Aluminium

Allgemeines zu Aluminium

Aluminium ist ein chemisches Element aus der Gruppe der Metalle und steht im Periodensystem in der 3. Hauptgruppe (Borgruppe). Es ist ein silbrig-weiß glänzendes, weiches, leichtes Metall, das sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit, gute Formbarkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Aluminium bildet an der Luft eine dichte, schützende Oxidschicht, die es passiviert und vor weiterer Oxidation schützt. Aufgrund seiner Kombination aus geringer Dichte und mechanischer Festigkeit ist es ein Schlüsselmaterial in der Leichtbau- und Luftfahrttechnik.

Vorkommen

Aluminium ist nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element in der Erdkruste und kommt dort fast ausschließlich in gebundener Form vor, insbesondere im Mineral Bauxit, einem Gemenge aus Aluminiumhydroxiden wie Gibbshit (Al(OH)₃), Böhmit und Diaspor. Große Bauxitvorkommen befinden sich in Australien, Guinea, China, Brasilien und Indien. In Europa sind wirtschaftlich bedeutende Lagerstätten selten – die größten existieren in Griechenland und Ungarn. Reines Aluminium tritt in der Natur nur in Spuren auf und ist äußerst reaktionsfreudig.

Gewinnung

Die industrielle Herstellung von Aluminium erfolgt in einem zweistufigen Prozess:

• Bayer-Verfahren: Hierbei wird Bauxit chemisch mit Natronlauge zu Aluminiumhydroxid aufgeschlossen, das durch Kalzinierung zu Aluminiumoxid (Tonerde, Al₂O₃) umgesetzt wird.
• Schmelzflusselektrolyse (Hall-Héroult-Verfahren): In einem Kryolithbad (Na₃AlF₆) wird das Aluminiumoxid bei ca. 950 °C elektrolytisch zu reinem Aluminium reduziert.
• Dieser Prozess ist extrem energieintensiv – ca. 14–16 kWh pro Kilogramm Aluminium – weshalb Aluminium zu den „stromhungrigen“ Metallen zählt. Der Großteil der Aluminiumproduktion erfolgt daher in Ländern mit günstigem Strommix oder Wasserkraft.

Anwendungen

Aluminium wird in einer Vielzahl von Industrien verwendet. Besonders verbreitet ist es im Transportwesen (Automobilbau, Luftfahrt, Bahn, Schiffbau) aufgrund seiner Leichtbaueigenschaften. Auch im Bauwesen (Fensterrahmen, Fassaden, Tragwerke), in der Verpackungsindustrie (Dosen, Folien), in der Elektrotechnik (Kabel, Leitungen) sowie im Maschinenbau, in der Konsumgüter- und in der Elektronikindustrie ist Aluminium unverzichtbar.

Durch Legierungen mit Kupfer, Magnesium, Silicium oder Zink lassen sich die Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit gezielt beeinflussen. Reinaluminium ist hingegen weich und wird meist für Anwendungen mit hoher Leitfähigkeit oder chemischer Beständigkeit eingesetzt.

Recycling

Aluminium ist ein Paradebeispiel für zirkuläre Rohstoffwirtschaft: Es lässt sich nahezu verlustfrei und unbegrenzt oft recyceln, ohne an Materialeigenschaften zu verlieren. Das sogenannte Sekundäraluminium benötigt nur etwa 5 % der Energie im Vergleich zur Primärproduktion. Aus diesem Grund liegt die Recyclingquote in Europa bei über 90 % für Bausektor und Verkehrsanwendungen, bei Verpackungen jedoch etwas niedriger.

Die Rückgewinnung erfolgt über mechanische Sortierverfahren, Schreddertechnik, Wirbelstromabscheider und Pyrolyse, ergänzt durch Schmelz- und Raffinationsprozesse. Herausforderungen bestehen bei Verbundmaterialien und lackierten Oberflächen, die eine sortenreine Aufbereitung erschweren.

Neue Ansätze, etwa durch KI-gestützte Sortieranlagen, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) oder kryogene Zerkleinerung, verbessern zunehmend die Effizienz.

Toxizität

Aluminium gilt allgemein als relativ ungiftig, jedoch ist seine Toxikologie komplex und umstritten, insbesondere im Zusammenhang mit chronischer Exposition. In metallischer Form ist Aluminium reaktionsträge und bildet an der Luft eine schützende Oxidschicht. Toxische Wirkungen treten vor allem durch lösliche Aluminiumverbindungen (z. B. Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid) auf, die über Nahrung, Wasser oder bestimmte Medikamente aufgenommen werden können.

Im menschlichen Körper kann Aluminium nicht aktiv ausgeschieden, sondern nur langsam über die Nieren eliminiert werden. Eine erhöhte Aluminiumaufnahme wurde mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Morbus Alzheimer, Parkinson oder Amyotropher Lateralsklerose (ALS) assoziiert, wobei ein kausaler Zusammenhang bislang nicht eindeutig bewiesen ist.

In hoher Dosis wirkt Aluminium nephrotoxisch, knochenstoffwechselstörend und hämatologisch relevant (z. B. Aluminium-induzierte Anämie bei Dialysepatienten). Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat einen tolerierbaren wöchentlichen Aufnahmewert (TWI) von 1 mg/kg Körpergewicht festgelegt.

Umwelttoxikologisch kann Aluminium in sauren Böden und Gewässern durch Mobilisierung zu einer Gefahr für Fische und Pflanzen werden, da es die Ionentransportprozesse an Zellmembranen stört.

Kritikalität laut EU-Kommission

In der Liste der kritischen Rohstoffe der EU (Critical Raw Materials List, zuletzt aktualisiert 2023) ist Aluminium selbst nicht als kritisch eingestuft. Allerdings steht Bauxit, das Hauptrohmaterial für Aluminium, aufgrund geopolitischer und ökologischer Risiken unter Beobachtung. Der Abbau ist oft mit massiven Eingriffen in Ökosysteme verbunden, etwa durch Rodung tropischer Regenwälder, Erosion und Rotschlamm-Deponien.

Strategisch relevant wird Aluminium dennoch im Kontext der europäischen Dekarbonisierungs- und Resilienzpolitik, da es für erneuerbare Energien, E-Mobilität, Stromnetze und Gebäudesanierung unverzichtbar ist. Die EU stuft Aluminium deshalb im Aktionsplan für kritische Rohstoffe (2020) als strategischen Rohstoff mit hoher Relevanz für die grüne Transformation ein, auch wenn es formell nicht „kritisch“ im engeren Sinne ist.

Zunehmend wird auch der Importanteil problematisiert: Die EU ist stark abhängig von Bauxit-Importen aus Guinea, Australien und Brasilien und von Primäraluminiumlieferungen aus China, Russland und dem Nahen Osten. Die EU-Kommission betont daher die Notwendigkeit zur Stärkung des Aluminiumrecyclings, zur Diversifizierung der Lieferketten und zur Förderung von umweltfreundlicher Primärproduktion innerhalb Europas.