Die globale Mobilitätswende und der damit verbundene Einsatz nachhaltig produzierter Energiespeicher und -wandler erfordern verkürzte Produktentwicklungszyklen, innovative Produktionsprozesse und durchgängige Recyclingstrategien zur Schließung der Materialkreisläufe. Im heutigen und auch im zukünftigen Elektromobilitätssektor unterscheiden sich die eingesetzten Energiespeicher und -wandler hinsichtlich z. B. der Zellchemie, dem strukturellen Aufbau und den eingesetzten Passivkomponenten (Batteriemanagementsystem, Thermomanagement, Gehäusestruktur, etc.). Aufgrund dieser hohen Variantenvielfalt der Energiespeichersysteme und -wandler prägen aufwendige manuelle und damit häufig unwirtschaftliche Arbeiten die Recyclingprozesskette. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt ZIRKEL an, in dem die Produktionstechnik für die Kreislaufwirtschaft am Beispiel hochintegrierter Komponenten der Elektromobilität entwickelt wird.
Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig (IWF)
Institut für Partikeltechnik der TU Braunschweig (iPAT)
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST)
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)
DECKEL MAHO Pfronten GmbH
Synergeticon GmbH
ASCon Systems GmbH
ARXUM GmbH
Liebherr-Verzahntechnik GmbH
Volkswagen Aktiengesellschaft (VW)
Ziel von ZIRKEL ist es, die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit im Demontage-, Trenn- und Zerteilungsprozess von Traktionsbatteriesystemen und Elektromotoren nachhaltig zu steigern, um produktspezifisch die ökologisch-ökonomisch optimale Recyclingroute aufzuzeigen und im Ergebnis die Materialkreisläufe vollständig zu schließen.
Hierbei werden unterschiedliche Demontagetiefen und Zerlegungsstufen analysiert und die dazugehörigen Prozessschritte entwickelt, angepasst und automatisiert sowie mittels Künstlicher Intelligenz (KI) und Methoden des Maschinellen Lernens trainiert und optimiert um die entsprechenden Anlagen schnell und flexibel auf die Eingangsprodukte anzupassen und effizient zu verwerten.
Als Verfahren werden zerstörungsfreie Demontageverfahren eingesetzt (z.B. das automatisierte Erkennen und Lösen von Schraubverbindungen) darüber hinaus werden intelligente, minimal-invasive Trennverfahren entwickelt und zerstörende Verfahren zur materialselektiven Zerteilung untersucht.
Neben der Entwicklung von automatisierten Lösungen zur Zerlegung der Komponenten mit Hilfe von KI-Algorithmen und Computer Vision, werden im Projekt ebenfalls Strategien zum Wiedereinsatz im Fahrzeug (Reuse), der Umnutzung (Repurpose), der Instandsetzung (Refurbishment), der Refabrikation (Remanufacturing) und der Wiederverwertung (Recycling) entwickelt. Abhängig vom Bauteilzustand der gewählten Verwertungsroute werden so unterschiedliche Prozesse für die Demontage und materialselektive Zerteilung bis hin zur Sortierung evaluiert und in einer ganzheitlichen Prozesskette für eine optimale Verwertung zusammengeführt. Die Rückführbarkeit der demontierten Komponenten und der recycelten Materialien in den Produktionskreislauf wird sowohl prozessseitig untersucht als auch in Form von Handlungsempfehlungen für ein Design for Recycling erarbeitet. Darüber hinaus erfolgt eine ganzheitliche Bewertung der unterschiedlichen Verwertungsrouten.