Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) haben eine Lösung für die Demontage von ausgedienten Batterien aus Elektroautos entwickelt. Damit steht für die Zukunft eine Möglichkeit zur Verfügung, die wertvollen Rohstoffe aus den Speichern wieder zurückzugewinnen. „Denn ein entscheidender Faktor, um im Wettbewerb bestehen zu können, sind die Verfügbarkeit und Kosten der Rohstoffe, die für Batterien und E-Motoren nötig sind“, sagt Alexander Sauer, Leiter des Fraunhofer IPA und des Projekts, mit Blick auf den Wettbewerb auf dem Elektroautomarkt. „Umso wichtiger ist es, ausgediente Batterien, die noch wertvolle Rohstoffe enthalten, nicht einfach zu schreddern, wie es bisher üblich ist.“
Sortenrein trennen
Die Grundvoraussetzung, um Batteriekomponenten wiederverwenden zu können, ist jedoch, dass die Bestandteile einer Batterie sortenrein demontiert werden können. Genau daran arbeiteten seit Ende 2019 zwölf Forschungspartner im Projekt „Industrielle Demontage von Batterien und E-Motoren (Demobat) und haben eine Lösung gefunden.
Eigene Werkzeuge gebaut
Vor der eigentlichen Demontage müssen die Batterien auf noch vorhandene Kapazität und Alterserscheinungen getestet werden. Hier fließt auch eine Temperaturanalysen mit ein. Daran schließt sich ein Test an, wie sich die Batterien öffnen lassen und Komponenten entnommen werden können. Dafür entstand in Demobat ein roboterbasierter Demonstrator. Zudem wurden benötigte Werkzeuge entwickelt, die beispielsweise Objekte greifen und Schrauben oder Verbindungen lösen können. Dies wiederum erfordere auch eine leistungsstarke Bildverarbeitung, die eine Vielzahl an Schrauben, Kabeln und anderen Komponenten erkennen können muss. Hinzu kommt, dass die Komponenten beispielsweise durch Alterungseffekte nicht immer gut erkennbar sind.
25 Technologien ausprobiert
Die Forscher haben dazu im Projekt 25 verschiedene Technologien konzeptioniert und getestet, von denen sie acht komplett als Demonstrations- und Erprobungsroboterwerkzeuge aufgebaut haben. Dieses sind für den industriellen Dauerbetrieb einsetzbar. Zudem haben die Projektpartner ein flexibles System entwickelt, mit dem eine Batterie bis auf Zellebene zerstörungsfrei demontiert werden kann. Ein wichtiger Bestandteil des flexiblen Demontagesystems ist das Sicherheitskonzept, bei dem die Temperatur als möglicher Indikator einer Kettenreaktion genutzt wird, sollte eine Batterie in Brand geraten.
Wertschöpfungskreislauf entwickelt
Ein weiteres Ziel des Projekts war es, einen effizienten Wertschöpfungskreislauf zu etablieren. Hier sollen die im Batteriepack enthaltenen Bestandteile mechanisch getrennt in die Produktion zurückgeführt werden. Die Forscher haben dazu auf ein wasserbasiertes Recycling zurückgegriffen, was eine neuartige Form der direkten Wiedergewinnung von Schwarzmasse ist. Dazu wurde ein Hochdruckwasserstrahl eingesetzt, um die Elektrodenbeschichtung von den Trägerfolien abzulösen, nachdem die Batterien mechanisch getrennt wurden. Auf diese Weise können Rezyklate mit geringem CO2-Fußabdruck bereitgestellt werden, was bei hoher Beimengung die produktionsbezogenen Treibhausgasemissionen bedeutend reduziert.
Elektromotoren automatisch demontieren
Zusätzlich dazu haben die Forscher:innen auch eine Möglichkeit der automatisierten Demontage von Elektromotoren und anderen Antriebskomponenten entwickelt. Auch dies können in Zukunft Industrieroboter übernehmen. Die Projektpartner:innen haben dazu spezialisierten Werkzeugen konstruiert. Auch hier kommen unterstützende Bildverarbeitungssysteme zum Einsatz, die Schrauben und Bauteile erkennen und das manuelle Anlernen der Roboter für jeden einzelnen Prozessschritt ersparen. Um Kollisionen des Roboters mit Bauteilen zu verhindern, erfolgt nach jedem Demontageschritt eine Erfolgskontrolle über Sensoren und 3D-Kamerasysteme. Eine anschließende Signalübertragung an die zentrale Prozesssteuerung gewährleistet einen sicheren Prozessablauf. (su)
