Ausgediente Batterien von Elektroautos enthalten wertvolle Rohstoffe, die weiterhin nutzbar sind. Um sie recyceln zu können, entwickelt ein Forschungsteam vom Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) im Projekt DeMoBat am Fraunhofer IPA einen Roboter mit verschiedenen Werkzeugen. Sie soll alle nötigen Arbeitsschritte der Demontage ausführen können und sich für sämtliche Batterietypen eignen.
Im vergangenen Jahr waren hierzulande rund 13 Prozent der Neufahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet, teilweise in Kombination mit einem Verbrennungsmotor. Bis 2030 könnten Schätzungen zufolge weltweit fast 50 Mio. Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein.
Dieser Trend schafft ein Recycling-Problem: Es gibt immer mehr Batterien, die aufgearbeitet werden müssen. Das Problem wird von Jahr zu Jahr drängender, da ein Akku im Schnitt rund zehn Jahre hält.
Ein Team von Wissenschaftlern und Technikern aus unterschiedlichen Instituten sucht deshalb nach einer Lösung. Das Forschungsprojekt „Industrielle Demontage von Batterien“ (DeMoBat) soll eine liefern, die sich für alle Arbeitsschritte und Batterietypen eignet.
DeMoBat: Batterien ein zweites Leben schenken
In einem ersten Schritt werden die Bestandteile einer Batteriezelle sortenrein demontiert. Anschließend muss geprüft werden, ob sie für eine direkte Wiederverwendung gut genug sind. So sollen künftig Second-Life-Batterien aus genutzten Komponenten entstehen.
Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür nicht mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet werden. Denn: In ausgedienten Batterien befinden sich viele 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 Forschungs-Projekts verantwortlich. Die Arbeit soll dabei ein Industrie-Roboter übernehmen, was das Forschungs-Team vor Herausforderungen stellt.
So sollen Feststoffbatterien die Reichweite von E-Autos deutlich verlängern
Autobatterien sind nicht genormt, was die ganze Sache schwierig macht. In verschiedenen Automarken – sogar in verschiedenen Modellen – stecken jeweils andere Stromspeicher. Das Demontagesystem muss daher flexibel sein. Halt vergleicht es deshalb mit einem Schweizer Taschenmesser.
Roboter schraubt oder fräst das Gehäuse der Batterien auf
Als Arbeitsplatte dient ein zwei mal drei Meter großer Tisch mit einem flexiblen Spannsystem, das jeden Akku fest greifen kann. Auf diesem öffnet der Roboter zunächst den Deckel, indem er die Schrauben aufdreht. Dabei weist ihm eine intelligente Bildverarbeitung den Weg.
Allerdings klappt das nicht immer, denn nach zehn Jahren ist manche Schraube korrodiert und lässt sich mit mehr lösen. Dank maschinellen Lernens erkennt der Roboter frühzeitig, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt oder zur Fräse greifen muss.
„Er könnte natürlich auch sofort fräsen“, sagt Halt. „Aber das ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne anfallen, die zu einem Kurzschluss und letztlich zu einem Brand führen könnten.“ Die Anlage ist aber auch für solche Fälle gerüstet: Bricht ein Feuer aus, räumt ein Schieber kurzerhand sämtliche Teile, die auf dem Arbeitstisch liegen, in ein Löschbad.
Erster Demonstrator schon diesen Herbst
Auch an anderer Stelle steckt 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 auf drei Jahre angelegte Forschungsprojekt DeMoBat hat gerade Halbzeit. Die Zwischenbilanz sei vielversprechend, heißt es vom Fraunhofer IPA: Im 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. (wag)
