Une technologie en attente de brevet ouvre la voie à une nouvelle ère pour l’économie circulaire et l’aluminium. Les déchets d’aluminium pourraient désormais être transformés en structures de construction, tout en préservant presque toute l’énergie nécessaire à la fabrication de nouveaux produits en aluminium.
Il est bien connu que l’aluminium, robuste et léger, est de plus en plus utilisé comme matériau de construction. L’extraction et le raffinage de l’aluminium ont un coût élevé en termes d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre. Selon l’International Aluminum Institute, la production d’une tonne d’aluminium primaire émet en moyenne 17 tonnes de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.
ShAPE™ : une technologie pour l’aluminium recyclé
Des tests en laboratoire rigoureux ont montré que le processus de traitement et d’extrusion assisté par cisaillement (ShAPE™) du PNNL peut transformer 100% des déchets d’aluminium post-consommation en extrusions utilisables qui répondent ou dépassent les normes ASTM strictes pour la résistance et la flexibilité des alliages de construction courants 6061 et 6063.
La technologie ShAPE ouvre la possibilité de créer une circularité sur les marchés des déchets d’aluminium, réduisant ainsi la dépendance à l’aluminium primaire importé et les quantités massives d’énergie associées à sa production.
« Avec environ 55% du marché mondial des extrusions d’aluminium au service de l’industrie du bâtiment et de la construction, l’évolution de ShAPE pour inclure le recyclage de l’aluminium pour les structures de bâtiment est une énorme opportunité pour décarboner l’environnement bâti », a déclaré Scott Whalen, scientifique en chef du PNNL, qui a dirigé cette recherche. « Nous constatons que les microstructures uniques à l’intérieur du métal sont plus tolérantes aux impuretés que nous ne le pensions auparavant. Cela nous permet d’aller encore plus loin sur le marché des déchets d’aluminium tout en maintenant les performances du matériau. »
Atomic13 : une start-up pour commercialiser la technologie ShAPE™
La dernière version de la technologie brevetée ShAPE™ a incité l’entrepreneur technologique Eric Donsky à créer une entreprise de fabrication en démarrage pour mettre à l’échelle un processus basé sur ShAPE dans des installations de fabrication intégrées verticalement qui recyclent les déchets d’aluminium en un portefeuille de pièces extrudées à faible teneur en carbone ciblant initialement l’industrie du bâtiment et de la construction.
Atomic13 a signé un accord exclusif avec le PNNL pour commercialiser la technologie dans certains domaines d’utilisation et vise à se déplacer rapidement pour créer une myriade de pièces d’aluminium extrudées sur mesure pour les industries du bâtiment et des produits de consommation, en s’appuyant entièrement sur les déchets d’aluminium post-consommation.
Les économies d’énergie devraient aider les constructeurs à atteindre ou dépasser les normes du Leadership in Energy and Environmental Design pour les bâtiments écoénergétiques, entre autres avantages.
« La technologie ShAPE est une opportunité incroyable pour la fabrication aux États-Unis et le développement de notre infrastructure critique », a déclaré Eric Donsky, fondateur d’Atomic13.
« Nous pensons qu’il y a une valeur environnementale et commerciale énorme à construire une circularité dans l’industrie de l’extrusion d’aluminium tout en aidant l’industrie du bâtiment et de la construction à réduire significativement le carbone incorporé de leurs produits. La technologie ShAPE permet à des entreprises comme Atomic13 de produire des extrusions d’aluminium faites à partir de 100% de déchets post-consommation avec 90% de carbone en moins. En même temps, les faibles coûts des matières premières se traduisent par des coûts plus bas pour les consommateurs. Nous avons hâte de continuer à travailler avec les ingénieurs du PNNL pour faire avancer cette technologie prometteuse. »
Un nouveau marché pour les déchets d’aluminium
Selon l’Organisation internationale de l’aluminium, la production d’une tonne métrique d’aluminium fondu nécessite 16,6 mégawattheures d’électricité. En 2022, l’industrie de l’aluminium a produit plus de 69 000 tonnes métriques d’aluminium primaire, extrait de mines. La moitié de cette production provenait de la Chine, qui utilise de l’électricité produite par des centrales à charbon pour générer les 16,6 mégawattheures d’électricité et les 17 tonnes d’émissions de dioxyde de carbone par tonne d’aluminium produite.
« Le processus de fabrication ShAPE conserve l’énergie et élimine les émissions de gaz à effet de serre à plusieurs niveaux », a ajouté Scott Whalen. « D’abord, nous évitons le besoin d’ajouter de l’aluminium primaire. Ensuite, nous éliminons le besoin de ce que l’on appelle l’homogénéisation du matériau de la billette, un traitement thermique de 6 à 24 heures près de 500 °C avant l’extrusion. »
Par ailleurs, l’élimination du besoin d’ajouter de l’aluminium nouvellement extrait réduit considérablement le coût de fabrication, ouvrant la porte à un marché plus large pour ce qui a été considéré comme des déchets d’aluminium de qualité inférieure. Ce type de déchet est composé d’un mélange en constante évolution de déchets de fabrication et de biens de consommation post-consommation tels que les canettes de boisson omniprésentes, mais aussi toutes sortes de revêtements de maison usagés, de cadres de fenêtres et de portes, d’échelles et d’une myriade d’équipements usagés de toutes sortes.
« Créer un marché circulaire qui offre une proposition de valeur pour ces déchets d’aluminium ouvre la possibilité de nouvelles utilisations industrielles dans l’industrie du bâtiment, parmi les fabricants de matériel sportif, les pièces automobiles, et le cadrage pour les industries émergentes telles que la fabrication de panneaux solaires », a souligné Eric Donsky.
Atomic13 est actuellement en phase de conception de sa première ligne de fabrication commerciale avec une entreprise leader dans l’industrie de l’extrusion et évalue également les emplacements de sites dans le Midwest et le Sud-Est. L’entreprise est en discussion avec des constructeurs et des entreprises de construction intéressés par la durabilité et la décarbonation des matériaux de construction et prévoit d’accepter les commandes d’ici début 2025.
Légende illustration : Les déchets d’aluminium recyclés après consommation sont transformés en nouveaux matériaux de construction grâce à un processus de fabrication breveté, le Shear Assisted Processing and Extrusion (ShAPE). Crédit : Andrea Starr | Pacific Northwest National Laboratory
