Kreislaufwirtschaft für flexible Materialien Europäisches Recycling-Projekt setzt auf KI und Robotik

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Aerzener Maschinenfabrik GmbH

WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG

GEMÜ Gebrüder Müller Apparatebau GmbH & Co. KG

Das automatisierte Recycling von flexiblen Materialien wie Textilien, Kabeln und Brennstoffzellenmembranen aus Batterien stellt die moderne Abfallwirtschaft vor große Herausforderungen. Das neue europäische Forschungsprojekt „FlexCycle“ setzt auf die Entwicklung innovativer Robotik- und KI-Lösungen. Mit einem Budget von 7,5 Millionen Euro und zwölf Partnern aus sechs Ländern verfolgt das Projekt das Ziel, Recyclingprozesse für die Wiederverwertung flexibler Materialien industrietauglich zu machen.

Während das automatisierte Handling von starren Objekten in der Industrie bereits weit fortgeschritten ist, lassen sich weiche und verformbare Materialien aufgrund ihrer flexiblen Struktur nur schwer mit herkömmlichen Robotern verarbeiten. Im Rahmen es EU-Projekts „FlexCycle“ (Flexible Robotic Automation Techniques for Soft Materials Recycling) entwickeln Forscher in den kommenden vier Jahren autonome Systeme, die in der Lage sind, flexible Strukturen zu identifizieren, zu handhaben und zu demontieren.

Innovation für komplexe Materialstrukturen

Die entwickelten Roboterwerkzeuge und KI-Systeme lösen dabei für drei Anwendungsbereiche folgende spezifische Herausforderungen:

1. Brennstoffzellen: Die empfindlichen Membranen in Brennstoffzellen sind flexibel und enthalten gesundheitsschädliche Substanzen, wodurch eine manuelle Handhabung ein erhöhtes Gesundheitsrisiko darstellt. Die Roboter ermöglichen eine sichere Extraktion dieser Membranen. Hierbei liegt ein besonderer Fokus auf der Rückgewinnung edelmetallhaltiger Katalysatormaterialien sowie der sicheren Kreislaufführung von PFAS-haltigen Materialien.

2. Textilien: Die flexible und unvorhersehbare Struktur von Kleidungsstücken erschwert die automatisierte Bearbeitung. Die KI-Systeme werden darauf trainiert, spezifische Merkmale wie Nähte zu erkennen, um Zubehörteile wie Knöpfe und Reißverschlüsse präzise zu entfernen und so die Stoffe für die Wiederverwendung zurückzugewinnen.

3. Kabel: Kabel treten in der Entsorgung oft als verhedderte Bündel auf, was die gezielte Sortierung und Bearbeitung massiv erschwert. Die Roboter müssen lernen, durch das Drahtgewirr zu navigieren, ein Zielkabel zu isolieren und anschließend die Isolierschichten automatisiert zu entfernen, um wertvolle Metalle wie Kupfer effizient zurückzugewinnen

Der Beitrag der Fraunhofer-Institute

Innerhalb des Konsortiums übernehmen die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS und das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entscheidende Rollen bei der Verwertung technischer Membranen:

1. Fraunhofer IWKS: Die Experten aus Hanau und Alzenau konzentrieren sich auf den Use-Case der PEM (Proton Exchange Membrane)-Brennstoffzellen. Hierbei wird die Expertise des Instituts genutzt, um edelmetallhaltige Katalysatormaterialien (wie Platin) hocheffizient zurückzugewinnen. Ziel ist es, wertvolle Ressourcen im Kreislauf zu halten und die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzellentechnologie zu steigern.

2. Das Fraunhofer LBF widmet sich der technologisch anspruchsvollen Kreislaufführung von fluorhaltigen Membranen (PFAS) wie Nafion, einem perfluorierten Ionomer. Durch die Erforschung von Verfahren wie der chemischen Auflösung in speziellen Lösungsmittelsystemen mit anschließendem „Recasting“ oder der Depolymerisation werden diese kritischen Stoffe nachhaltig verwertet, um ökologische Risiken und regulatorische Anforderungen zu adressieren.

Technologische Basis und Ausblick

Der technologische Ansatz von „FlexCycle“ basiert auf der Kombination von flexiblen Roboterwerkzeugen (Endeffektoren) und KI-basierter Modellierung. Durch adaptive Hard- und Softwarekomponenten sollen die entwickelten Methoden schnell auf verschiedene industrielle Sektoren übertragbar sein. Im Laufe der vierjährigen Projektlaufzeit werden für alle drei Use-Cases Demonstratoren entwickelt, die die Praxistauglichkeit der Lösungen unter Beweis stellen sollen.

Das Projekt wird vom Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) koordiniert und im Rahmen des Programms „Horizon Europe“ gefördert. Zum Konsortium gehören neben den Fraunhofer-Instituten und dem IIT das Jožef Stefan Institute, Georg August Universität Göttingen, Technische Universität München, Vytautas-Magnus-University, qb robotics Srl, Electrocycling GmbH, Symbio SAS, OSIT Impresa S.p.A.

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