ZDR-EMIL

Zentrum für Demontage und Recycling für Elektromobilität

Mit dem ZDR-EMIL werden automatisierte und flexible Demontage- und Recyclingprozesse für alle Komponenten aus Elektrofahrzeugen entwickelt. In Kooperation mit der regionalen Industrie wird so eine hohe Recyclingeffizienz unter den Gesichtspunkten von Wirtschaftlichkeit, Resilienz und Nachhaltigkeit erreicht. Wichtig ist, dass alle Materialien zurückgewonnen werden. Dies beinhaltet die wertvollen kritischen Metalle, aber auch Konstruktionswerkstoffe wie Kunststoff, Aluminium und Stahl, die in weitaus größerer Menge enthalten sind. So vermeiden wir Deponierung und Dissipation.

© Fraunhofer IWKS

Effiziente Kreislaufwirtschaft für die Elektromobilität

Das ZDR-EMIL etabliert eine effiziente Kreislaufwirtschaft für Funktionskomponenten der Elektromobilität, wie Batterien, Brennstoffzellen, Leistungselektronik und Magnete aus Elektromotoren von der Demontage über Re-Use bis zum Recycling. Der Fokus liegt dabei auf der automatisierten sicheren Demontage sowie auf nachhaltigen mechanischen und hydromechanischen Behandlungsmethoden und der selektiven Zerkleinerung, die eine Wiederverwertung aller Produktkomponenten ermöglicht. Hier baut das Fraunhofer IWKS auf seiner langjährigen Expertise in der Ressourcenforschung auf. Als angewandte Forschungseinrichtung haben die Wissenschaftler am Fraunhofer IWKS stets den gesamten Prozess im Blick und bewerten diesen im Hinblick auf ökologische wie ökonomische Aspekte: Erst wenn ein direkter Wiedereinsatz im Sinne von Re-Use und Reparatur der Funktionskomponenten technisch nicht mehr möglich ist, wird das funktionale Recycling, also die Rückgewinnung der Funktionsmaterialien, oder die Rückgewinnung von Ausgangsstoffen für die Synthese neuer Materialien eingesetzt. Ziel ist es dabei, hochwertige Rezyklate als neue Sekundärrohstoffe in möglichst wenigen Prozessschritten herzustellen. Operativ werden im ZDR-EMIL modulare und flexible Demonstratoren aufgebaut, die maßgeschneiderte Recyclingverfahren ermöglichen. Die Prozesse werden robotergestützt und automatisiert ausgelegt, damit die funktionalen Recyclingverfahren auch in Deutschland wirtschaftlich tragfähig sind. Das ZDR-EMIL bietet in dieser Hinsicht einen Mehrwert für die etablierten Unternehmen und damit verbesserte Synergien.

Technologien

Mit dem ZDR-EMIL werden automatisierte, ganzheitliche und flexible Demontage- und Recyclingprozesse für alle funktionalen Komponenten aus Elektrofahrzeugen entwickelt. In Kooperation mit der regionalen Industrie soll eine hohe Recyclingeffizienz unter den Gesichtspunkten von Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit erreicht werden, wobei sowohl kritische Metalle als auch Massenmaterialien für die Rückgewinnung im Fokus stehen, um Deponierung und Dissipation zu vermeiden.

Für eine effiziente und ökologisch sinnvolle Auslegung ist es erforderlich, Prozesse auf die jeweiligen Bedürfnisse von Unternehmen auszurichten, abhängig von vorhandenen Infrastrukturen, anvisierter Aufbereitungstiefe, Investitionsrahmen und strategischen Partnern. Hierzu bietet das Zentrum auf die entsprechenden Fragestellungen, kundenspezifische Bedürfnisse, Anforderungen und Gegebenheiten mit flexiblen, modularen Pilotanlagen. Ein besonderes Augenmerk wird auf folgende innovative Ansätze gerichtet:

  • Die automatisierte Zerlegung der Leistungselektronik in wirtschaftlich verwertbare Bestandteile
  • die Freilegung von Magneten aus Elektromotoren und deren Prozessierung mittels Wasserstoff zur Herstellung von Recyclingmagneten
  • die Behandlung von Batterien mittels hydromechanischer Methoden über die gesamte Prozesskette und 
  • den Einsatz von Elektrochemie für die Untersuchung und Aufbereitung von Batterien. 

Die Pilotanlage prozessiert die Stoffströme in folgenden Schritten: Vorbehandlung, Demontage, Zerkleinern, Trennen / Sortieren, Rezyklat-Analytik und Synthese. 

 

Demontage

Im Bereich der Demontage konzentrieren sich die Arbeiten auf die Entwicklung von IT-Prozessen, um ein Höchstgrad an Automatisierung und somit Kosten- bzw. Energieeffizienz zu erreichen. Die Automatisierung und die Demontage durch Roboter im Bereich Batterie, Elektromotor und Leistungselektronik ist essentiell, um eine Unabhängigkeit Deutschlands von kritischen Rohstoffen zu unterstützen.

 

Aufbereitung

Die Aufbereitung von Gebraucht-Magneten geschieht durch Wasserstoffversprödung, während die Aufbereitung von Elektronik und Batteriezellen mechanisch und elektrohydraulisch durchgeführt wird. Die anschließende Sortierung ist sehr vielfältig und darauf ausgelegt, neben den als kritisch oder wertvoll betrachteten Fraktionen auch alle anderen Materialfraktionen aus Motoren, Batterien und Elektronik effizient zu trennen und zu charakterisieren.

Begleitend verfügt das Zentrum über ein Labor für Elektrochemie / Hydrometallurgie, um einerseits gebrauchte Elektrodenmaterialien als solche wiederzuverwerten (aus Recyclingmaterial neu herstellen zu können) und andererseits wertvolle Rest-Materialien in ihre Bestandteile zu zerlegen. So ist das Zentrum erster Ansprechpartner für Technologie und Beratung zu Logistik, Sammel- und Kreislaufstrategien für die Elektromobilität.

Eine maßgeschneiderte Aufbereitung von Funktionsmaterialien gestaltet sich äußerst herausfordernd. Ziel des Zentrums ist daher für unterschiedliche Eingangsströme die bestmöglichen Recyclingprodukte zu identifizieren und diese auch direkt zu qualifizieren. Die Wirtschaftlichkeit der Recyclingverfahren und die Qualität der Recyclingfraktionen stehen zwar im Fokus, jedoch können diese nur durch umfassende Forschungsaktivitäten erreicht werden. Diese umfassen:

  • Charakterisierung der End-of-Life-Produkte
  • Robotergestützte sowie automatisierte Demontage
  • Selektive Zerkleinerung
  • Trennung und Sortierung
  • Qualifizierung der Rezyklatfraktionen
  • Produktsynthese zum Beispiel über Pulvermetallurgie (Recyclingmagnete) oder Elektrochemie (Batterien)
© Fraunhofer IWKS
 

Magnetwerkstoffe

Das Fraunhofer IWKS trägt zu einer nachhaltigen Versorgung der Industrie mit Magnetwerkstoffen bei durch Recyclingstrategien und -technolgien und die Substitution kritischer Elemente.

 

Energiematerialien

 

Weitere Projekte

Hier finden Sie weitere Informationen zu aktuellen und abgeschlossenen Projekten sowie zu den Verbundprojekten.