Liebherr: Automatisiert demontieren Höchste Flexibilität für Varianten gefordert

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Batteriesysteme der E-Mobilität zu demontieren, um die enthaltenen Roh- und Werkstoffe wiederholt verwenden zu können, gelingt sicher und wirtschaftlich nur bei vollständiger Automatisierung. Die Liebherr-Verzahntechnik GmbH hat dafür eine erste Demontagezelle verwirklicht.

Lithium-Ionen-Fahrzeugbatterien werden aus dem Verkehr gezogen, sobald sie nur noch etwa 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität (State-of-Health) erreichen. Der überwiegende Anteil dieser Batterien wird recycliert. Die Rohstoffe werden in den Werkstoffkreislauf zurückgeführt. Man kann daraus wiederum Batterien herstellen. Je nach Zustand lassen sich bereits gebrauchte Batterien erneut in batterieelektrischen Fahrzeugen (Remanufacturing) oder in Second-Life-Anwendungen, wie stationären Batteriespeichern, nutzen. Haben sie endgültig ausgedient, sieht die neue Batterie-Verordnung der EU Recyclingquoten und Mindestmengen an wiederverwendeten Rohstoffen bei der Neuproduktion vor. Für die Rückführung in den Werkstoffkreislauf muss die Industrie möglichst effiziente Systeme und Verfahren finden. Die Mengen zurückzuführender Batterien werden künftig erheblich zunehmen. Beabsichtigt ist, eine nachhaltige, CO₂-neutrale Batterieproduktion entlang der gesamten Prozesskette mit möglichst unbegrenzter Wiederverwendung von Roh- und Werkstoffen in einem geschlossenen Produktlebenszyklus zu verwirklichen. Damit sollen Abfallprodukte und die Abhängigkeit von wichtigen Primär-Rohstoffen minimiert werden.

Automatisierung fördert Rückführung

Aufgrund kleiner Serienstückzahlen und einer gros­sen Variantenvielfalt unterschiedlicher Hersteller und Produktausführungen werden derzeit Batterien meist manuell demontiert und für einen erneuten Einbau in Batterien aufbereitet. Jan Pollmann, Entwicklungsingenieur Automationssysteme bei Liebherr, erläutert dazu: «Wir sprechen hier fast von Einzelstücken beim Rücklauf der Batteriepacks.» Eine hohe Recyclingquote zu verwirklichen und die zunehmenden Mengen an Rückläufern wirtschaftlich bewältigen zu können gelingt nur mit einer weitreichenden Automatisierung der Prozesse zur Demontage. Als einen weiteren wichtigen Aspekt erachtet Jan Pollmann den Arbeitsschutz. Eine automatisierte Demontage gewährleistet die Gesundheit und Sicherheit des Personals. Die Automatisierung vermeidet eine Gefährdung durch Hochspannung, Gefahrenstoffe oder Brandrisiken.

Strategien und Verfahren entwickeln

Die Kreislaufwirtschaft für Batterien untersuchen Spezialisten aus Forschung und Industrie in dem – vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten – Forschungsprojekt Zirkel. Im Rahmen dieses Projekts erarbeitet Liebherr Strategien und Prozesse zur automatisierten Demontage von Batteriepacks. Beabsichtigt ist, durch eine mechanische Demontage und ein Sortieren der Komponenten einen möglichst gros­sen Anteil an Rohstoffen zurückzugewinnen und erneut zu nutzen. Werden wertvolle oder schadstoffhaltige Bauteile frühzeitig entfernt, vermindert das die Kosten und den Energieaufwand, die sogenannte Schwarzmasse pyrotechnisch und durch Hydrolyse aufzubereiten. Als Schwarzmasse bezeichnet man das Gemenge aus Rest- und Rohstoffen, das beim Zerkleinern der bereits zerlegten Reststücke der Batterien entsteht.

Divergente Eigenschaften berücksichtigen

Zum einen erweist sich die Vielfalt an Varianten der Batterien als Hindernis beim Automatisieren. Zum anderen stellen die unterschiedlichen, sich aus dem Gebrauch der Batterien ergebenden Eigenschaften einzelner Komponenten besondere Forderungen an die Verfahren sowie die Werkzeuge, die Antriebselemente und die Messsysteme einer automatisierten Demontageanlage. Gebrauchte Batterien können korrodiert, verformt oder beschädigt sein. Verschmutzte Komponenten sind für Visionsysteme teils schwer zu erkennen. Dicht- und Klebemittel oder Wärmeleitpasten haben nicht vorhersehbare Konsistenzen und Eigenschaften. Sie lassen sich womöglich nur schwierig von den mechanischen Komponenten entfernen. Risiken wie hohe elektrische Spannung und Gefahrstoffe müssen berücksichtigt werden. Auch das Demontieren biegeschlaffer Bauteile, zum Beispiel Kabel oder Kühlschläuche, lässt sich nur schwierig automatisieren. «Im Prinzip läuft hier der etablierte Montageprozess rückwärts ab, ist aber um ein Vielfaches komplexer», erläutert Viktor Bayrhof, Produktmanager für Automationssysteme bei Liebherr. In Wolfsburg wird der Hersteller im Juli 2023 im Forschungscampus Open Hybrid Lab Factory eine erste Demontageanlage installieren und betreiben. Dort sollen Erfahrungen gesammelt werden, um zum einen die Automatisierung zu optimieren, zum anderen Grundlagen für eine Richtlinie zum Design und zur Konstruktion einheitlicher, einfach zu recyclierender Batterien zu erhalten. - kmu - SMM

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