EKODA-Konsortium erforscht die direkte Wiederverwendung oder Umnutzung von Batterien und Getrieben

Nov 11, 2023

Gebrauchte und beschädigte Autos werden häufig über energieintensive Verschrottungsprozesse entsorgt – auch wenn viele ihrer Teile noch voll funktionsfähig sind. Im Projekt EKODA entwickeln Fraunhofer-Forscher eine Alternative. Zunächst untersuchen sie jede Komponente in einem aufwendigen Prüfverfahren. Anschließend erarbeiten sie mithilfe eines Bewertungssystems Empfehlungen, wie diese Komponenten wiederverwendet werden könnten.

Diese Strategie optimiert die Lebensdauer der einzelnen Teile und ermöglicht so die Etablierung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft im Mobilitätssektor. Gebrauchte Batterien, Getriebewellen und Zahnräder könnten sogar in anderen Anwendungen außerhalb der Automobilindustrie auftauchen.

Die Kreislaufwirtschaftsstrategie von EKODA soll die einseitige Fixierung auf Recycling durchbrechen. Mithilfe eines Bewertungssystems wird die Eignung von Komponenten für eine Wiederverwendung oder Umnutzung überprüft.

Eine Kamera bewegt sich langsam über eine Lithium-Ionen-Batterie, die gerade aus einem Auto entnommen wurde, das bei einem Unfall beschädigt wurde. Es erfasst Batterietyp, Modell, Seriennummer und Leistungsklasse (in Kilowatt) und gleicht diese Informationen mit einer internen Datenbank ab. Anschließend wird die Batterieabdeckung durch einen halbautomatischen Prozess entfernt.

Anschließend erfasst ein System den aktuellen Ladezustand der Batterie, die Funktionsfähigkeit ihrer Steuerelektronik und den Zustand der einzelnen Batteriezellen.

Eine vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU entwickelte Auswertesoftware erstellt aus diesen Daten dann ein detailliertes Profil des Batteriezustands, das analysiert und daraus Empfehlungen für die Wiederverwendung ableitet.

Die Module eines Batteriespeichersystems. Zu den Kernaufgaben des EKODA-Projekts gehören die Produktzerlegung und die Analyse von Parametern wie Leistung, Ladezustand und Batteriefunktionalität mithilfe des Bewertungssystems.

Eine intakte Batterie, die beispielsweise erst drei oder vier Jahre alt ist, könnte in einen Gebrauchtwagen des gleichen Typs übernommen werden. Sollte der Energiespeicher älter sein, wäre der Einsatz in einer kleineren Landmaschine möglich. Auch wenn die Batterie mehrere defekte Zellen aufweist, kann sie dennoch für den stationären Einsatz, beispielsweise als Stromspeicher in einer heimischen Photovoltaikanlage, geeignet sein.

Das Batteriesystem muss nicht weggeworfen werden. Es erhält eine zweite Chance, die auf seine spezifischen Fähigkeiten zugeschnitten ist. Das gleiche Prinzip der Prüfung und Wiederverwendung kann auch auf andere Autoteile angewendet werden.

Entscheidend ist dabei, dass die Einzelteile sorgfältig in einem standardisierten und automatisierten Prozess zerlegt werden, da wir von Anfang an Möglichkeiten finden müssen, die Komponenten wiederzuverwenden.

Ein Forscherteam des Fraunhofer IWU in Chemnitz entwickelt und optimiert derzeit das Bewertungssystem. Die mit KI-Algorithmen ausgestattete Software ist eine der Kerntechnologien des EKODA-Projekts – dessen Ziel es ist, durch effiziente, wirtschaftlich sinnvolle Zerlegung und Aufbereitung eine Kreislaufwirtschaft herbeizuführen.

EKODA wird durch eine Förderinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt, als Teil seiner Mission, den „Weg zu nachhaltiger Mobilität durch zirkuläre Wertschöpfung“ einzuschlagen.

Dem Projektkonsortium gehören neben dem Fraunhofer IWU auch das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen sowie zahlreiche Partner aus der Industrie an.

Wir wollen vom traditionellen Recycling wegkommen und stattdessen jedes Bauteil eines Autos als wertvolle Ressource betrachten – unabhängig von der Funktion, die es gerade im Fahrzeug erfüllt. Deshalb arbeiten wir an einer Strategie, um zu testen, ob diese einzelnen Komponenten in verschiedenen Kontexten wiederverwendet oder umgenutzt werden können.

Forscher des Fraunhofer IWU arbeiten außerdem an Verfahren zur automatischen Demontage der einzelnen Komponenten. Durch die konsequente Umsetzung dieser Strategie hoffen die Forscher, eine Wiederverwendung aller Komponenten im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen. Da dadurch die Notwendigkeit zur Herstellung neuer Produkte verringert würde, würden sowohl die Kosten als auch die CO2-Emissionen sinken. Darüber hinaus würde es auch die Notwendigkeit verringern oder beseitigen, möglicherweise noch teilweise intakte Autos vorzeitig zu verschrotten oder defekte Gebrauchtwagen in Länder des globalen Südens zu exportieren – was ökologisch wenig Sinn macht.

Dabei untersuchen die Chemnitzer Forscher nicht nur Batteriespeicher, sondern auch Teile wie die Karosserie und den Antriebsstrang. Auch Teile des Antriebsstrangs, etwa Wellen oder Zahnräder aus Metall oder Stahl, könnten für eine Wiederaufbereitung geeignet sein. Beispielsweise könnte es einen Versuch wert sein, Stahlwellen durch einen Umformprozess zu verkleinern, sodass die Wellen in einer anderen Mobilitätsanwendung verwendet werden können.

Karosseriekomponenten gelten auch als potenzielle Ressource, die zerlegt, umgeformt und wiederaufbereitet werden könnte, um sie in anderen Produkten wiederzuverwenden.

Ein Zahnrad aus einem defekten Getriebe könnte in einem generalüberholten Elektroroller wiederverwendet werden, um nur ein Beispiel zu nennen.

Das Fraunhofer IWU bringt die langjährige Erfahrung seiner Forscher auf dem Gebiet der ressourceneffizienten Produktion sowohl in das Bewertungssystem als auch in die Entwicklung von Prozessen zur automatischen Demontage und Metallbearbeitung bei der Wiederaufbereitung ein.

Das von uns aufgebaute Bewertungssystem ist komplex und ganzheitlich konzipiert. Ökologische Kriterien werden ebenso gewichtet wie technische und ökonomische Faktoren, wie zum Beispiel der COCO22-Ausstoß und der Energieverbrauch bei der Umnutzung. Das Bewertungssystem wird zudem Schwankungen der Strompreise dynamisch auf Basis der relevanten Tageswerte berücksichtigen.

Die Fraunhofer-Forscher und ihre Partner wollen die Entwicklung und Gestaltung des Bewertungssystems noch einen Schritt weiter vorantreiben. Sie blicken auf Lieferketten, Werkstätten und Autodemontagebetriebe – künftig könnten ihre Bedarfe oder Anfragen nach Ersatzteilen in den Datenpool des Auswertungssystems einfließen.

Das System wäre dann in der Lage zu erkennen, dass die spezifische Komponente, die es testet, von einer örtlichen Werkstatt benötigt wird, die beispielsweise einen kaputten Traktor repariert. Auf diese Weise könnten für die Automobilindustrie und ihre Zulieferer neue Geschäftsfelder entstehen, bei denen die Gestaltung einer nachhaltigen Nutzung aller Komponenten im Mittelpunkt steht.

Ein weiterer Forschungspartner des Projekts, das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, entwickelt zirkuläre Geschäftsmodelle, die in verschiedenen Branchen effektiv umgesetzt werden könnten.

Gepostet am 04. Januar 2023 in Batterien, Elektrik (Batterie), Herstellung, Markthintergrund, Recycling | Permalink | Kommentare (0)