Die ausgedienten Batterien von Elektroautos enthalten wertvolle Rohstoffe,
die weiterhin nutzbar sind. Um sie recyceln zu können, entwickelt ein
Forschungsteam vom Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion
(ZDB) am Fraunhofer IPA eine Roboterzelle mit ganz verschiedenen
Werkzeugen. Sie soll alle nötigen Arbeitsschritte der Demontage ausführen
können und sich für sämtliche Batterietypen eignen.
Der Elektroantrieb gewinnt bei Autos immer mehr an Bedeutung. Im letzten
Jahr waren hierzulande bereits rund 13 Prozent der Neufahrzeuge mit einem
elektrischen Antrieb ausgestattet, teilweise in Kombination mit einem
Verbrennungsmotor. Bis 2030 könnten weltweit fast 50 Millionen
Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein, wenn alle Ankündigungen wahr
werden.
Dieser Trend, dem Klimawandel geschuldet, schafft ein Recycling-Problem:
Es fallen immer mehr Batterien an, die aufgearbeitet werden müssen. Da ein
Akku im Schnitt rund zehn Jahre hält, wird das Problem von Jahr zu Jahr
drängender. Ein Team von Wissenschaftlern und Technikerinnen aus
unterschiedlichen Instituten sucht deshalb nach einem Weg, dieser
drohenden Flut Herr zu werden. Das Forschungsprojekt »Industrielle
Demontage von Batterien« (DeMoBat), koordiniert vom Fraunhofer-Institut
für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, soll eine universelle
Lösung liefern, die sich für alle Arbeitsschritte und Batterietypen
eignet.
Batterien ein zweites Leben schenken
Die Bestandteile einer Batteriezelle sollen sortenrein demontiert und
anschließend geprüft werden, ob sie noch gut genug sind für eine direkte
Wiederverwendung. So sollen dereinst Second-Life-Batterien aus genutzten
Komponenten entstehen. Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür nicht
mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet
werden. Denn ausgediente Batterien enthalten viele weiterhin nutzbare
Rohstoffe wie Nickel, Kobalt, Mangan oder Lithium. Um an sie
heranzukommen, muss man das Bauteil zunächst auseinandernehmen: Leitungen,
Kabel, Stecker, Dichtungen, Schrauben, Batteriezellen, elektronische
Komponenten, Halterungen – das alles muss demontiert werden.
Lorenz Halt von der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer
IPA ist für diesen Part des Forschungsprojekts verantwortlich. Die
Herausforderung dabei: Kein Arbeiter, sondern ein Industrieroboter soll
die Arbeiten übernehmen. Das ist umso schwieriger, als Autobatterien nicht
genormt sind. In verschiedenen Automarken, sogar in verschiedenen
Modellen, stecken jeweils andere Stromspeicher. Deshalb muss das
Demontagesystem sehr flexibel sein. Halt vergleicht es deshalb mit einem
Schweizer Taschenmesser.
Roboter schraubt oder fräst das Gehäuse auf
Als Arbeitsplatte dient ein zwei mal drei Meter großer Tisch mit einem
flexiblen Spannsystem, das jeden Akku fest greifen kann. Dort öffnet der
Roboter zunächst den Deckel, indem er die Schrauben aufdreht. Eine
intelligente Bildverarbeitung weist ihm den Weg. Doch das klappt nicht
immer, denn nach zehn Jahren bei Wind und Wetter ist manche Schraube
korrodiert und lässt sich mit mehr lösen. Dank maschinellem Lernen erkennt
der Roboter frühzeitig, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt oder
zur Fräse greifen muss.
»Er könnte natürlich auch sofort fräsen«, sagt Forscher Halt. »Aber das
ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne anfallen, die zu
einem Kurzschluss und letztlich zu einem Brand führen könnten.« Aber auch
für solche Fälle ist die Anlage gerüstet: Bricht ein Feuer aus, räumt ein
Schieber kurzerhand sämtliche Teile, die auf dem Arbeitstisch liegen, in
ein Löschbad.
Erster Demonstrator schon diesen Herbst
Wie bei den Schrauben steckt auch anderswo der Teufel im Detail. Halt und
sein Team mussten zahlreiche Probleme lösen und neue Werkzeuge entwickeln.
So dient eine Art Dosenöffner dazu, Dichtungen zu lösen. Und für das
Herausheben der einzelnen Batteriezellen, die verklebt sind, haben die
beteiligten Fachleute eine Art Mini-Wagenheber entwickelt.
Einfallsreichtum erfordert auch das Hantieren mit Kabeln und Steckern, die
sich nur schwer greifen lassen.
Das Forschungsprojekt DeMoBat, das insgesamt drei Jahre läuft, hat gerade
Halbzeit. Die Zwischenbilanz ist vielversprechend: Schon diesen Herbst
soll ein erster Demonstrator zu sehen sein. »Künftig möchten wir auch
Lösungen entwickeln, die es ermöglichen die zurückgewonnen und noch
intakten Bestandteile einer Batterie für einen weiteren Lebenszyklus
aufzubereiten und wieder zu einem neuen System zusammenzuführen«, kündigt
Projektleiter Max Weeber an.
