Zirkuläre Produktion für hochintegrierte Komponenten der Elektromobilität (ZIRKEL)

Problemstellung
Die globale Mobilitätswende und der damit verbundene Einsatz nachhaltig produzierter Energiespeicher und -wandler erfordern verkürzte Produktentwicklungszyklen, innovative Produktionsprozesse und durchgängige Recyclingstrategien zur Schließung der Materialkreisläufe. Bisherige Strategien sind mit einer Fülle an Herausforderungen konfrontiert, wobei die Variantenvielfalt der zu recycelnden Produkte und der hohe Kostenaufwand der Recyclingprozesskette dominieren. Im heutigen und auch im zukünftigen Elektromobilitätssektor unterscheiden sich die eingesetzten Energiespeicher und -wandler hinsichtlich z. B. der Zellchemie, dem strukturellen Aufbau (Zellanordnung, Modul-Pack-Konzepte, Asynchronmotor vs. Reluktanzmaschine, etc.) und der eingesetzten Passivkomponenten (Batteriemanagementsystem, Thermomanagement, Gehäusestruktur, etc.). Aufgrund dieser hohen Variantenvielfalt der Energiespeichersysteme und -wandler prägen aufwendige manuelle und häufig unwirtschaftliche Arbeiten die Recyclingprozesskette.

Projektziel
An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt ZIRKEL an. Ziel ist es, die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit im Demontage- und Zerteilungsprozess von Traktionsbatteriesystemen und Elektromotoren nachhaltig zu steigern, um produktspezifisch die ökologisch-ökonomisch optimale Recyclingroute aufzuzeigen und im Ergebnis die Materialkreisläufe vollständig zu schließen. Dazu werden die Prozessschritte zur Demontage, zum Trennen und Zerteilen von Komponenten des Antriebsstrangs anhand von Demonstratoren angewendet und bewertet.

Vorgehensweise
Basierend auf einer KI-gestützten Bewertung der Eingangsprodukte (Traktionsbatteriesysteme und Elektromotoren) der Recyclingprozesskette wird über die Möglichkeit des Wiedereinsatzes im Fahrzeug (Reuse), der Umnutzung (Repurpose), der Instandsetzung (Refurbishment), der Refabrikation (Remanufacturing) und der Wiederverwertung (Recycling) entschieden. Abhängig von der gewählten Recyclingroute werden unterschiedliche Prozesse für die Demontage und materialselektive Zerteilung zur effektiven Demontage evaluiert und in einer ganzheitlichen Prozesskette zusammengeführt. Die Rückführbarkeit der demontierten Komponenten und der recycelten Materialien in den Produktionskreislauf wird prozessseitig untersucht. Im Rahmen eines Integrated Computational Life Cycle Engineering (ICLCE) erfolgt die Bewertung der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit dieser Prozesskette.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse liegen in Form eines digitalen Analysetools zur modellbasierten Bewertung zukünftiger Produktionsszenarien hinsichtlich ihres Potenzials zur Kreislaufführung vor. Neben der reinen Bewertung ermöglichen die Projektergebnisse zusätzlich die Ableitung von recyclinggerechten Richtlinien für ein „Design for Recycling“. Durch die Entwicklung einer ganzheitlichen Prozesskette zur Schließung des Materialkreislaufs stellt das Projekt somit einen wichtigen Baustein zur klimaneutralen Produktion im Wertschöpfungsraum Automobil dar.

• ARXUM GmbH
• ASCon Systems Holding GmbH
• DMG MORI Pfronten GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Liebherr-Verzahntechnik GmbH
• Synergeticon GmbH
• Technische Universität Braunschweig
• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT