Elektromobilność: drugie życie silników elektrycznych

Drugie życie silników elektrycznych Fraunhofer

W ostatnich latach dynamiczny rozwój rynku samochodów elektrycznych przyniósł wzrost produkcji elektrycznych silników trakcyjnych. Jednak gdy proces użytkowania tych pojazdów dobiegnie końca, pojawi się istotne wyzwanie związane z gospodarką odpadami.  

Zdemontowane z pojazdów elektrycznych komponenty i podzespoły, nie mogą być niestety ponownie wykorzystane. Obecnie naukowcy z Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA w ramach projektu REASSERT, aktywnie współpracują z partnerami przemysłowymi, aby opracować innowacyjne rozwiązania obejmujące naprawę, renowację i ponowne wykorzystanie silników elektrycznych. Projekt skupia się również na wprowadzaniu nowych koncepcji związanych z gospodarką o obiegu zamkniętym.

Silniki elektryczne zawierają cenne surowce, takie jak miedź, ale także metale ziem rzadkich, jak np. neodym, na które Chiny mają wirtualny monopol i których nie można odzyskać przy użyciu obecnych metod recyklingu. Ponadto wykorzystywane surowce wiążą się ze słabym bilansem CO2 w porównaniu z silnikami spalinowymi. Tym istotniejsze staje się wydłużenie okresu eksploatacji silników. 

Innowacyjne technologie odzyskiwania zużytych komponentów mają ogromny potencjał w zakresie redukcji zanieczyszczeń w kontekście zrównoważonego rozwoju –  mówi Julian Große Erdmann, naukowiec z Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA w Bayreuth.

W ramach projektu REASSERT naukowcy współpracują z firmą Schaeffler (lider projektu), Karlsruhe Institute of Technology KIT, BRIGHT Testing GmbH, iFAKT GmbH i Riebesam GmbH & Co. KG opracowują innowacyjne metody regeneracji silników elektrycznych i ich ponownego wykorzystania w pojazdach.

Koncentrują się one na strategiach odzyskiwania poszczególnych komponentów poprzez ich ponowne wykorzystanie, naprawę, regenerację i recykling. Stanowią one kluczowe elementy obiegu zamkniętego, który umożliwia zmniejszenie zużycia surowców naturalnych i ograniczenie odpadów. Projekt jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Ochrony Klimatu.

Zmniejszenie wpływu na środowisko naturalne

Obecnie recykling materiałów jest uznaną strategią odzyskiwania cennych surowców. Ręczny lub automatyczny recykling wykorzystywany jest w szczególności do odzyskiwania miedzi i aluminium. W tym celu elektryczne silniki są demontowane, rozkręcane na części, sortowane i przetapiane. Jednak materiał poddany w ten sposób recyklingowi jest zanieczyszczony i nie może być ponownie wykorzystywany do produkcji nowych silników.

Ponadto pozostałe komponenty i podzespoły silnika są złomowane. Z tego względu recykling surowców powinien być wybierany jako ostatnia opcja i zastępowany wysokiej jakości strategiami zachowania wartości, takimi jak ponowne użycie, naprawa, regeneracja i recykling mechaniczny. 

Chcemy zaprojektować system o obiegu zamkniętym, w którym cenne zasoby będą ponownie wykorzystywane, aby zmniejszyć zależność od importu surowców i zmniejszyć ich wydobycie – wyjaśnia Große Erdmann. 

Przez ponowne wykorzystanie komponentów partnerzy projektu rozumieją ponowne wykorzystanie elementów silnika, podczas gdy naprawa oznacza wymianę zużytych elementów silnika. W procesie regeneracji wszystkie elementy są demontowane, czyszczone, regenerowane i ponownie wykorzystywane. 

Dzięki tym strategiom potrzebne będzie mniej surowców, takich jak metale ziem rzadkich, miedź itp. W najlepszym przypadku nadal będą one potrzebne do produkcji części zamiennych –  wyjaśnia naukowiec. 

Opracowanie łańcucha procesów

W ramach projektu tworzony jest kompletny proces przetwarzania, w którym każda jednostka otrzymuje własne stanowisko testowe lub demonstracyjne – od kontroli wejściowej mającej na celu klasyfikację silnika, demontaż, rozmagnesowanie, czyszczenie, diagnostykę podzespołów, regenerację, ponowny montaż i test końcowy, podczas którego sprawdzana jest jego funkcjonalność. 

Podczas tego procesu obudowa silnika z niewielkimi oznakami zużycia zostanie zakwalifikowana do ponownego użycia, a jeśli będzie wymagana regeneracja –  zostanie odnowiona. W zależności od wybranej technologii odzyskiwania elementów wymagane są różne czynności i etapy procesów, więc poszczególne koszty regeneracji mogą być różne – wyjaśnia inżynier. 

Jednym z wyzwań jest na przykład demontaż i ponowne wykorzystanie materiałów magnetycznych używanych w silnikach. 

Przy zastosowaniu mechanicznych metod wirnik z magnesami trwałymi jest trudny do demontażu na części składowe, ze względu na powłokę magnesów i ich właściwości adhezyjne. Naszym celem jest opracowanie metod demontażu o niskim stopniu destrukcji – dodaje inżynier.

Narzędzie do podejmowania decyzji oparte na sztucznej inteligencji 

Opracowane w ramach projektu narzędzie do wspomagania decyzji oparte jest na  sztucznej inteligencji. Narzędzie to ma dostęp do danych produktowych i procesowych silnika elektrycznego zapisanych w cyfrowej bazie danych i pomaga wybrać najlepszą strategię utrzymania wartości dla każdego przypadku.

Zgromadzona w ramach projektu wiedza ma zostać wykorzystana przy projektowaniu nowych silników elektrycznych. Celem projektu jest opracowanie prototypowego silnika elektrycznego dla samochodów osbowych, który będzie można łatwo rozmontować na elementy składowe.

Źródło: Fraunhofer

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę