Apple ist niedrig

Als Apple letzte Woche neue Klimaziele ankündigte, gab der Technologieriese bekannt, dass einige seiner eleganten, silbernen Laptops ein neuartiges Material enthalten werden: „kohlenstoffarmes“ Aluminium. Das Leichtmetall ist chemisch identisch mit der Massenversion, die in Produkten wie Folien, Getränkedosen, Fahrradrahmen und Autotüren verwendet wird. Aber es wird mit einem anderen industriellen Verfahren hergestellt – einem, bei dem keine direkten Treibhausgase freigesetzt werden.

Apple ist bereit, das erste Unternehmen zu werden, das einen Teil dieses kohlenstoffarmen Aluminiums in seinen Produkten verwendet. Für Experten auf diesem Gebiet ist dies ein Durchbruch nach jahrzehntelanger Entwicklung. Doch während die Laptops beweisen, dass dieser neue Ansatz realisierbar ist, überlegen Forscher immer noch, wie sie die Produktion des Materials steigern können, damit es eine Option für den gesamten Aluminiumsektor sein kann. Wenn ihnen das gelingt, könnte das alternative Verfahren einen erheblichen Teil des CO2-Fußabdrucks von Aluminium eliminieren.

„Dies ist ein entscheidender Moment“, sagte Donald Sadoway, Professor für Materialchemie am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Die Nachricht kommt, während die globale Aluminiumindustrie mit steigenden Treibhausgasemissionen zu kämpfen hat. Auch wenn Verbraucher Dosen und Elektronikgeräte gewissenhaft recyceln, macht wiederverwendetes Aluminium immer noch nur etwa ein Drittel des Weltmarktes aus. Insgesamt verursacht die Produktion von neuem Aluminium etwa 1 Prozent der weltweiten jährlichen Emissionen. Doch Nachfrage, Produktion und Verbrauch sind in den letzten Jahren gestiegen – insbesondere in China, das immer noch stark auf Kohlekraftwerke angewiesen ist.

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Apple gab an, dass Aluminium im Jahr 2015 27 Prozent seines Produktherstellungs-Fußabdrucks ausmachte. Das Technologieunternehmen verwendet jetzt mehr recyceltes Aluminium in seinen Geräten und priorisiert Lieferanten, die ihre Anlagen mit Wasserkraft und nicht mit Kohle betreiben. Solche Bemühungen haben die Aluminium-Emissionen von Apple um 63 Prozent reduziert, berichtete das Unternehmen im März. Um den Rest seines Aluminium-Fußabdrucks zu beseitigen, arbeitet Apple mit der Firma Elysis zusammen, um eine Lieferkette für kohlenstoffarmes Aluminium zu schaffen. Im Juli kündigte Apple an, dass die erste Charge des Materials in seine 16-Zoll-MacBook Pros integriert werden würde.

Keines der Unternehmen gab bekannt, wie viel des neuartigen Aluminiums in den MacBook Pros enthalten sein wird. Aber sobald Laptops auf den Markt kommen, könnten sie möglicherweise einen größeren Wandel hin zu saubereren Materialien in einer äußerst kohlenstoffintensiven Branche anstoßen.

„Das wird die Schleusen für alle möglichen anderen Verbraucher öffnen, um zu sagen: ‚Wir wollen auch grünes Aluminium‘“, sagte Sadoway.

Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall in der Erdkruste, obwohl es natürlicherweise nicht in einer leicht zu gewinnenden Form vorkommt. Bergbauunternehmen müssen den Mutterboden abkratzen, um Bauxit zu gewinnen, ein rötliches Tongestein, das reich an Aluminiumoxid (auch Aluminiumoxid genannt) ist. Als nächstes trennen Raffinerien Aluminiumoxid ab, sodass es einem feinen weißen Speisesalz ähnelt. Schließlich wird das Aluminiumoxid erhitzt und geschmolzen – oder geschmolzen –, um Aluminium herzustellen. Dieser letzte Schritt trägt am meisten zum Klimawandel bei, da er zur direkten Freisetzung von Treibhausgasen führt, und hier suchen Forscher nach Innovationen.

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Beim Schmelzen wird Aluminiumoxid in einem geschmolzenen Salzbad aufgelöst, das auf über 1.700 Grad Fahrenheit erhitzt wird. Große Kohlenstoffblöcke (oder „Anoden“) werden in das stark korrosive Bad abgesenkt; Elektrische Ströme fließen dann durch die gesamte Struktur. Am Boden lagert sich Aluminium ab, da sich Sauerstoff in den Blöcken mit Kohlenstoff verbindet und als Nebenprodukt Kohlendioxid entsteht.

Im Durchschnitt trägt der elektrochemische Prozess des Schmelzens etwa 14 Prozent zu den Gesamtemissionen der weltweiten Aluminiumproduktion bei. Weitere 70 Prozent stammen aus dem Strom, der zum Betrieb der Schmelzen verwendet wird, sagte Guðrún Arnbjörg Sævarsdóttir, außerordentlicher Professor an der Universität Reykjavik in Island. An Orten, an denen Hütten sauberen Strom nutzen, gibt es jedoch praktisch keine Emissionen durch den Stromverbrauch. Die größte Kohlenstoffherausforderung sei also der Schmelzprozess selbst, sagte sie.

Apples kohlenstoffarmer Aluminiumlieferant nutzt einen alternativen elektrochemischen Prozess, der nur Sauerstoff abgibt.

Elysis mit Sitz in Montreal ist ein Joint Venture der globalen Bergbaugiganten Alcoa und Rio Tinto und wird von der kanadischen Regierung unterstützt. Anstelle von Kohlenstoffblöcken verwendet Elysis Materialien, die Aluminium abtrennen können, ohne dass es zu einer chemischen Reaktion kommt. Das Unternehmen stellte letztes Jahr seine erste kommerzielle Charge im Alcoa Technical Center in Pittsburgh her und verkaufte die Lieferung im Dezember an Apple. Das zwei Jahre alte Unternehmen baut derzeit eine Forschungseinrichtung im Wert von 37 Millionen US-Dollar (50 Millionen CAD) in Saguenay, Quebec.

Elysis hat nicht genau mitgeteilt, welche Materialien es in seinem System verwendet. Aber Wissenschaftler auf der ganzen Welt untersuchen seit den 1980er Jahren ein ähnliches Konzept. Die Grundidee besteht darin, in den Anoden, durch die die elektrischen Ströme fließen, chemisch inaktive oder „inerte“ Metalllegierungen zu verwenden. Sadoway vom MIT erforschte zuvor CO2-Alternativen als Möglichkeit, den Stromverbrauch in Schmelzöfen zu reduzieren. Heute nutzen Programme in China, Norwegen, Russland und Island inerte Anoden, um Aluminium bei niedrigeren Temperaturen herzustellen. Arctus Metal, ein kleines Unternehmen in Reykjavik, hat kürzlich seine erste Charge – einen Ein-Pfund-Barren – in seinem Labor hergestellt.

„Das ist wie der Heilige Gral der Aluminiumproduktion“, sagte Sævarsdóttir über die Bemühungen.

Sævarsdóttir ist an der Forschung von Arctus Metal zum kohlenstofffreien Schmelzen beteiligt. Das Unternehmen skaliert nun seine Demonstrationsanlage, die einen elektrischen Strom von 500 Ampere nutzt, auf den Betrieb mit bis zu 10.000 Ampere, sagte CEO Jón Hjaltalín Magnússon. (Eine Schmelzhütte im kommerziellen Maßstab wird mit bis zu 200.000 Ampere betrieben.) Wenn die Technologie von den drei isländischen Aluminiumhütten – die Geothermie und Wasserkraft nutzen – übernommen würde, würde sie etwa ein Drittel der Gesamtemissionen des Landes einsparen, sagte er.

Jón Hjaltalín Magnússon (links), CEO von Arctus Metal, präsentiert im Juni 2020 in Island die erste Charge kohlenstoffarmen Aluminiums des Unternehmens. Mit freundlicher Genehmigung von Jón Hjaltalín Magnússon

Bevor inerte Anoden im industriellen Maßstab eingesetzt werden können, müssen die Forscher noch wichtige technische Probleme lösen. Hauptsächlich erfordern die Materialien zur Herstellung von Aluminium höhere Stromspannungen, was den Stromverbrauch und die Kosten der Schmelzhütten in die Höhe treibt. Unternehmen müssen energieeffizientere Systeme entwickeln, damit kohlenstoffarmes Aluminium für Bauunternehmen, Getränkedosenhersteller und andere große Aluminiumabnehmer nicht zu teuer oder unattraktiv wird.

Für die gesamte Aluminiumindustrie bleibt die Reduzierung der Kohlenstoffbelastung durch Kraftwerke das dringlichste Anliegen.

Seit dem Jahr 2000 sind Hüttenwerke bei der Stromerzeugung sogar stärker auf Kohle und Erdgas angewiesen, obwohl weltweit immer mehr Solarprojekte und Windparks entstehen. In den letzten Jahren wurden viele Werke in Amerika und Europa geschlossen, und ein erheblicher Teil der Produktion wurde nach China und in Länder im Nahen Osten verlagert. Das Ergebnis ist ein Markt, der mit reichlich vorhandenem, relativ billigem Aluminium überschwemmt wird – mit dem kohlenstoffarme Alternativen zu kämpfen haben werden.

„Der Wettbewerb auf globaler Ebene ist wirklich hart“, sagte Sadoway, der auch ein Startup namens Boston Metal leitet, das einen kohlenstofffreien Stahlherstellungsprozess entwickelt. Unternehmen wie Elysis, sagte er, „haben einen sehr, sehr steilen Hügel zu erklimmen.“

Die Ausweitung der Verwendung von kohlenstoffarmem Aluminium erfordert von Unternehmen und Regierungen bewusste Maßnahmen, sagte Sævarsdóttir. Beispielsweise würde die Erhebung einer CO2-Steuer auf Konsumgüter den Kauf von konventionell hergestelltem Aluminium verteuern. Ein solches System könnte Hersteller unter Druck setzen, kohlenstoffarme Technologien einzuführen, und Auftragnehmer dazu ermutigen, nachhaltigere Materialien für Bauprojekte zu beschaffen. Oder Unternehmen könnten einfach in die Fußstapfen von Apple treten und sich dazu verpflichten, Produkte mit geringeren Emissionen in der Lieferkette zu kaufen.

Es ist immer noch unklar, wie weit Apple bei der Einführung von kohlenstoffarmem Aluminium in seinen anderen Produktlinien gehen wird oder ob Hersteller wie Elysis ihre Technologien letztendlich über das Labor (oder ein einzelnes Unternehmen) hinaus und auf andere Industrieanlagen skalieren können. Dennoch ist die Initiative ein wichtiges Zeichen dafür, dass große Unternehmen bereit sind, in umweltfreundlichere Metalle zu investieren.

„Ich bin mit dem, was Apple tut, wirklich einverstanden“, sagte Sævarsdóttir. „Das ist der Weg, den wir gehen müssen.“

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