Mrz 27, 2024

Die entscheidende Rolle der Digital Twins von Ascon Systems im Batterierecycling

Batterien spielen eine zentrale Rolle für die Zukunft der Elektromobilität. Bisher ist ihr ökologischer Fußabdruck kritisch und die Wertschöpfungsketten werden nicht ausgeschöpft. Das soll sich jetzt ändern: Ein interdisziplinäres Konsortium aus Industrie und Forschung untersucht in dem Forschungsprojekt ZIRKEL*, wie Automatisierungslösungen zu einer Demontage der Batterien auch in großem Maßstab beitragen können. Ein Ziel dabei ist, die Rohstoffe bestmöglich in den Recyclingkreislauf zu überführen. Von entscheidender Bedeutung in dem Projekt sind dabei unsere digitalen Zwillinge.

Die zunehmende Verbreitung von elektrischer Mobilität und den dafür erforderlichen Batterien wirft wichtige Fragen zu deren Produktlebenszyklus auf. Denn noch sind es meist Lithium-Ionen-Batterien, die in den Elektroautos eingesetzt werden. Deren Produktion und Entsorgung sind mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden, von der Gewinnung der Rohstoffe über die Energieverbräuche bei der Herstellung bis zur Entsorgung. Das Recycling der wertvollen Rohstoffe ist sowohl ökologisch als auch ökonomisch von großer Bedeutung, um die Wertschöpfungsketten zu stabilisieren und einen Beitrag zur Rohstoffsicherung zu leisten. Jedoch: Die Herausforderungen für das Batterierecycling sind vielfältig. Es gibt eine große Varianz der Batteriepacks und keine sortenreine Rohstoffverwendung in den einzelnen Batterien. Die Demontage der Batteriesysteme ist zeitintensiv und teuer – und sie findet heutzutage noch weitestgehend manuell statt. Die Lösung für diese Probleme besteht in der Automatisierung der Prozesse.

Hier setzt das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF, unterstützte Forschungsprojekt ZIRKEL* an. Es untersucht jede Stufe des Produktlebenszyklus des Batteriepacks und verfolgt das Ziel, durch Innovationen in den Produktionstechniken und Prozessrouten die Circular Economy zu stärken und eine effiziente Rückführung der Rohstoffe in den Kreislauf zu ermöglichen. Zu den beteiligten Partnern des Projekts gehören neben dem BMBF unter anderem auch Liebherr-Verzahntechnik, Arxum GmbH, DMG Mori, Institut für Partikeltechnik der TU Braunschweig, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Synergeticon – und wir.

Batterierecycling in der Circular Economy

Zu den größten Herausforderungen im Batterierecycling gehören die mangelnde Sortenreinheit der zum Teil verklebten und verschraubten Komponenten, die eine einfache Demontage der zudem oft beschädigten Batteriepacks erschweren. Das Ziel von ZIRKEL ist deshalb, die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit im Demontage-, Trenn- und Zerteilungsprozess von Batteriesystemen und Elektromotoren nachhaltig zu steigern. So ist es möglich, produktspezifisch die ökologisch-ökonomisch optimale Recyclingroute aufzuzeigen, die Materialkreisläufe vollständig zu kontrollieren und über echtzeitnahe Daten-Auswertungen aus dem Umfeld, der Planung, der Anlage und dem Produkt Maßnahmen zur Optimierung der Recyclingquote abzuleiten.

Wir bringen unsere Expertise durch digitale Zwillinge in das Projekt ein. Bereits bei der Batterieerstellung verknüpfen sie reale Produktionsumgebungen mit virtuellen Modellen. So erreichen wir, dass die Daten an Laboranlagen umfangreich erfasst und gespeichert werden können. Dies beinhaltet Methoden zur Datenvisualisierung und -verarbeitung. Die digitalen Zwillinge ermöglichen die sorgfältige Analyse, Definition und Modellierung von Datenschnittstellen für angedockte Maschinen und KI-Plattformen. Die gewonnenen, kontextualisierten Daten werden dann von Synergeticon für KI-Analysen und von Arxum in einer Blockchain verwendet, um etwa die Rückverfolgbarkeit recycelter Komponenten für den neuen EU-Batteriepass zu ermöglichen.

Bei der Demontage- und bei den Recyclingsprozessen können die digitalen Zwillinge Anpassungen an unterschiedliche Batterietypen und -zustände ermöglichen und so die Effizienz der Prozesse in der Circular Economy erhöhen. Die Technologie trägt damit zur Flexibilität, vor allem aber zur Steigerung der Effizienz und einer Reduzierung der Kosten bei. Die digitalen Zwillinge sorgen maßgeblich für die Schließung von Materialkreisläufen und fördern so eine nachhaltige Circular Economy im Bereich der Elektromobilität.

* Das Projekt ZIRKEL erforscht und entwickelt die Produktionstechnik für die Kreislaufwirtschaft von hochintegrierten Komponenten der Elektromobilität am Beispiel des Batteriesystems und des Elektromotors. Förderprojektkennzeichen: 02J21E044

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