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Ende März startete das Forschungsprojekt »Difference« in die Umsetzungsphase. Ziel ist, die Recyclingquote auch bei Batteriesystemen zu verbessern, bei denen Batteriezellen nicht mehr in Modulen, sondern direkt in das Batteriepack eingebaut werden. Der Umwelt-Campus Birkenfeld (UCB) der Hochschule Trier beteiligt sich mit dem Entwickeln von laserbasierten Demontageverfahren.
Der Markthochlauf der Elektromobilität ist eng mit der Weiterentwicklung von Batteriesystemen verbunden. Cell-to-Pack-Architekturen (C2P), bei denen Batteriezellen ohne Modulaggregation direkt im Batteriepack verbaut werden, ermöglichen mehr Energiedichte und eine effizientere Raumnutzung. Allerdings werden konventionelle Schraubverbindungen dabei durch großflächige Verklebungen und Ausschäumungen zwischen den Batteriezellen ersetzt.
Die hochintegrierte Bauweise sowie die neuen Verbindungsmaterialien bzw. -arten erschweren die Demontage und somit das Recycling erheblich, da die Entfernung dieser Materialien aufwendige manuelle Arbeit oder thermomechanische Verfahren erfordert. Die damit einhergehende eingeschränkte Recyclingfähigkeit steht auch im Widerspruch zu den Zielen der europäischen Batterieverordnung. Diese erfordert hohe Rückgewinnungsquoten für kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Kobalt und Kupfer.
Ein weiteres Problem ist das Fehlen etablierter Reparaturkonzepte: Der Ausfall einzelner Zellen führt häufig zur Aussonderung ganzer Batteriesysteme. Dadurch bleibt großes Potenzial für Second-Life-Anwendungen ungenutzt. Die selektive Trennung und Entnahme funktionstüchtiger Zellen sind bislang jedoch nicht möglich, da hochintegrierte Systeme kaum selektiv zerlegbar sind.
Difference setzt hier an und verfolgt das Ziel, eine technologisch belastbare Grundlage für die Kreislaufführung hochintegrierter C2P-Batteriesysteme zu schaffen. Im Mittelpunkt stehen vier Forschungsthemen: Erforschung laserbasierter Demontageverfahren für strukturgebende Elemente des Batteriepacks, die Entwicklung laserbasierter Verfahren zur selektiven Trennung von Kleb- und Schaumstoffen sowie metallischen Komponenten, die Umsetzung einer automatisierten, robotergeführten Demontage und die ökologische und ökonomische Bewertung der neuen Prozesse.
Damit verfolgt Difference einen ganzheitlichen Wertschöpfungsansatz: Von der gestaltungsseitigen Optimierung über die automatisierte Trennung bis hin zur ökologischen und ökonomischen Bewertung werden alle Aspekte der Kreislaufführung berücksichtigt. Das Zielbild des Projekts umfasst die Entwicklung eines modularen, adaptiven und automatisierten Demontagesystems mit vier Stationen. Diese ermöglichen eine ganzheitliche Demontage-Prozesskette, um hochintegrierte Batteriepacks zu zerlegen, für anschließende Recyclingprozesse, oder für verschiedene »ReX«-Themen wie Reparatur und Remanufacturing.
Die Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld, bringt im Projekt ihre fundierte Expertise in nachhaltiger Produktion, Kreislaufwirtschaft und Re-X-Strategien ein. Die Arbeitsgruppe umweltgerechte Produktionsverfahren unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Matthias Vette-Steinkamp ist auf die Entwicklung robotergestützter Demontageprozesse, die ökologische Bewertung industrieller Anlagen sowie die Systemintegration digitaler Lebenszyklusdaten spezialisiert. Im Projekt Difference verantwortet der UCB die Entwicklung und Validierung laserbasierter Trennverfahren für metallische Komponenten sowie für polymere Störstoffe wie Schäume und Klebstoffe.
Mit einem umfangreich ausgestatteten Demontagelabor am Standort Birkenfeld – darunter mehrere Robotersysteme sowie ein im BMBF-Projekt ZirkulEA gemeinsam mit Kautenburger entwickelter Portalroboter zur automatisierten Zerlegung kompletter Batteriesysteme – verfügt der UCB über eine praxisnahe Infrastruktur zur Erprobung und Optimierung innovativer Demontagestrategien. Ergänzend werden zwei Laserzellen in die Forschungsumgebung eingebunden, die laserbasierte Trennschritte wie das Öffnen metallischer Verbindungen sowie die das Abtragen von Dicht- und Kontaktflächen ermöglichen. Über etablierte Labore zur Gasanalytik können zudem die bei der Laserablation von Klebstoffen und Schäumen entstehenden Gase und Dämpfe untersucht und hinsichtlich ihrer toxikologischen Eigenschaften bewertet werden. Damit schafft der UCB eine wesentliche Voraussetzung für den fortlaufenden Transfer der entwickelten Verfahren und Erkenntnisse in industriekompatible Lösungen für OEM’s, Recycler und Maschinenbauer. Der UCB bringt darüber hinaus Erfahrungen aus früheren Projekten ein – etwa zur energetischen Bewertung Überführung von Kreislaufwirtschaftsprinzipien (PAE-e-green), zur ökologischen Bilanzierung (Komatra) sowie zur Konzeption digitaler Produktpässe und Batteriepässe (Innoprom Remanpass). Damit leistet der Campus einen zentralen Beitrag zur Prozessentwicklung, ökologischen Bewertung und Kommunikation im Projekt Difference und positioniert sich als kompetenter Forschungspartner für nachhaltige, lasergestützte Kreislaufwirtschaftslösungen für Batteriesysteme.
Marcus Götten, B. Eng.
+49 6782 17-1143
m.goetten@umwelt-campus.de
Kickoff des Projekts am Fraunhofer IPA am 31. März
Quelle: Johannes Wanner
Copyright: Fraunhofer IPA
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, jedermann
Elektrotechnik, Energie, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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