Innovativer Ansatz für das Recycling von Elektromotoren
Das Problem:
Der Verkauf von Elektroautos nimmt zu, wodurch auch die Produktion von Elektromotoren steigt. Nach Ende ihrer Nutzungsdauer werden diese geschreddert und recycelt, wobei einzelne Komponenten nicht wiederverwendet werden können. Es fehlen bisher nachhaltige Strategien zur Werterhaltung und Wiederverwertung von Elektromotoren. Eine Lösung müsste her …
Die Lösung
Im Projekt REASSERT entwickeln Forschende am Fraunhofer-Institut zusammen mit Schaeffler, dem Karlsruher Institut für Technologie KIT, BRIGHT Testing GmbH, iFAKT GmbH und Riebesam GmbH & Co. KG Methoden zur Aufarbeitung und Wiederverwendung von Elektromotoren. Sie setzen auf Strategien wie Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling, die für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft entscheidend sind. Diese Ansätze zielen darauf ab, den Verbrauch natürlicher Ressourcen zu senken und die Abfallmenge zu minimieren. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.
Der Bedarf an Elektromotoren, die wertvolle Rohstoffe wie Kupfer und andere Metalle enthalten, steigt stetig an. China hat ein Monopol auf das Metall Neodym, das derzeit nicht effektiv recycelt werden kann. Da die eingesetzten Rohstoffe eine schlechte CO2-Bilanz haben, ist es wichtig, die Nutzungsdauer der Motoren zu verlängern.
Das aktuell etablierte rohstoffliche Recycling gewinnt hauptsächlich Kupfer und Aluminium zurück. Elektromotoren werden dabei geschreddert und eingeschmolzen, was jedoch die Wiederverwendung der Motoren unmöglich macht. Daher sollte das Rohstoff-Recycling durch Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling ersetzt werden. Große Erdmann erklärt, dass ein Closed-Loop-System angestrebt wird, bei dem wertvolle Ressourcen wiederverwendet werden, um die Abhängigkeit von Rohstoffimporten zu reduzieren.
Reuse bedeutet die Wiederverwendung des gesamten Motors, während Repair den Austausch defekter Komponenten beinhaltet. Beim Remanufacturing werden alle Bauteile gereinigt, aufgearbeitet und wieder eingesetzt. Werkstoffliches Recycling umfasst das sortenreine Demontieren des Motors vor dem Schreddern. Die Projektpartner analysieren die anzuwendenden Werterhaltungsstrategien anhand von Referenzmotoren für den Pkw-Bereich. Im Projekt wird eine vollständige Prozesskette aufgebaut, die von der Eingangsprüfung bis zur End-of-Line-Prüfung reicht. Jede Station erhält einen eigenen Demonstrator.
Julian Große Erdmann, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Bayreuth, erläutert, dass ein Motorgehäuse mit geringfügigen Verschleißspuren aufbereitet und wiederverwendet werden kann. Verschiedene Werterhaltungsstrategien erfordern unterschiedliche Prozessschritte und Aufwände. Eine besondere Herausforderung ist die Demontage und Wiederverwendung der Magnetwerkstoffe in den Motoren. Zerstörungsarme Demontageverfahren müssen entwickelt werden.
Ein im Projekt entwickeltes KI-Entscheidungstool unterstützt bei der Wahl der besten Werterhaltungsstrategie. Dieses Tool greift auf die Produkt- und Prozessdaten eines E-Motors zu, die in einem digitalen Zwilling gespeichert sind. Das gesammelte Wissen soll für das Design neuer Elektromotoren genutzt werden. Ziel ist die Entwicklung eines Prototyps für die Kreislaufwirtschaft, der leicht demontiert werden kann und auf den sich die vier genannten Werterhaltungsstrategien problemlos anwenden lassen.
Wir haben uns direkt an Schaeffler gewandt und interessante Einblicke erhalten. Hier sind die ausführlichen Antworten von Thomas Pfund, Leiter Geschäftsbereich E-Motoren bei Schaeffler:
Was ist die Herausforderung des Projekts REASSERT?
Im Projekt REASSERT entwickelt ein Konsortium unter der Leitung von Schaeffler Strategien und Prozesse, um Elektromotoren zu reparieren, aufzuarbeiten oder wiederverwenden zu können. Die besondere Herausforderung liegt in der technischen Bewertung der verschiedenen Werterhaltungsstrategien „Reuse“, „Repair“, „Remanufacturing“ und „Refurbishing“ eines E-Motors hinsichtlich des ökonomischen und ökologischen Potenzials. Basis hierfür bieten die technischen Analysen im Projekt, bei dem ein CE-fähiger Motor als Prototyp erstellt wird. Hier entwickeln die Projektpartner aktuell eine digitale Lösung, die bei der Bewertung von Altteilen hinsichtlich der Wahl der richtigen Werterhaltungsstrategie unterstützen soll. Besonders herausfordernd sind dabei Aspekte wie die zerstörungsfreie Demontage des Aggregats und die Bestimmung von Ausfallursachen und Schadensmechanismen bei Altteilen.
Was leistet Schaeffler?
Schaeffler stellt als Gesamtprojektleiter von REASSERT seine Elektromotoren als Grundlage für die Entwicklung eines E-Motor-Prototypen für die Kreislaufwirtschaft zur Verfügung und bringt somit in das Konsortium sein hohes Fertigungs-Know-how ein. Die Motion Technology Company verantwortet im Projekt die Analysen des technischen Prozesses und die Entwicklung von Design-Richtlinien. Dem Konsortium gehören neben Schaeffler das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, das wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie, die BRIGHT Testing GmbH, die iFAKT GmbH und die Riebesam GmbH & Co. KG an.
Was ist der Clou der Technologie?
Bisherige Elektromotoren enthalten wertvolle Rohstoffe wie Elektrostahl, Kupfer und Seltene Erden – knappe Materialien, die bisher nicht bei E-Motoren im Sinne einer modernen Kreislaufwirtschaft in einer zweiten Nutzungsphase verwendet werden können. Um die mittelfristigen CO2-Ziele zu erreichen, muss die Wiederverwendung dieser Materialien ein wesentlicher Baustein sein. Mit REASSERT arbeitet Schaeffler zusammen mit dem Konsortium an einer nachhaltigen Werterhaltungsstrategien und einem Elektromotor-Prototyp für die Kreislaufwirtschaft. Zusätzlich sind wiederaufbereitete E-Motoren eine nachhaltige Lösung für den Ersatzteilmarkt: Die komplexe Instandsetzung von E-Motoren entfällt durch die günstigere Reparaturlösung eines aufbereiteten Aggregats.
Einen spannenden Beitrag über die Zukunft des Automobilmanagements gibt es hier.