Elektromotoren 02.01.2024, 14:25 Uhr

Fraunhofer-Forschende wollen E-Auto-Motoren ein zweites Leben schenken

Was passiert mit den Motoren von E-Autos am Ende ihres Lebens? Bislang werden sie geschreddert. Das könnte sich ändern: Forschende des Fraunhofer-Institut verfolgen verschiedene Ansätze, um Elektromotoren ein zweites Leben zu schenken.

E-Auto-Motor

Elektromotoren sollen sich künftig besser recyceln, aufarbeiten und erneut verwenden lassen.

Foto: Panthermedia.net/tom19275

Der Verkauf von Elektroautos nimmt zu, was zu einer erhöhten Produktion von Elektromotoren führt. Am Ende ihrer Lebensdauer werden diese Motoren zerkleinert und recycelt, wobei ihre Einzelteile und Baugruppen nicht wiederverwendet werden können. Aktuell fehlen nachhaltige Strategien, um Elektromotoren im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft zu erhalten und wiederzuverwenden. Im Projekt REASSERT arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA mit Industriepartnern zusammen. Sie entwickeln verschiedene Methoden, die nicht nur die Reparatur und Aufarbeitung von Elektromotoren, sondern auch deren erneute Nutzung und kreislaufgerechte Designs beinhalten.

Nutzungsphase der Motoren muss verlängert werden

Die fortschreitende Elektrifizierung von Fahrzeugantrieben bringt Herausforderungen mit sich. Elektromotoren enthalten wichtige Rohstoffe wie Kupfer und Seltene Erden wie Neodym. Letztere sind schwer zu recyceln und unterliegen einem Quasi-Monopol Chinas. Im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren haben die für Elektromotoren verwendeten Rohstoffe eine ungünstigere CO2-Bilanz. Daher ist es wichtig, die Lebensdauer der Motoren zu verlängern. Julian Große Erdmann, ein Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Bayreuth, betont das Potenzial innovativer Werterhaltungsstrategien zur Emissionsreduktion.

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Im Projekt REASSERT entwickelt ein Konsortium, bestehend aus der Schaeffler (Konsortialführer), dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der BRIGHT Testing GmbH, der iFAKT GmbH und der Riebesam GmbH & Co. KG, Methoden zur Aufarbeitung und Wiederverwendung von Elektromotoren in Fahrzeugen. Dabei konzentrieren sie sich auf Strategien wie Wiederverwendung, Reparatur, Wiederaufbereitung und materialbezogenes Recycling. Diese Ansätze sind entscheidend für eine Kreislaufwirtschaft, die den Verbrauch natürlicher Ressourcen verringern und die Abfallmenge minimieren soll.

Rohstoff-Recycling nur als letzte Möglichkeit des Recyclings wählen

Aktuell ist das Rohstoff-Recycling die gängige Methode zur Werterhaltung. Bei diesem Prozess werden Elektromotoren, vor allem um ihre Kupfer- und Aluminiumbestandteile zu gewinnen, ausgebaut, zerkleinert, in einzelne Materialien getrennt und eingeschmolzen. Das durch diese Methode gewonnene Material, das oft Verunreinigungen enthält, eignet sich allerdings nicht mehr für die erneute Verwendung in Motoren. Zudem werden dabei einzelne Teile und Baugruppen zerstört.

Deshalb sollte das Rohstoff-Recycling als letzte Option betrachtet und durch effektivere Werterhaltungsstrategien ersetzt werden. Dazu gehören Wiederverwendung (Reuse), Reparatur (Repair), Wiederaufbereitung (Remanufacturing) und materialorientiertes Recycling. Diese Methoden bieten eine höhere Wertbewahrung und sollten nach Angaben des Forschungsteams bevorzugt werden. „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 Große Erdmann.

Verschiedene Strategien der Werterhaltung

Im Rahmen des Projekts bezeichnet „Reuse“ die Wiederverwendung des gesamten Motors in einem anderen Einsatzbereich. „Repair“ umfasst den Austausch oder die Reparatur defekter Teile und Baugruppen des Motors. „Remanufacturing“ hingegen bedeutet, dass alle Komponenten des Motors ausgebaut, gereinigt, instandgesetzt und wieder verwendet werden.

„Mit diesen Strategien benötigt man weniger Rohstoffe wie Seltene Erden, Kupfer und Co. Allenfalls benötigt man diese noch für Ersatzteile“, erläutert Große Erdmann. Die Projektpartner planen mit dem werkstofflichen Recycling das sortenreine Demontieren des Motors vor dem Schreddern. Anhand von Referenzmotoren für den Pkw-Bereich soll zudem analysiert werden, welche Werterhaltungsstrategie jeweils angewendet werden soll.

Prozesskette wird aufgebaut

Im Zuge des Projekts will das Forschungsteam eine vollständige Prozesskette entwickeln, bei der jede Phase ihre eigene Demonstrations- oder Testeinrichtung erhält. Dies umfasst verschiedene Schritte: die Ersteinschätzung des Motors zur Klassifizierung, die Demontage, Entmagnetisierung, Reinigung, Untersuchung der Komponenten, deren Aufarbeitung, bis hin zur erneuten Montage und der abschließenden Prüfung, bei der die Funktionsfähigkeit des Motors überprüft wird.

Große Erdmann erläutert, dass beispielsweise ein Motorgehäuse mit leichten Verschleißspuren als wiederverwendbar eingestuft und entsprechend bearbeitet wird, um seine Funktionstüchtigkeit sicherzustellen. Je nach gewählter Werterhaltungsstrategie variieren die erforderlichen Prozessschritte und -ketten, was den Aufwand bei der Aufarbeitung beeinflusst.

Eine besondere Herausforderung ist laut Forschungsteam die Demontage und Wiederverwendung der in den Motoren verwendeten Magnetwerkstoffe. Ein Rotor mit Permanentmagneten ist aufgrund der Beschichtung und Verklebung der Magnete schwierig manuell zu zerlegen. Hier ist es wichtig, Methoden für eine möglichst zerstörungsfreie Demontage zu entwickeln.

KI soll bei Wahl der Strategie helfen

Um die optimale Werterhaltungsstrategie für einen Elektromotor zu bestimmen, nutzen die Projektpartner ein KI-gestütztes Entscheidungstool, das eigens für diesen Zweck entwickelt wurde. Das Tool hat Zugriff auf Produkt- und Prozessdaten des Motors, die in einem digitalen Zwilling hinterlegt sind.

Das im Projekt erarbeitete Wissen wird zur Gestaltung neuer Elektromotoren eingesetzt. Das Ziel ist die Entwicklung eines Prototyps, der für die Kreislaufwirtschaft geeignet ist. Dieser Motor soll so konzipiert sein, dass er leicht demontiert werden kann und die vier genannten Werterhaltungsstrategien – Wiederverwendung, Reparatur, Wiederaufbereitung und Recycling – problemlos anwendbar sind.

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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