Die ausgedienten Batterien von Elektroautos enthalten wertvolle Rohstoffe, die weiter nutzbar sind. Um sie recyceln zu können, entwickelt ein Forschungsteam vom Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion (ZDB) am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA einen Industrieroboter mit verschiedenen Werkzeugen. Im Projekt „Industrielle Demontage von Batterien“ (DeMoBat) soll eine universelle Lösung entstehen, die sich für alle Arbeitsschritte und Batterietypen eignet.
Die Bestandteile einer Batteriezelle sollen sortenrein demontiert und anschließend geprüft werden, ob sie noch gut genug sind für eine direkte Wiederverwendung. So sollen sogenannte Second-Life-Batterien aus genutzten Komponenten entstehen. Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür nicht mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet werden. Ausgediente Batterien enthalten nutzbare Rohstoffe wie Nickel, Kobalt, Mangan oder Lithium.
Um an die Rohstoffe heranzukommen, muss man das Bauteil zunächst auseinandernehmen: Leitungen, Kabel, Stecker, Dichtungen, Schrauben, Batteriezellen, elektronische Komponenten, Halterungen – das alles muss demontiert werden. Lorenz Halt von der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA ist für diesen Teil des Forschungsprojekts verantwortlich. Kein Arbeiter, sondern ein Industrieroboter soll die Arbeiten übernehmen. Autobatterien sind nicht genormt, in verschiedenen Automarken und auch Modellen stecken jeweils andere Stromspeicher. Deshalb muss das Demontagesystem flexibel sein. Halt vergleicht es deshalb mit einem Schweizer Taschenmesser.
Roboter schraubt oder fräst das Gehäuse auf
Als Arbeitsplatte des Systems dient ein zwei mal drei Meter großer Tisch mit einem flexiblen Spannsystem, das jeden Akku fest greifen kann. Dort öffnet der Roboter zunächst den Deckel, indem er die Schrauben aufdreht. Eine intelligente Bildverarbeitung weist ihm den Weg. Doch das klappt nicht immer, denn nach zehn Jahren bei Wind und Wetter ist manche Schraube korrodiert und lässt sich mit mehr lösen. Durch maschinelles Lernen soll der Roboter frühzeitig erkennen, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt oder zur Fräse greifen muss.
„Er könnte natürlich auch sofort fräsen“, sagt Forscher Halt. „Aber das ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne anfallen, die zu einem Kurzschluss und letztlich zu einem Brand führen könnten.“ Auch für solche Fälle ist die Anlage gerüstet: Bricht ein Feuer aus, räumt ein Schieber sämtliche Teile, die auf dem Arbeitstisch liegen, in ein Löschbad.
Halt und sein Team haben für ihr Vorhaben neue Werkzeuge entwickelt. So dient eine Art Dosenöffner dazu, Dichtungen zu lösen. Und für das Herausheben der einzelnen Batteriezellen, die verklebt sind, haben die beteiligten Fachleute eine Art Mini-Wagenheber konzipiert. Einfallsreichtum erfordert auch das Hantieren mit Kabeln und Steckern, die sich nur schwer greifen lassen.
Das Forschungsprojekt DeMoBat, das insgesamt drei Jahre läuft, hat gerade Halbzeit. Die Zwischenbilanz ist laut den Verantwortlichen vielversprechend. Diesen Herbst soll ein erster Demonstrator zu sehen sein. „Künftig möchten wir auch Lösungen entwickeln, die es ermöglichen die zurückgewonnen und noch intakten Bestandteile einer Batterie für einen weiteren Lebenszyklus aufzubereiten und wieder zu einem neuen System zusammenzuführen“, kündigt Projektleiter Max Weeber an.