CLEAN-Mag: CO2-neutrale Herstellung von Leichtbaukomponenten aus Magnesium

Abstract

Das BMWE-geförderte Verbundvorhaben CLEAN-Mag verfolgte das Ziel, die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung von Leichtbaukomponenten aus Magnesium für den Transportsektor entlang der gesamten Wertschöpfungskette signifikant zu reduzieren. Dazu kombinierten zwölf Verbundpartner - zwei Forschungseinrichtungen der TU Bergakademie Freiberg und zehn KMU - drei technologische Ansätze: den Einsatz wasserstoffbasierter Brennertechnologie für Schmelz- und Anwärmprozesse, die maximale Ausnutzung der Schmelzhitze durch direkte Prozesskopplung (Gießwalzen, Conform®-Verfahren, Strangpressen) sowie die Verwendung der calciumhaltigen Magnesiumlegierung ZAX210 mit verbesserter Umformbarkeit bei reduzierter Prozesstemperatur. Im Bereich der Brennertechnologie wurde der Betrieb von Rekuperator- und Regeneratorbrennern mit Erdgas-Wasserstoff-Gemischen von 0 bis 100 % H2 im Flammen- und FLOX®-Modus erfolgreich nachgewiesen. Die flammenlose Verbrennung erzielte eine deutliche Reduktion der NOx-Emissionen. Durch den kombinierten Einsatz von Rekuperatorbrennern, Masselvorwärmung und Wasserstoff konnte ein theoretisches Brennstoffeinsparpotenzial von bis zu 45,5 % ermittelt werden. Für die Halbzeugherstellung wurde das neuartige GieWaCon-Verfahren (Gießwalzen + Conform®) zur Erzeugung von Mg-Drähten und -Profilen entwickelt und in Betrieb genommen. Band-Gießwalzen und Warmwalzen der ZAX210-Legierung lieferten Bleche mit Bruchdehnungen von bis zu 30 %. Stolfig realisierte eine Technologiekette zur Blechherstellung aus der Gießhitze durch Strangpressen. Für die ZAX210-Legierung wurden geeignete Füge- (WIG-Schweißen, manuell und automatisiert) sowie Oberflächenbehandlungstechnologien (Beize, Konversion, KTL, Lackierung) entwickelt und validiert. Vier Demonstratoren - ein Leichtbau-Computergehäuse, eine Schienenrücksitzwand, ein Containerverschlussbauteil und ein Hovercraft-Bauteil - wurden erfolgreich gefertigt. Eine lebenszyklusbasierte CO2-Bilanzierung quantifizierte die Emissionseinsparpotenziale und wurde als frei zugängliche Webanwendung bereitgestellt. Die Ergebnisse belegen, dass eine signifikante Reduktion der Treibhausgasemissionen bei der Magnesium-Leichtbaufertigung technisch realisierbar ist und eröffnen vielfältige Verwertungsperspektiven für die beteiligten Industriepartner. The BMWE-funded joint project CLEAN-Mag aimed to significantly reduce greenhouse gas emissions in the production of lightweight magnesium components for the transport sector along the entire value chain. Twelve consortium partners - two research institutions at TU Bergakademie Freiberg and ten SMEs - combined three technological approaches: hydrogen-based burner technology for melting and reheating processes, maximum utilization of melt heat through direct process coupling (twin-roll casting, Conform® extrusion, strand pressing), and the use of the calcium-containing magnesium alloy ZAX210, which offers improved formability at reduced processing temperatures. In the field of burner technology, the operation of recuperator and regenerator burners with natural gas-hydrogen mixtures from 0 to 100 % H2 in both flame and FLOX® mode was successfully demonstrated. Flameless combustion achieved a significant reduction in NOx emissions. The combined use of recuperator burners, ingot preheating and hydrogen yielded a theoretical fuel saving potential of up to 45.5 %. For semi-finished product manufacturing, the novel GieWaCon process (twin-roll casting + Conform®) for producing Mg wires and profiles was developed and commissioned. Twin-roll casting and hot rolling of ZAX210 produced sheets with elongations at fracture of up to 30 %. Stolfig realized a technology chain for sheet production from casting heat via extrusion. Suitable joining technologies (TIG welding, manual and automated) and surface treatment processes (pickling, conversion coating, cathodic dip coating, painting) were developed and validated for ZAX210. Four demonstrators - a lightweight computer housing, a train seat backrest panel, a container closure component and a hovercraft component - were successfully manufactured. A life-cycle-based CO2 assessment quantified emission reduction potentials and was implemented as a freely accessible web application. The results demonstrate that a significant reduction of greenhouse gas emissions in magnesium lightweight manufacturing is technically feasible, offering diverse exploitation perspectives for the participating industrial partners.