Een tweede kans voor batterijen, versnellingsbakken en tandwielen

Gebruikte en beschadigde auto’s worden vaak verwijderd via energie-intensieve sloopprocessen. Zelfs wanneer veel van hun onderdelen nog volledig functioneel zijn. In het EKODA-project ontwikkelen Fraunhofer-onderzoekers een beter alternatief. Eerst onderzoeken zij elk onderdeel in een complexe testprocedure. Vervolgens gebruiken zij een evaluatiesysteem om aanbevelingen te genereren voor het hergebruik van deze onderdelen. Deze strategie optimaliseert de levensduur van de afzonderlijke onderdelen. Daardoor wordt een duurzame circulaire economie in de mobiliteitssector mogelijk.

Een camera beweegt langzaam over een lithium-ion batterij. Deze batterij is net uit een auto gehaald die bij een ongeval is beschadigd. De camera registreert het batterijtype, het model, het serienummer en de vermogensklasse (in kilowatt). En vergelijkt vervolgens deze informatie met een interne database. Daarna verwijdert een semi-geautomatieseerd systeem de batterijklep. En dan volgt nog meer analyse. Een meetsysteem registreert het huidige laadniveau van de batterij, de functionaliteit van de besturingselektronica en de conditie van de afzonderlijke batterijcellen.

Analyse en aanbevelingen

Het Fraunhofer-instituut voor gereedschaps- en vormtechnologie IWU ontwikkelde de evaluatiesoftware. De software gebruikt deze gegevens om een gedetailleerd profiel van de conditie van de batterij op te stellen en gebruikt de informatie om aanbevelingen voor hergebruik te doen. Een intacte batterij van slechts drie of vier jaar oud kan bijvoorbeeld worden overgezet in een gebruikte auto van hetzelfde type. Als het energieopslagsysteem ouder is, is gebruik eventueel mogelijk in een kleinere landbouwmachine. Zelfs als de batterij meerdere defecte cellen heeft, kan hij nog steeds geschikt zijn voor stationair gebruik. Bijvoorbeeld als opslag van elektriciteit in een fotovoltaïsch systeem thuis.

Tweede kans

Het batterijsysteem weggooien hoeft niet. Het krijgt een tweede kans, afgestemd op zijn specifieke mogelijkheden. Hetzelfde principe van onderzoek en hergebruik is ook toe te passen op andere auto-onderdelen. “Doorslaggevend is hier dat er een zorgvuldige demontage plaatsvindt van de afzonderlijke onderdelen via een gestandaardiseerd en geautomatiseerd proces. Dit is nodig omdat we vanaf het begin manieren moeten vinden om de onderdelen te kunnen hergebruiken,” legt Dr. Uwe Frieß uit, hoofd van de afdeling carrosseriebouw, montage en demontage bij Fraunhofer IWU.

Evaluatiesoftware

Een team onderzoekers van het Fraunhofer IWU in Chemnitz ontwikkelt en optimaliseert momenteel het bovengenoemde evaluatiesysteem. De software, die is uitgerust met AI-algoritmen, is een van de kerntechnologieën van het EKODA-project. Het doel van dat project is om een circulaire economie tot stand te brengen door efficiënte, economisch levensvatbare demontage en verwerking. Ondersteuning krijgt het project door een subsidie-initiatief van het Duitse ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF). Naast Fraunhofer IWU zijn er ook andere leden die deelnemen aan het consortium: het Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT in Oberhausen en een reeks partners uit de industrie.

Ambitieus doel

Het project heeft een ambitieus doel. Dr. Frieß: “We willen afstappen van de traditionele recycling en in plaats daarvan elk onderdeel van een auto als een waardevolle hulpbron beschouwen – ongeacht de functie die het momenteel in het voertuig vervult. Daarom werken we aan een strategie om te testen of deze afzonderlijke onderdelen in verschillende contexten kunnen worden hergebruikt.” Fraunhofer IWU-onderzoekers werken ook aan processen om de afzonderlijke componenten automatisch te demonteren. Door deze strategie systematisch toe te passen hopen de onderzoekers hergebruik van alle componenten mogelijk te maken als onderdeel van een circulaire economie. Omdat er dan minder nieuwe producten hoeven te worden gemaakt, dalen zowel de kosten als de CO2-uitstoot. Het zou daarnaast ook de noodzaak verminderen of wegnemen om voortijdig auto’s te slopen die nog gedeeltelijk intact zijn. Of om defecte tweedehands auto’s te exporteren naar landen in het Zuiden. Ecologisch gezien heeft dat weinig zin.

Carrosserieën, aandrijfassen, tandwielen

De onderzoekers uit Chemnitz analyseren niet alleen batterijopslagsystemen. Ze analyseren ook onderdelen zoals de carrosserie en de aandrijving. Sommige onderdelen van de aandrijving zouden ook geschikt kunnen zijn voor herfabricage. Het zou bijvoorbeeld het proberen waard zijn om stalen assen via een vervormingsproces te verkleinen. Hierdoor is implementatie in een andere mobiliteitstoepassing mogelijk. “Een tandwiel van een defecte versnellingsbak zou kunnen worden hergebruikt in een opgeknapte elektrische scooter, om maar een voorbeeld te noemen”, aldus Dr. Frieß. Fraunhofer IWU zet de ervaring van zijn onderzoekers op het gebied van hulpbronnenefficiënte productie in bij zowel het evaluatiesysteem als bij de ontwikkeling van processen voor automatische demontage en metaalbewerking tijdens de herfabricage.

Dynamische realtime updates

De onderzoekers willen nog een stap verder gaan met de ontwikkeling en het ontwerp van het evaluatiesysteem. Zij kijken naar toeleveringsketens, reparatiebedrijven en autodemontagebedrijven. In de toekomst is de opname van hun eisen of verzoeken om reserveonderdelen in de database van het evaluatiesysteem mogelijk. Het systeem kan dan zien dat het specifieke onderdeel dat het test, nodig is voor een plaatselijke werkplaats die bijvoorbeeld een kapotte tractor repareert. Op die manier zouden de automobielindustrie en haar leveranciers nieuwe bedrijfslijnen kunnen vormen. Deze connecties richten zich op het organiseren van duurzame manieren om alle onderdelen te gebruiken. Een andere onderzoekspartner in het project, het Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT, ontwikkelt circulaire bedrijfsmodellen die doeltreffend kunnen worden toegepast in verschillende industrieën.

Beeld: Onderdelen van de carrosserie worden ook beschouwd als een potentiële hulpbron die kan worden gedemonteerd, omgevormd en opnieuw vervaardigd voor hergebruik in andere producten (foto:  Fraunhofer IWU)