Demontage- und Recyclingkonzepte für PEM-Brennstoffzellenstacks

Projekt

Ein orangefarbener KUKA-Industrieroboter ist in einer Produktionshalle zu sehen, der eine Arbeitsschritte ausführt. Die Szene zeigt einen großen Raum mit einer Reihe von Maschinen und Geräten. Im Vordergrund steht ein orangefarbener Roboterarm, der einen Teil anhebt. Der Roboterarm ist Teil einer größeren Produktionsanlage, und es scheint sich um eine automatisierte Fertigungslinie zu handeln. Die verschiedenen Bereiche des Raums sind durch Trennwände oder Absperrungen abgegrenzt, was auf die Trennung verschiedener Prozesse hinweist. Die Umgebung ist hell und gut beleuchtet, ohne direkte Sonneneinstrahlung. Es ist ein typischer Produktionsbereich in einer Fabrik.  Der Roboterarm ist der Hauptfokus der Szene und ist in der Mitte des Bildes positioniert. Er ist orange und besteht aus mehreren Segmenten, die miteinander verbunden sind, und hat verschiedene Anschlüsse und Komponenten. Die Positionierung des Roboters deutet auf seine Funktion und das Ausführen einer spezifischen Aufgabe hin.   Der Roboterarm ist aus orangefarbenem Metall und hat verschiedene Elemente wie Gelenke, Sensoren und Kabel. Die Position des Roboters, der Arm, der Mechanismen und die Arbeitsabläufe sind klar zu erkennen.   Der Stil des Bildes ist neutral, dokumentarisch und fokussiert auf die technische Funktion des Industrieroboters. Es ist eher eine fotografische Aufnahme als eine künstlerische Darstellung.  Die Farben sind hauptsächlich neutral und konzentrieren sich auf die technischen Komponenten.   Der Produktionsbereich ist hell und gut beleuchtet. Die Wandfarben sind hauptsächlich hellgrau und hellblau. Die Umgebung ist sauber und organisiert. Das Licht stammt vermutlich von Oberlicht oder künstlichen Lichtquellen, was eine neutrale Atmosphäre erzeugt. Es gibt keine spezifischen Merkmale, die die Stimmung oder Zeit des Tages beeinflussen.
© Fraunhofer IST
Stapelanlage für die automatisierte Montage und Demontage von Brennstoffzellenstacks.
Icons der Sustainable Development Goals 7, 8, 9, 12, 13

Wertvolle Ressourcen und ökologische Herausforderungen

PEM-Brennstoffzellen enthalten kostbare Edelmetalle wie Platin sowie fluorhaltige Polymere, die sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht kritisch zu bewerten sind. Angesichts steigender Produktionszahlen wird der Bedarf an nachhaltigen  End-of-Life-Lösungen immer dringlicher , um wertvolle Materialien zurückzugewinnen und umweltschädliche Materialien im Kreislauf zu halten.

Automatisierte Demontage und ressourcenschonende Verwertung

Im Fokus des Projekts steht die Entwicklung einer automatisierten und skalierbaren Demontage, die eine komponentenspezifische Weiterverarbeitung ermöglicht. Ziel ist es, wiederverwendbare Bauteile zu identifizieren. Mithilfe einer flexibel konfigurierbaren Recyclinglinie werden geeignete Prozessketten und komponentenspezifische Prozesse für die Materialrückgewinnung entwickelt und mithilfe von Life-Cycle-Assessments bewertet. Die Erkenntnisse aus Demontage- und Recyclinguntersuchungen fließen in konkrete Empfehlungen für ein recyclinggerechtes Design kommender Brennstoffzellengenerationen ein.

Vom Pilotmaßstab zur industriellen Anwendung

Durch die entwickelten Prozessketten sollen wirtschaftlich tragfähige Wege aufgezeigt werden, um mehr Materialien im Kreislauf zu halten und die bisher übliche – und insbesondere aufgrund des Fluorgehalts problematische – Verwertung von End-of-Life-Brennstoffzellen zu vermeiden. Die Untersuchung der Prozesse im Pilotmaßstab soll den Transfer in mögliche industrielle Anwendungen erleichtern und so zur Etablierung nachhaltiger Lösungen in der Praxis beitragen.

Einblick ins Projekt

Ein kleines, durchsichtiges Glasgefäß mit einer gelben Flüssigkeit steht auf einem weißen Labortisch.  Es befinden sich weitere Glasgeräte, wie Erlenmeyerkolben und Reagenzgläser, im Hintergrund.
© Fraunhofer IST
Recycling von CCMs aus PEM-Brennstoffzellen. Hier: Platinlösung
Zwei durchsichtige Glasgefäße, gefüllt mit dunklen, zerkleinerten Materialien, stehen nebeneinander. Die Gefäße sind mit blau eingefassten Deckeln verschlossen. Auf den Gefäßen sind Notizen und Markierungen zu erkennen. Das Material in den Gläsern sieht unterschiedlich aus, wobei ein Gefäß dunkleres Material und das andere etwas helleres Material enthält. Die Gefäße sind auf einem weißen Untergrund angeordnet und füllen einen Großteil des Bildes aus.  Das Bild zeigt eine Aufnahme von zwei Glasbehältern, die jeweils mit einem dunklen, zerkleinerten Material gefüllt sind. Die Gefäße stehen nebeneinander und sind mit blau eingefassten Deckeln verschlossen. Auf den Gefäßen sind Notizen und Markierungen zu erkennen.  Das Material in den Gläsern sieht unterschiedlich aus.  Der künstlerische Stil ist dokumentarisch und konzentriert sich auf die Darstellung der Materialien und der entsprechenden Etikettierungen.  Die Umgebung ist hell und unauffällig, mit einem Hintergrund, der vage industrielle Elemente zeigt. Das Licht scheint gleichmäßig auf die Gefäße zu fallen, ohne starke Schatten oder besondere Lichteffekte. Die Stimmung des Bildes ist sachlich und neutral. Im Hintergrund befindet sich eine Sichteranlage (im Hintergrund) und deren Produktfraktionen (im Vordergrund).
© Fraunhofer IST
Mechanisches PEM-Brennstoffzellen-Recycling. Hier: Sichteranlage (im Hintergrund) und deren Produktfraktionen (im Vordergrund).

Das Projekt H2GO – ST2P (03B11027D) wird vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) im Rahmen der BMDV-Förderrichtlinie Elektromobilität gefördert. Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und vom Projektträger Jülich (PtJ) durchgeführt.

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