11. Januar 2024 | Im Fokus des Projekts REASSERT stehen innovative Ansätze, um Elektromotoren einer modernen Kreislaufwirtschaft zuzuführen. Gemeinsam mit Industriepartnern verfolgen Forscher am Fraunhofer IPA nachhaltige Werterhaltungsstrategien.
Die Elektromobilität hat längst die Überholspur erreicht, und mit ihr steigt nicht nur die Zahl der verkauften Elektroautos, sondern auch die Menge der produzierten Elektromotoren. Ein bisher ungelöstes Dilemma: Nach Ende ihrer Nutzungsdauer werden diese Motoren geschreddert und recycelt. Doch nachhaltige Werterhaltungsstrategien für eine moderne Kreislaufwirtschaft, die sowohl die Aufarbeitung als auch die Wiederverwendung von Elektromotoren umfassen, sind Mangelware.
Im Projekt REASSERT setzen Forscher und Forscherinnen am Fraunhofer IPA gemeinsam mit Industriepartnern auf innovative Ansätze. Ihr Ziel: Elektromotoren nicht nur zu reparieren und aufzuarbeiten, sondern auch durch neue Designs die Weichen für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu stellen.
Nachhaltige Strategien und Herausforderungen
Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs schreitet voran, doch die verbauten Elektromotoren bergen wertvolle Rohstoffe wie Kupfer und Seltene Erden-Metalle. Insbesondere Letztere, auf die China ein Quasi-Monopol hat, lassen sich mit aktuellen Recyclingmethoden nicht zurückgewinnen. Zudem sind die eingesetzten Rohstoffe im Vergleich zum Verbrennerantrieb mit einer schlechten CO2-Bilanz verbunden. Die Verlängerung der Nutzungsphase der Motoren wird daher zum Gebot der Stunde. Julian Große Erdmann, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Bayreuth, betont:
„Innovative Werterhaltungsstrategien bieten im Sinne der Nachhaltigkeit ein großes Potenzial zur Reduktion von Emissionen.“
Im Fokus des Projekts REASSERT stehen Methoden wie Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling. Diese Schlüsselelemente einer Kreislaufwirtschaft ermöglichen nicht nur die Reduzierung des Verbrauchs natürlicher Ressourcen, sondern auch die Minimierung der Abfallmenge. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert dieses Vorhaben.
Die etablierte Werterhaltungsstrategie des rohstofflichen Recyclings, bei dem insbesondere Kupfer- und Aluminiumanteile zurückgewonnen werden, sollte nur als letzte Möglichkeit des Recyclings gewählt werden. Hintergrund ist, dass dabei die elektrischen Traktionsmotoren ausgebaut, geschreddert, in die einzelnen Materialfraktionen sortiert und eingeschmolzen werden. Das so recycelte und mit Verschmutzungen behaftete Material kann jedoch nicht mehr für den Einsatz in Motoren genutzt werden, zudem werden einzelne Komponenten und Baugruppen zerstört. Stattdessen streben die Forscher ein Closed-Loop-System an, das wertvolle Ressourcen wiederverwendet, um unabhängiger von Rohstoffimporten zu werden und die Rohstoffgewinnung zu minimieren.
„Mit diesen Strategien benötigt man weniger Rohstoffe wie Seltene Erden, Kupfer und Co. Allenfalls benötigt man diese noch für Ersatzteile“, erläutert Große Erdmann.
Mit dem werkstofflichen Recycling planen die Projektpartner das sortenreine Demontieren des Motors vor dem Schreddern. Welche Werterhaltungsstrategien jeweils angewendet werden sollen, analysieren die Projektpartner anhand von Referenzmotoren für den Pkw-Bereich.
Das Projekt REASSERT verfolgt das Ziel, den Prototyp eines Elektromotors für die Kreislaufwirtschaft zu entwickeln. © Schaeffler
KI-Entscheidungstool für nachhaltige Elektromotoren
Das Projekt REASSERT schafft eine komplette Prozesskette, wobei jede Station einen eigenen Demonstrator bzw. Versuchsstand erhält – von der Eingangsprüfung für die Klassifikation des Motors über die Demontage, Entmagnetisierung, Reinigung, Befundung der Komponenten, Aufarbeitung bis hin zur Remontage und End-of-Line-Prüfung, wo die Funktionsfähigkeit des Motors untersucht wird.
Eine Herausforderung ist die Demontage und Wiederverwendung der in den Motoren verbauten Magnetwerkstoffe. Hier gilt es, zerstörungsarme Demontageverfahren zu etablieren.
Ein im Projekt entwickeltes KI-Entscheidungstool unterstützt die Wahl der besten Werterhaltungsstrategie. Dieses kann auf Produkt- und Prozessdaten eines E-Motors zugreifen, die in einem digitalen Zwilling gespeichert sind.
Das im Projekt gesammelte Wissen soll für das Design neuer elektrischer Motoren genutzt werden. Das Ziel ist klar: Die Entwicklung eines Prototyps für die Kreislaufwirtschaft, der leicht demontiert werden kann und auf den sich die genannten Werterhaltungsstrategien problemlos anwenden lassen.
Mehr Informationen: ipa.fraunhofer.de