Aluminium: vierhonderd jaar massaproductie

De Chinezen gebruikten zo'n drieënhalve eeuw terug al aluminiumrijke kleisoorten voor het maken van medicijnen en het verven van hun huid. Het duurt echter tot het begin van de twintigste eeuw voordat het lichte metaal in massaproductie gaat. Het zuiveren van het aluminium, dat in de natuur niet in die vorm voorkomt maar gebonden in de erts bauxiet, is lange tijd kostbaar en moeilijk. Ontdekkingen van de Amerikaan Hall, de Fransman Heroult en de Oostenrijker Bayer, dragen bij om het materiaal op een efficiënte wijze te extraheren uit de erts.


Martijn van den Bouwhuijsen


De producttoepassingen breiden uit als in 1906 het materiaal gelegeerd wordt met koper en magnesium. Het proces van winnen van bauxiet tot de productie van aluminium, verandert daarna nauwelijks, verbeteringen in efficiency en milieubescherming daargelaten. Het is nu, na staal, het meest gebruikte metaal in de wereld. De hedendaagse aluminiumindustrie staat voor grote uitdagingen. Bij de productie is veel energie nodig en er komen broeikasgassen vrij (1% van de totale wereldwijde emissie), terwijl fossiele brandstoffen uitgeput raken en de emissies aan banden worden gelegd. Energie-efficiëntie en emissiebeperking is het voorlopige antwoord van het Internationale Aluminium Instituut. De plannen lijken redelijk.

Opkomst van de massaproductie

In 1821 (her)ontdekt de Franse chemicus Paul Berthier een verweerde steensoort in de buurt van het Franse plaatsje Les Baux. Monsteranalyses wijzen uit dat het uit 20,4 procent water, 27,6 procent ijzeroxide en 52 procent onbekende metaaloxide bestaat. Kort daarna lukt het de Deense natuurkundige Ørsted het lichte en relatief sterke metaal, dat de naam aluminium krijgt, te scheiden van zuurstof. Tussen 1855 en 1900 beginnen vervolgens wereldwijd bedrijven met de productie van aluminium. Het is een tijd van materiaalontdekkingen, industrialisatie en vooruitgang. In die periode beginnen bijvoorbeeld ook rubber- en multiplexindustrieën. De schrijver Charles Dickens ziet in aluminium een 'gouden' toekomst en voorspelt dat de eerste raket naar de maan van aluminium zal zijn. Napoleon Bonaparte III wil zijn hele leger uitrusten met lichtgewicht aluminium pantsers, maar vind $115 per pond te veel. De Franse keizer kiest, om indruk te maken op zijn gasten, voor een glanzend aluminium bestek; een bijzonderheid voor die tijd.  Het lukt de scheikundigen Hall en Heroult om in 1886, afgezonderd van elkaar, met elektrolyse het aluminium te zuiveren uit aluminiumoxide (aluinaarde). Het produceren van aluminium wordt zo een stuk goedkoper.


De kiloprijs daalt van 30 gulden in 1880 naar 0,75 gulden in 1911. Op beide procedés, die nauwelijks verschillen, wordt patent aangevraagd. Wat volgt is internationaal gesteggel over patenten, terwijl een drietal bedrijven ontstaat die in de navolgende eerste helft van de 20e eeuw de aluminiumproductie internationaal gaan domineren. Het Heroult-patent resulteert in de creatie van twee bedrijven: een Frans bedrijf dat het proces lokaal exploiteert (1886) en een Zwitsers bedrijf dat aluminium wereldwijd aan de man brengt (1887). In de Verenigde Staten maakt de Pittsburgh Reduction Company vanaf 1888 gebruik van het Hall-patent om aluminium te produceren voor het thuisland. Dit bedrijf, dat vanaf 1907 Alcoa heet, wordt eind 19e eeuw tot twee keer toe voor de rechter gedaagd, wegens vermeend inbreuk op intellectueel eigendom. De eerste keer geeft het US Patent Office het bedrijf gelijk; het Hall-patent is legitiem. De tweede keer koopt de Pittsburgh Reduction Company de uitdager uit. Cowles Brothers Electric Smelting and Aluminium Company krijgt 1.4 miljoen dollar. Het delven van bauxiet en verwerken tot aluminium blijkt later een lucratieve business. Alcoa, tot op heden de grootste aluminiumproducent, vergaart in 1899, 1900, 1905 en 1906 netto winsten per aandeel van 11,15,26 en 35%.



Bron: Het Internationale Aluminium Instituut.




Een voorbeeld binnen de transportwereld. Door het gebruik van aluminium wielen wordt 250-300 kg aan totaalgewicht bespaard op een vrachtwagencombinatie. Dat komt uiteraard ten goede aan het laadvermogen maar ook aan de CO2-uitstoot. (foto Alcoa)

 

Het rijke ertsland Suriname

Geologen ontdekken in de navolgende jaren dat de grootste concentratie bauxiet voornamelijk in (sub)tropische gebieden wordt gevonden. Alcoa beraamt dat bauxietmijnen in de Verenigde Staten zullen uitputten, en richt zich daarom op de buitenlandse reserves, onder andere in Suriname. Dat Zuid-Amerikaanse land, staat begin 20e eeuw onder Nederlands bestuur. De bewindvoerders hebben interesse in de erts bauxiet en de mogelijke winsten. In 1917 wordt daarom de Nederlandsche Mijnexploratie- en exploitatie-Maatschappij (NENIEM) opgericht, een vennootschap waarvan de aandelen gelijk worden verdeeld onder Nederlandse en Noorse investeerders. Het zogenaamde Rorac – terrein, direct gelegen aan de Surinamerivier, zou 8 miljoen ton bauxiet bevatten. Tot exploitatie komt het echter niet, omdat de twee deskundigen ir. Douglas en ir. Beens de kolonie verlaten. Een jaar eerder richt Alcoa de Surinaamse Bauxiet Maatschappij NV op. Het bedrijf neemt, met toestemming van de Nederlandse gouverneur, grond in gebruik van de Moenga-heuvel, waarop later de eerste bauxietfabriek verrijst. De Nederlandse wetgeving rondom mijnbouw, is in die jaren nog in ontwikkeling. Pas na 1920 laat de wet het toe aan bedrijven om bauxiet te exporteren. Dat komt de Amerikanen niet goed uit vanwege de behoefte aan aluminium tijdens de Eerste Wereldoorlog. De winningsmethoden hebben in de beginjaren een primitief karakter, met veel mankracht voor de ontginning en voor het transport van het erts naar de schepen. Vanaf 1922 gaan de eerste grote scheepsladingen bauxiet vanuit Suriname naar de Verenigde Staten. Alcoa verwerft vervolgens de eigendomsrechten van NENIEM. Het Amerikaanse bedrijf is inmiddels gegroeid tot grootste aluminiumproducent met activiteiten vanaf de dagbouw tot het eindproduct. Suriname verdient geld met concessierechten, retributie van domeingrond, exportrechten en scheepsrechten.

Oorlog en vrede
 

Met het internationale vooruitzicht op een oorlog in Europa, wordt de vraag naar aluminium, in het bijzonder de vliegtuigindustrie in de Verenigde Staten, steeds groter. De winning van erts neemt een hoge vlucht en de bauxiet uit Suriname en Brits-Guyana speelt een grote rol in de grondstof voorziening voor de geallieerden in de Tweede Wereldoorlog. De Surinaamse winning van bauxiet stijgt tussen 1939 en 1943 van ruim 500.000?ton naar 1.600.000 ton. De wereldwijde productie van aluminium daalt daarna tijdelijk door de verwoestende werking van de oorlog. In de jaren '50 tot nu breiden de toepassingen van aluminium uit. Zo wordt het lichtgewicht metaal behalve voor werktuigen, verpakkingen en in de bouw ook gebruikt in de ruimte-en zeevaart. Nieuwe winplaatsen worden in gebruik genomen, waaronder in Jamaica, Zuid-Afrika en Australië. De vraag stijgt: in 1985 is dat 14 kilogram per hoofd van de bevolking en in 2005 24,2 kilogram. Het aandeel gerecycled aluminium groeit in de jaren ook, mede omdat er maar 5% van de energie nodig is bij de productie ervan in vergelijking tot primair aluminium (van erts tot product).


Bedrijven die zowel het bauxiet winnen, als het verfijnen tot aluinaarde en later versmelten tot aluminium, alsmede de recycling beheersen maken de meeste winsten. Deze strategie passen bedrijven als Alcoa en ALCAN toe. Tegenwoordig wordt het meeste bauxiet gewonnen in Australië, Brazilië, de Cariben, Indonesië, West-Afrika en China. China gebruikt het meeste aluminium. Het land wint en produceert zelf. Het Surinaams Bauxiet Instituut voorspelt een groei van ongeveer vijf procent in aluminiumgebruik per jaar. Tot 2010 voldoet de wereldwijde productiecapaciteit volgens de Zuid-Amerikanen. Daarna is extra capaciteit nodig. Daarom wil de Surinaamse regering de productie uitbreiden in West- en Oost Suriname. Andere landen zullen volgen. Volgens het Internationale Aluminium Instituut (IAI) is er nog voor 300 jaar voorraad aan bauxiet, terwijl het US Bureau of mines 30 jaar eerder een voorraad van 1250 jaar voorspelt. De opkomst van economieën als China en India blijkt een onverwachte gebeurtenis.





Aluminium boorpijpen die dezelfde kwaliteit leveren als stalen boorpijpen, maar dan met half het netto gewicht. Met het gebruik van aluminium boorpijpen kan het totaalgewicht aan boord van een boorplatform enorm teruggebracht worden. (foto Alcoa)





Aluminium End-use markets in Western Europe. Bron: Het Internationale Aluminium Instituut.
 

Naar een klimaatneutrale toekomst
 

Het voorspellen van de toekomst is haast onmogelijk. Enkelen deden het correct, bijvoorbeeld Charles Dickens. Zijn aluminium raket ging naar de maan. Of het materiaal de uitdagingen van de toekomst aankan is de vraag. Voor de productie van primair aluminium is veel elektrische energie nodig en er komen broeikasgassen vrij (1% van de totale wereldwijde emissie). Dit terwijl olie, gas en kolen opraken en emissies wereldwijd aan banden worden gelegd (VN-klimaatverdragen). De aluminiumindustrie, vertegenwoordigd door het IAI, presenteert daarom een vierstappen plan richting een duurzame toekomst. Dit plan voorziet in de volledige levenscyclus van het metaal, van productie en gebruik tot recycling en hergebruik:

 

• Het beperken van emissie van broeikasgasssen tijdens de productie van aluminium. Hoewel de productie van primair aluminium verdubbelt van 19 miljoen ton in 1990 tot 38 miljoen ton in 2007, wordt er in totaal 10% minder uitgestoten. Dit is voornamelijk veroorzaakt door reductie van uitstoot van PFC's (fluorverbindingen).
• Vergroten van de energie-efficiëntie tijdens de productie. Investeringen in moderne technologie hebben al bijgedragen aan een vermindering van benodigde smelt energie van 5% per ton aluminium tussen 1990 en 2007.
• Meer afgedankte producten verzamelen, recyclen en hergebruiken. Wereldwijd wordt al 90% van het aluminium afkomstig uit de transport en bouw gerecycled. 66% van de aluminium blikjes krijgt een nieuw leven. Met meer hulp van de lokale overheden en gemeenschappen, kunnen deze aantallen groeien.
• Het promoten van lichtgewicht voertuigen. Hiermee kan tot 10% aan brandstof worden bespaard. Verder zal een lichtgewicht auto tijdens zijn levensduur tot 20 kg minder CO2 uitstoten.

De plannen van het Internationale Aluminium Instituut lijken redelijk en vooruitstrevend. Op naar de volgende driehonderd jaar aluminium en verder.

Rehabilitatie van het landschap

Bauxiet wordt gevonden in 30 miljoen jaar oud gesteente. De winning ervan gebeurt door afgraving; veelal open mijnbouw. Een derde daarvan wordt gewonnen in gebieden met tropisch regenwoud. Voor een hoeveelheid bauxiet waaruit 1000 kg aluminium kan worden geproduceerd, dient ongeveer 0,7 vierkante meter aluinaarde houdende grond (bauxiet) te worden afgegraven tot een diepte van zeven meter. In Nederland wordt jaarlijks 145.000 ton aluminium gebruikt dat is geproduceerd uit bauxiet. Dit komt overeen met het afgraven van ongeveer 10 hectare (circa 14 voetbalvelden). Vroeger werden afgravingen nog wel eens gelaten voor wat ze waren. Tegenwoordig worden er projecten opgezet door de industrie om na de winning het landschap in de oorspronkelijke staat te herstellen. Over het algemeen vindt er dan herbebossing plaats. In sommige gevallen wordt het landschap anders in gericht, bijvoorbeeld als commercieel bos, agrarisch gebied of recreatie gebied. Dat is bedoeld om het productiever te laten zijn voor de lokale bevolking. Tropische regenwouden worden altijd in oude staat teruggebracht.



De auteur is dank verschuldigd aan Chris Bayliss van het Aluminium Instituut voor zijn advies en commentaar.

Gebruikte literatuur
O.M. de Munninck, Het rijke ertsland Suriname, H.L. Smit & Zn, Harderwijk, 1946
S. Kendall Holloway, The aluminium Multinationals and the Bauxite Cartel, Macmillan Press, Hong Kong, 1988
The journal of the geological society of Jamaica; proceedings of bauxite symposium V, Geological Society of Jamaica, Kingston, 1982
F. Soetens & B.W.E.M. Van Hove, Bouwen met aluminium, Technische Universiteit Eindhoven, Eindhoven
Grote Winkler Prins, deel 3, Koninklijke Bibliotheek, Den Haag

Geraadpleegde internetsites
www.world-aluminium.org
www.bauxietinstituut.com
www.alcortechnology.com
www.wikipedia.com