Kreislaufwirtschaft Zweites Leben für ausgediente Elektromotoren

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Was passiert mit Elektromotoren am Ende ihrer Lebenszeit? Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IPA suchen mit Industriepartnern nach möglichst ressourcenschonenden Ansätzen. Ein Ziel: Ein Motorendesign für die Kreislaufwirtschaft.

Elektromotoren in E-Autos enthalten Rohstoffe wie Kupfer und Seltene-Erden-Metalle wie Neodym. Mittels aktueller Recyclingmethoden lassen diese sich aber nicht zurückgewinnen. Im Projekt „REASSERT“ entwickeln Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IPA deshalb Methoden, um Elektromotoren aufzuarbeiten und in Fahrzeugen wiederzuverwenden. Dies tun sie gemeinsam mit Schaeffler, dem Karlsruher Institut für Technologie KIT, Bright Testing, „iFAKT“ und Riebesam. Im Kern geht es um vier Ansätze: Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling.

Reuse heißt: Der komplette Motor kann ein zweites Mal verwendet werden. Repair beschreibt den Austausch defekter Komponenten und Baugruppen. Beim Remanufacturing werden alle Bauteile ausgebaut, gereinigt, aufgearbeitet und erneut eingesetzt. Mit dem werkstofflichen Recycling sollen die Projektpartner den Motor vor dem Schreddern sortenrein demontieren.

Welche Methode jeweils sinnvoll ist, analysieren die Projektpartner anhand von Referenzmotoren für Pkw. Außerdem soll künstliche Intelligenz helfen. Die Forscher entwickelten dafür im Projekt ein KI-Entscheidungstool. Es greift auf die Produkt- und Prozessdaten eines E-Motors zu, die in einem digitalen Zwilling gespeichert sind.

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Rohstoff-Recycling verlustbehaftet

Derzeit ist das rohstoffliche Recycling die etablierte Werterhaltungsstrategie. Das heißt: Mittels manuellem oder automatisiertem Recycling gewinnen Unternehmen insbesondere Kupfer- und Aluminiumanteile zurück. Dafür werden die elektrischen Traktionsmotoren ausgebaut, geschreddert, in einzelne Materialfraktionen sortiert und eingeschmolzen.

Die Probleme dabei: Das Material ist verschmutzt und eignet sich nicht für den Einsatz in Motoren. Außerdem zerstört das Verfahren einzelne Komponenten und Baugruppen. Das Rohstoff-Recycling soll deshalb die letzte Möglichkeit des Recyclings sein. Reuse, Repair, Remanufacturing und werkstoffliches Recycling sollen es ersetzen.

Aufbau einer vollständigen Prozesskette

Im Projekt entsteht eine vollständige Prozesskette. Jede Station erhält einen eigenen Demonstrator beziehungsweise Versuchsstand. Dieser beinhaltet die Eingangsprüfung für die Klassifikation des Motors, die Demontage, Entmagnetisierung, Reinigung, Befundung der Komponenten, die Aufarbeitung, die Remontage und die End-of-Line-Prüfung.

„Beispielsweise würde man während dieses Prozesses ein Motorgehäuse mit geringfügigen Verschleißspuren für den erneuten Gebrauch einstufen und gegebenenfalls mit zerspanenden Prozessen aufarbeiten, um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Abhängig von der gewählten Werterhaltungsstrategie fallen unterschiedliche Prozessschritte und Prozessketten an, der Aufarbeitungsaufwand kann also variieren“, erklärt Julian Große Erdmann, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Bayreuth.

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Eine Herausforderung ist beispielsweise die Demontage und Wiederverwendung der in den Motoren verbauten Magnetwerkstoffe. „Ein Rotor mit Permanentmagneten lässt sich aufgrund der Beschichtung der Magnete als auch deren Verklebung selbst im manuellen Demontageprozess nur schwer mittels mechanischer Verfahren in seine Bestandteile zerlegen. Hier gilt es, zerstörungsarme Demontageverfahren zu etablieren“, beschreibt der Forscher weiter.

Künstliche Intelligenz hilft bei der Wahl der Methode

Das im Projekt gesammelte Wissen wollen die Partner nutzen, um einen neuen elektrischen Motor zu designen. Ihr Ziel ist ein Prototyp eines Motors für die Kreislaufwirtschaft. Er soll leicht demontierbar sein und jede der vier Werterhaltungsstrategien unterstützen. „Wir wollen ein Closed-Loop-System gestalten, in dem wertvolle Ressourcen wiederverwendet werden, um unabhängiger von Rohstoffimporten zu werden und die Rohstoffgewinnung zu minimieren“, erklärt Julian Große Erdmann. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Projekt.

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