Aluminium var luksusvare på linje med guld - nu bruges det overalt
Det moderne samfund er afhængigt af grundstoffet aluminium, der, trods sin almindelige forekomst, er en opkomling i metallernes brugshistorie. Først da to unge kemikere i 1886 opfandt en ny metode til at fremstille metallet, skete der noget.
aluminiums historie grundstof

Overfladen af et 99,9998 procent rent aluminiumkrystal. (Foto: Alchemist-hp)

Engang levede vi i stenalderen. Så kom bronzealderen og dernæst jernalderen. I dag er vi avanceret til aluminiumsalderen.

Det lette sølvgrå metal er det mest almindelige metal i jordskorpen, af hvilken det udgør 8 procent.

Bortset fra ilt og silicium er aluminium simpelthen det mest almindelige grundstof på Jordens overflade.

Ikke desto mindre var metallet ganske ukendt for 200 år siden, mens det for 150 år siden blev betragtet som en luksusvare på linje med guld, sølv og platin.

Endnu for 100 år siden blev det kun produceret i små mængder. Først med nye elektriske metoder til at fremstille metallet faldt prisen, hvorefter efterspørgslen steg til efterhånden uanede højder.

I dag er den årlige produktion omkring 45 millioner tons, hvilket gør aluminium til det næstmest producerede metal. Det er kun overgået af jern (jo, vi lever stadig i jernalderen – sådan da). Hvis genbrug af aluminium medtages, er tallet næsten 60 millioner tons.

Ja, aluminium bruges overalt: For eksempel til fly, cykler, bygningskonstruktioner, køkkentøj, folie og elektriske kabler.

Det er umuligt at forestille sig den moderne verden uden det lette metal.

H.C. Ørsted fremstillede aluminium 

Omkring 1800 var kemikerne klar over, at lerjord indeholder 'alumina', og de formodede, at der var tale om en kemisk forbindelse mellem ilt og et nyt metal.

Stoffet viste sig at være særligt righoldigt i mineralet bauxit, der er opkaldt efter regionen Les Baux i det sydlige Frankrig.

Bauxit indeholder ca. 50 procent aluminiumoxid, der kan skrives som Al2O3. Men alle forsøg på at adskille de to grundstoffer mislykkedes, indtil 1825 da fysikeren H.C. Ørsted (1777-1851) fandt på en snedig kemisk proces, der resulterede i, hvad han beskrev som, »en Metalklump, som i Farve og Glands noget nærmer sig Tinnet«.

For det nye metal foreslog han navnet 'argillium', der er afledt af det latinske navn for ler, men uden at det vandt indpas. 'Aluminium' (eller den amerikanske variant 'aluminum') stammer fra 1812 – tretten år før grundstoffets opdagelse.

aluminium historie grundstof

Frederik VII's rytterhjelm, som kan ses på statuen, var lavet af aluminium. (Foto: Shutterstock)

Friedrich Wöhler overtog det videre arbejde med aluminium

Selv om Ørsteds metal langtfra var rent, anerkender vi i dag den danske naturforsker som opdager af aluminium.

For ham at se var det dog kun en kemisk kuriositet, og han mistede hurtigt interessen for sin opdagelse.

Andre kemikere, især tyskeren Friedrich Wöhler (1800-1882), fandt det nye metal mere interessant og udviklede forbedrede metoder til at fremstille det.

I midten af 1840’erne havde Wöhler bestemt de vigtigste af aluminiums egenskaber, herunder dets bestandighed over for korrosion og dets bemærkelsesværdige lethed svarende til en vægtfylde på blot 2,7 g/cm3 (mens jern har vægtfylde 7,9 g/cm3).

Det lovede godt for metallets anvendelser – altså, bortset fra, at det på den tid var dyrere end guld.

Det var først, da den franske kemiker Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) udviklede en ny metode, at aluminium kunne fremstilles i større mængder, og prisen dermed faldt.

Men omkring 1860 var det stadig dyrere end sølv, så indtil 1890’erne blev det mest brugt til luksus- og kunstgenstande.

Kong Frederik VII fik en rytterhjelm af ren aluminium

Da Deville i 1855 kunne fremvise det rene metal på verdensudstillingen i Paris, vakte det stor opsigt, men mere fordi det appellerede til fantasien end til industrien.

Den franske kejser Napoleon III (1808-1873) blev begavet med en opsats af ren aluminium, og året efter fik den danske konge Frederik VII (1808-1863) smedet en prægtig rytterhjelm, der i dag findes i samlingen på Rosenborg Slot.

Hjelmen vakte behørig beundring i de europæiske fyrste- og kongehuse. Tænk engang: En hjelm af det pureste aluminium!

Forfattere som Charles Dickens (1812-1870) og Jules Verne (1828-1905) lovpriste aluminium som fremtidens metal. »Vi må forvente«, skrev en begejstret Dickens i 1857, »at det snart gør sit indtog i den civiliserede verden«.

Men realiteterne haltede bagefter retorikken.

»Der var en Tid«, fortalte den danske ingeniør August Thomsen (1834-1894) i 1879, »da man troede, at dette nye Metal havde en stor Fremtid for sig … Men den høie Priis af 30 Kroner for 1 pund har dog gjort en almindelig Anvendelse umulig«.

Da monumentet for George Washington (1732-1799) i Washington D.C. endelig blev fuldført i 1884, var den øverste pyramideformede top på den 169 meter høje obelisk støbt af aluminium.

Den blot 3 kg tunge top var tidens største og mest imponerende konstruktion af aluminium. Den kostede en formue.

Aluminium blev hurtigt et almindeligt og uundværligt brugsmetal

Nogle få år senere indtrådte den revolution i produktionsprocessen, der i løbet af et par tiår skulle gøre aluminium til et almindeligt og uundværligt brugsmetal.

Man havde i lang tid søgt at fremstille aluminium ved hjælp af elektrolyse, dvs. ved at lade en stærk elektrisk strøm gå gennem smeltet alumina.

Det var dog ikke lykkedes, og den væsentligste grund var, at alumina (Al2O3) har et særdeles højt smeltepunkt, nemlig 2.100°C. Ingen industriovn kunne levere den nødvendige varme.

I 1886 opfandt to unge kemikere ganske uafhængigt af hinanden en metode til at reducere smeltepunktet til ca. 1.000°C, hvilket de gjorde ved at tilsætte kryolit (Na3AlF6) og mindre mængder calciumfluorid (CaF2).

Det grønlandske mineral kryolit indeholder aluminium og blev i en kort periode omkring 1860 brugt til at fremstille metallet. Men i den elektrolytiske proces virker det kun som opløsningsmiddel for alumina.

De to opfindere var den 23-årige franskmand Paul Héroult (1863-1914) og den ligeledes 23-årige amerikaner Charles Hall (1863-1914). I Héroult-Hall-processen opløses alumina i et bad af smeltet kryolit, og ved hjælp af to massive elektroder af kul sættes en strøm gennem opløsningen, hvorved det metalliske aluminium udskilles.

Da aluminiums smeltepunkt er 660°C, vil det være flydende, og da dets vægtfylde er større end kryolittens, vil det lægge sig i bunden af smeltediglen. Derefter kan det aftappes i en renhed af ca. 99 procent.

aluminium historie grundstof

Toppen af Washington Monument, der er verdens højeste obelisk. Kun den 23 cm høje top blev lavet af det dengang meget dyre aluminium. (Foto:  Library of Congress, Prints and Photographs Division, Theodor Horydczak Collection)

Ny teknologi skaber drastisk prisfald på aluminium

Både Hall og Héroult var hurtige til at omsætte deres opfindelser til industriel produktion.

Efter at have lagt en række patentstridigheder bag sig kunne Hall med økonomisk støtte fra investorer i 1888 åbne det første aluminiumsværk i Pittsburgh.

I 1907 blev værket til den store virksomhed Aluminium Company of America, som i dag hedder Alcoa. Også Héroult allierede sig med risikovillige kapitalister, hvilket i 1889 førte til Europas første aluminiumsværker i Frankrig og Schweiz.

Héroults og Halls opfindelser blev desuden grundlaget for det store canadiske mine- og metalselskab Alcan, der startede i 1902 som Northern Aluminium Company.

Resultatet af den nye teknologi blev et drastisk prisfald på aluminium, der i 1910 kunne købes for omkring 20 cent per pund. 30 år tidligere havde prisen været omkring 20 US dollars per pund.

Når aluminium blev en succes, skyldtes det ikke blot den nye elektrolytiske produktionsmetode, men også en række nye teknologier.

I 1890’erne udviklede den østrigske kemiker Karl Josef Bayer (1847-1904) således en ny og effektiv metode til fremstilling af alumina ud fra bauxit, og omkring 1910 fandt man frem til nye legeringer med bedre mekaniske egenskaber end det rene metal.

Fremstilling af aluminium er ekstremt energikrævende

Den vigtigste legering var den såkaldte duraluminium, der indeholder ca. 3,5 procent kobber og 0,5 procent magnesium.

Mens rent aluminium er ret blødt, er duraluminium hårdt og velegnet til fly, tog og bygninger. Desuden afhang hele teknologien af avancerede dynamoer til frembringelse af den nødvendige elektriske energi, så aluminiumsindustrien blev et mødested for kemisk og elektrisk teknologi.

Héroult-Hall-processen er ekstremt energikrævende i elektrisk strøm, og det er grunden til, at den henlægges til egne med billig elektricitet i form af for eksempel hydroelektriske eller geotermiske kraftværker.

Gennem tiden er der sket en forbedring i energiøkonomien, men moderne aluminiumsværker bruger stadig omkring 15 kWh per kg aluminium (ca. 54 MJ/kg), hvilket gør det til en særdeles energitung industri.

Ca. 30 procent af prisen på aluminium udgøres af omkostninger til elektrisk energi, og det svarer til, at sektoren forbruger ca. 5 procent af USA’s samlede elektricitetsproduktion.

aluminium historie grundstof

Arbejder ved smelteovn i den sibiriske by Krasnoyarsk, hvor råmaterialet smeltes til metallisk aluminium. (Foto: Dela.ru)

Aluminium spillede en stor rolle i 2. Verdenskrig

Under 2. Verdenskrig spillede aluminium en vigtig strategisk rolle, især i flyindustrien, der forbrugte næsten hele verdensproduktionen.

Forekomsten af kryolit i Grønland var en væsentlig grund til det amerikanske militærs tilstedeværelse på øen, for nu kunne man sikre sig kryolit til de amerikanske og canadiske flyfabrikker.

Endnu i 1950 var den årlige produktion af metallet dog kun ca. 2 millioner tons. Derefter steg den stærkt og er fortsat med at stige.

Modsat jern, bliver en meget stor del af det producerede aluminium genbrugt, og det kræver langt mindre energi end at fremstille det ud fra bauxit.

I Europa genbruger vi næsten al den aluminium, der bruges i transportsektoren, mens vi genbruger 45 procent af alle dåser med drikkevarer.'

Aluminiumsindustrien er gigantisk i dag

I dag er aluminiumsindustrien af et gigantisk omfang og en vigtig faktor i international økonomi.

De største bauxitforekomster findes i Vestafrika, Brasilien, Jamaica, Rusland, Australien og Kina.

Selv om der ikke er bauxitlejer i lande som Island, Norge og De Forenede Emirater, er der her store aluminiumsværker. Det skyldes næsten udelukkende den billige energi.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Store geopolitiske ændringer de seneste årtier

I de seneste årtier er der ikke blot sket en kraftig vækst i den samlede produktion af aluminium, men også en markant geopolitisk ændring.

Siden 2005 har Kina produceret mere aluminium end noget andet land, og i dag står det for næsten 45 procent af verdensproduktionen.

Andre store producenter er Rusland, USA og Canada. Industrien er behersket af nogle få, enormt store selskaber, hvoraf de fem største er fra Rusland, USA, Australien, Canada, Kina og Norge.

Tilsammen står de fem selskaber for næsten 40 procent af verdensproduktionen.

Udviklingen fra Ørsteds lidet opsigtsvækkende opdagelse af grundstoffet aluminium i 1825 til i dag har i sandhed været forbløffende.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.