24/05/2023
Door Ad Spijkers
In Duitsland is een project afgesloten voor automatische demontage en recycling van batterijen en elektromotoren van elektrische auto's.
Het Europees Parlement heeft besloten om verbrandingsmotoren vanaf 2035 uit te faseren. Er rijden nu al steeds meer elektrische auto's op straat. Een batterijsysteem heeft echter maar een gemiddelde levensduur van ongeveer tien jaar. Dat betekent dat ook de berg gebruikte batterijen groeit en daarmee het probleem van het afvoeren en recyclen van elektrische componenten.
Een doorslaggevende factor om te kunnen overleven in het licht van de concurrentie zijn de beschikbaarheid en kosten van de grondstoffen die nodig zijn voor batterijen en elektromotoren. Daarom is het belangrijk om oude batterijen die nog waardevolle grondstoffen bevatten niet zomaar te vernietigen, zoals tot nu toe het geval was. De basisvoorwaarde om batterijcomponenten te kunnen hergebruiken, is echter dat de componenten van een batterij per type zijn te demonteren.
Versterking
In het onderzoeksproject DeMoBat, dat eindigde in april, ontwikkelden twaalf partners concepten en toepassingen om onderdelen van elektrische auto's op een duurzame en economische manier te hanteren en te recyclen en zo geen waardevolle grondstoffen te verspillen. Het doel was versterking van de Duitse automobielindustrie. De partners ontwikkelden nieuwe concepten en technologieën om de elektrische componenten te kunnen hanteren en verwerken. Dit gebeurt zodanig dat zo min mogelijk afval ontstaat en weinig grondstoffen verloren gaan. Het project werd gecoördineerd door Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart.
Een dergelijk onderzoeksproject is cruciaal, vooral voor Baden-Württemberg, dat zeer sterk wordt beïnvloed door de auto-industrie (Porsche, Mercedes-Benz en hun toeleveranciers). Daarom werd de financiering van het project ook overgenomen door het Ministerie van Milieu van de bondsstaat overgenomen. Eind april presenteerden de projectpartners hun resultaten tijdens de slotbijeenkomst op Fraunhofer IPA.
Circulaire waardecreatie
Er was een holistische aanpak nodig om de overkoepelende projectdoelen te bereiken. Dat waren meer duurzaamheid op het gebied van elektromobiliteit, het veiligstellen van economisch strategische grondstoffen en het versterken van Baden-Württemberg en Duitsland als vestigingsplaats.
Het project onderzocht daarom eerst het wettelijk kader. Daarnaast is er een analyse gemaakt van het marktpotentieel en de retourhoeveelheden van autoaccu's. Hieruit hebben de projectpartners mogelijke businessmodellen afgeleid en geëvalueerd. Een nieuw ontwikkeld lifecycle datamanagement vulde de werkzaamheden aan, evenals een kostenanalyse van ontmantelings- en recyclingnetwerken tot het jaar 2050.
Demontagevriendelijk ontwerp
Een belangrijk aspect bij industriële demontage is het juiste ontwerp van de batterijen. Hoe moet een batterij worden ontworpen zodat deze handmatig of gerobotiseerd kan worden gerepareerd of gedemonteerd. De vele verschillende batterijmodellen van de verschillende automerken en –modellen maken dat niet gemakkelik. Het ontwerp hiervan is momenteel nog ongunstig voor recycling of alternatieve strategieën voor circulaire economie. Eén resultaat van het project is een aanbeveling voor een recyclebaar ontwerp. Ook de demontabele batterij is als prototype gebouwd en uitgebreid onderzocht.
In het project is onder meer onderzocht hoe batterijen kunnen worden geopend en componenten kunnen worden verwijderd. Hiervoor is in DeMoBat een op robots gebaseerde demonstrator gemaakt. Daarnaast zijn de benodigde tools ontwikkeld die bijvoorbeeld objecten kunnen vastgrijpen en schroeven of verbindingen kunnen losdraaien. Dat vereist ook een krachtige beeldverwerking, die een groot aantal schroeven, kabels, enz. moet kunnen herkennen. Daarnaast zijn de componenten niet altijd goed herkenbaar, bijvoorbeeld door verouderingseffecten.
In het project zijn 25 technologieën ontworpen en getest. Hiervan zijn er acht volledig opgezet als demonstratie- en testrobottools die kunnen worden gebruikt voor continu industrieel gebruik. Daarnaast is een flexibel demontagesysteem ontwikkeld dat non-destructieve demontage tot op celniveau in kaart kan brengen. Een belangrijk onderdeel van het flexibele demontagesysteem is het veiligheidsconcept, waarbij de temperatuur wordt gebruikt als mogelijke indicator voor een kettingreactie mocht een accu vlam vatten.
Demontage van aandrijvingen
Ook zijn technologieën ontwikkeld voor industriële robots met gespecialiseerde, zelf geconstrueerde gereedschappen, waarmee elektrische aandrijfeenheden automatisch kunnen worden gedemonteerd. Ook hier worden ondersteunende beeldverwerkingssystemen gebruikt, die schroeven en componenten herkennen en het handmatige aanleren van de robots voor elke afzonderlijke processtap opslaan.
Om te voorkomen dat de robot met componenten in botsing komt, wordt na elke demontagestap een controle uitgevoerd met behulp van sensoren en 3D-camerasystemen. Daaropvolgende signaaloverdracht naar de centrale procesbesturing zorgt voor een veilige processtroom.
Foto: Rainer Bez, Fraunhofer IPA