Er worden steeds meer elektrische auto’s verkocht, waardoor de hoeveelheid geproduceerde elektromotoren toeneemt. Aan het einde van hun levensduur worden deze elektromotoren versnipperd en vervolgens gerecycled. De afzonderlijke onderdelen en assemblages kunnen niet worden hergebruikt. Tot nu toe ontbrak het aan duurzame strategieën om waarde te behouden voor het herfabriceren en recyclen van elektromotoren als onderdeel van een moderne circulaire economie. In het REASSERT-project werken onderzoekers van het Fraunhofer IPA samen met partners uit de industrie aan verschillende concepten voor het repareren, herfabriceren en hergebruiken van elektromotoren en aan nieuwe ontwerpen voor de circulaire economie.
De elektrificatie van de aandrijflijn vordert gestaag. De gebruikte elektromotoren bevatten waardevolle grondstoffen zoals koper en zeldzame aardmetalen zoals neodymium, waar China een quasi-monopolie op heeft, en die met de huidige recyclingmethoden niet kunnen worden teruggewonnen. Daarom wordt het steeds belangrijker om de gebruiksfase van de motoren te verlengen. Bovendien hebben de gebruikte grondstoffen een grotere koolstofvoetafdruk dan een verbrandingsmotor. Daarom is het cruciaal om de gebruiksfase van deze motoren te verlengen. “Innovatieve strategieën voor waardebehoud bieden een aanzienlijk potentieel voor emissiereductie in termen van duurzaamheid,” zegt Julian Große Erdmann, wetenschapper aan het Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA in Bayreuth. In het kader van het REASSERT-project werken onderzoekers samen met Schaeffler (consortiumleider), het Karlsruhe Institute of Technology, BRIGHT Testing GmbH, iFAKT GmbH en Riebesam GmbH & Co. KG om innovatieve methoden te ontwikkelen voor het herfabriceren van elektromotoren en het hergebruik ervan in voertuigen. Ze richten zich op de strategieën voor waardebehoud van hergebruik, reparatie, herfabricage en recycling van grondstoffen. Dit zijn sleutelelementen voor een circulaire economie, die het mogelijk maken om het verbruik van natuurlijke hulpbronnen te verminderen en afval te minimaliseren. Het project wordt gefinancierd door het Duitse ministerie van Economische Zaken en Klimaatactie (BMWK).
De impact op het milieu verminderen
Op dit moment is het recyclen van grondstoffen de gebruikelijke strategie om waarde te behouden. Door middel van handmatige of geautomatiseerde recyclingmethoden worden materialen zoals koper en aluminium in het bijzonder teruggewonnen. Elektrische tractiemotoren worden hiervoor gedemonteerd, versnipperd, gesorteerd in afzonderlijke materiaalfracties en omgesmolten. Het gerecyclede materiaal, dat vaak vervuild is, kan echter niet meer gebruikt worden voor motortoepassingen en individuele componenten en assemblages worden vernietigd. Daarom moet recycling van grondstoffen alleen worden gekozen als laatste redmiddel voor recycling en worden vervangen door strategieën voor waardebehoud van hoge kwaliteit, zoals hergebruik, reparatie, revisie en recycling van materialen. “We willen een gesloten kringloopsysteem opzetten waarin waardevolle grondstoffen worden hergebruikt om de afhankelijkheid van de invoer van grondstoffen te elimineren en de winning van grondstoffen te minimaliseren,” legt Große Erdmann uit. De projectpartners definiëren hergebruik als het hergebruiken van de hele motor voor secundair gebruik en reparatie als het vervangen van defecte onderdelen en assemblages. Bij ‘remanufacturing’ worden alle onderdelen gedemonteerd, schoongemaakt, gereviseerd en opnieuw gemonteerd.
“Met deze strategieën zijn er minder grondstoffen zoals zeldzame aardmetalen, koper en andere nodig, misschien alleen voor reserveonderdelen,” legt de onderzoeker uit. Voor het recyclen van grondstoffen zijn de projectpartners van plan om de motor uit elkaar te halen en de afzonderlijke materialen te sorteren voordat ze worden versnipperd.De projectpartners gebruiken referentiemotoren uit de personenautosector om te analyseren en te selecteren welke strategieën voor waardebehoud gebruikt moeten worden in een bepaalde toepassing.
Een volledige procesketen opbouwen
Het project omvat het opzetten van een compleet proces, waarvan elke stap zijn eigen demonstrator en testopstelling heeft – van inkomende inspectie voor motorklassificatie tot demontage, demagnetisatie, reiniging, componentdiagnose en herfabricage, helemaal tot aan de hermontage en het testen aan het einde van de productielijn, waarbij de functionaliteit van de motor wordt beoordeeld.”Tijdens dit proces kan bijvoorbeeld een motorbehuizing met lichte slijtage worden geclassificeerd voor hergebruik en, indien nodig, opnieuw worden gereviseerd met behulp van machinale bewerkingsprocessen om de functionaliteit te garanderen.Afhankelijk van de gekozen strategie voor waardebehoud zijn er verschillende processtappen en -ketens bij betrokken, dus de inspanning voor reconditionering kan variëren,” legt de ingenieur uit.Een voorbeeld van een van de uitdagingen is het demonteren en hergebruiken van de magnetische materialen van motoren. “Een rotor met permanente magneten is moeilijk te demonteren in zijn componenten, zelfs in een handmatig demontageproces, vanwege de coating en de hechting van de magneten.Hier is het doel om niet-destructieve demontagemethoden te ontwikkelen.”
AI helpt bij strategie voor waardebehoud
Een AI-tool die als onderdeel van het project is ontwikkeld, helpt bij het selecteren van de beste strategie voor waardebehoud voor een bepaalde toepassing. De tool heeft toegang tot de product- en procesgegevens van de elektromotor, die zijn opgeslagen in een digitale twin. Het is de bedoeling dat de kennis die in het project wordt verzameld, wordt gebruikt voor het ontwerp van nieuwe elektromotoren.Het doel is om een prototype motor voor de circulaire economie te ontwikkelen die gemakkelijk kan worden gedemonteerd en waarop de vier genoemde strategieën voor waardebehoud moeiteloos kunnen worden toegepast.
