee is misschien niet de eierschaal zelf de grootste doorbraak, maar het achterliggende idee: afval niet eerst uitgebreid raffineren, maar het tijdens het productieproces direct omzetten in een functioneel bestanddeel van een hoogwaardig materiaal.
Het onderzoek werd gepubliceerd in Journal of Magnesium and Alloys.
