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Remanufacturing-Forschung

Wir beteiligen uns regelmäßig an öffentlich geförderten Forschungsprojekten im Bereich Remanufacturing.

Ãœber das Projekt

Der Übergang zu Elektrofahrzeugen (EVs) beschleunigt sich, und Prognosen zufolge werden bis 2030 75 % der in Europa zugelassenen Neuwagen Elektrofahrzeuge sein. Diese Verlagerung wird durch Vorschriften vorangetrieben, die den schrittweisen Ausstieg aus Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in den wichtigsten Märkten vorsehen. Allerdings verursacht die Produktion von Elektrofahrzeugen derzeit 80 % mehr CO2-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE). Dies macht die Herstellungsphase zum größten Verursacher von Emissionen im Lebenszyklus von Elektrofahrzeugen, bietet aber auch die größte Chance zur Emissionsreduzierung.
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Um diesen Herausforderungen zu begegnen, werden über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg Design-for-Circularity-Strategien (DfC) entwickelt, um die Umweltauswirkungen der Herstellung von Elektrofahrzeugen zu minimieren. Trotz dieser Bemühungen führt die Vielfalt der EV-Designs zu uneinheitlichen Ergebnissen bei der Lebenszyklusanalyse (LZA), was den Vergleich und die Umsetzung effektiver DfC-Strategien in verschiedenen Fällen erschwert. Darüber hinaus behindern das Fehlen einer allgemein anerkannten Methodik und Probleme mit dem geistigen Eigentum (IPR) zwischen Erstausrüstern (OEMs) und Zulieferern die Austauschbarkeit von Technologien und Wissen.

ZEvRA bringt fünf große OEMs, führende europäische Universitäten, wichtige Akteure der Branche und drei Mitglieder der 2ZERO-Partnerschaft zusammen, um eine einheitliche Kreislaufwirtschaftsmethode zu demonstrieren. Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, die Produktionsprozesse zu standardisieren und zu optimieren und sicherzustellen, dass Technologien und Methoden in ganz Europa austauschbar und reproduzierbar sind.

ZEvRA wird durch fortschrittliche digitale Tools unterstützt und durch die Entwicklung eines vollständig kreislauffähigen Fahrzeugs validiert, das acht Prototyp-Komponenten integriert, die 84 % des gesamten Materialmixes im Automobilbereich ausmachen. Dieses Projekt nutzt den Škoda Enyaq als Grundlage für die Entwicklung und Erprobung neuer Technologien.

Die bahnbrechenden Innovationen von ZEvRA sollen die emissionsfreien Verfahren im Lebenszyklus und in der Wertschöpfungskette von Elektrofahrzeugen verbessern. Bis 2035 soll das Projekt den Lebenszyklus von mindestens 59 % der europäischen Elektrofahrzeuge positiv beeinflussen. Durch harmonisierte Methoden und gemeinsame Anstrengungen ist ZEvRA in der Lage, die Automobilindustrie in eine nachhaltigere und effizientere Zukunft zu führen.

Ziele

  • Auf den 9 Rs basierende „Design for Circularity“-Methodik

  • Validierung anhand von 8 Anwendungsfällen für emissionsfreies Fahren

  • Kreislaufwirtschaft: Ziel ist 0 % Neumaterial

  • Steigerung von Humankapital, Bewusstsein und Akzeptanz

  • Anpassung zirkulärer Automodelle

Ergebnisse

  • Harmonisierte Methode zur Messung der Zirkularität

  • Zunehmende Zirkularität, zirkuläre Designansätze: Wiederverwendung, Recycling und CRM-Rückgewinnung

  • Prüfstand für Circular-Car-Prototyp bereit

  • Verbesserte Fähigkeiten, Bewusstsein und Akzeptanz

  • Verbesserte Märkte für Sekundärrohstoffe

Auswirkungen

  • Herausforderung sauberer Straßenverkehr

  • Weltweite Führung

  • Innovative Demonstration

  • Nutzungsakzeptanz, verbesserte Luftqualität, mehr Kreislaufwirtschaft

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Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung EV

Dr. Thomas Hipke

Head of Business Unit Lightweight Construction, Textile Technologies and Circular Economy

Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU

Chemnitz, Germany

e-mail: zevra@iwu.fraunhofer.de

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Dieses Projekt wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101058756 aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe der Europäischen Union gefördert.

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Koordinator

Politecnico di Milano
POLIMI
Prof. Gianmarco Griffini
Außerordentlicher Professor, Materialwissenschaft und -technologie
E-Mail: gianmarco.griffini@polimi.it

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Dieses Projekt wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101058756 aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe der Europäischen Union gefördert.

RECREATE_bei_Rematec

Motivation

Unser Ziel ist es, der europäischen Fertigungsindustrie einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen, indem wir innovative Technologien entwickeln, die die Kreislaufwirtschaft komplexer Verbundwerkstoffe ermöglichen und das, was wir heute als Verbundwerkstoff-Abfall betrachten, in profitablen Rohstoff verwandeln.

Ziele

Das Hauptziel des RECREATE-Projekts ist die Entwicklung einer Reihe innovativer Technologien, die darauf abzielen, das Potenzial komplexer Verbundwerkstoffabfälle am Ende des Lebenszyklus (hauptsächlich kohlenstofffaserverstärkte und glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe) als Ausgangsmaterial für die rentable Wiederverwendung von Teilen und Materialien in der verarbeitenden Industrie zu nutzen. Der Markt für Verbundwerkstoffe in der EU wird in den nächsten Jahren mit einer jährlichen Wachstumsrate von 7,5 % voraussichtlich stetig wachsen. Die Gesetzgebung verbietet in vielen Ländern schrittweise die Deponierung, und die Menge der zu recycelnden und wiederzuverwendenden Verbundwerkstoffabfälle nimmt zu und wird im Jahr 2025 voraussichtlich 80.000 Tonnen überschreiten, was ein riesiges Potenzial für die verarbeitende Industrie in der EU darstellt. Auf der anderen Seite steigt die Marktnachfrage nach Hochleistungsfaserwerkstoffen (insbesondere Kohlenstoff) zu erschwinglichen Kosten in vielen Sektoren wie der Automobilindustrie und dem Transportwesen sowie allgemein im Bereich des Leichtbaus. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass sich neue Technologien entwickeln und in die Wertschöpfungsketten der Schlüsselindustrien eindringen. Diese neuen Technologien sollten in erster Linie die stärker verfestigte mechanische Zerkleinerung und Pyrolyse ersetzen, um die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Materialien und Komponenten zu ermöglichen, ohne das Downcycling zu gefährden. Es besteht ein enormes Potenzial für die Replikation und Multiplikation der RECREATE-Lösung im weltweiten Maßstab. Durch seine Demonstratoren wirkt sich RECREATE direkt auf 70 % der Verbrauchssektoren für Verbundwerkstoffe aus (der Markt für Verbundwerkstoffe in der EU belief sich 2019 auf 16 Mrd. EUR und wuchs weltweit um 8,8 % (CAGR 2021-2025), einschließlich Transportwesen (14 % des Wertes, vertreten durch EDAG), Windenergie (14 %, vertreten durch RES-T), Luft- und Raumfahrt (15 %, vertreten durch Invent und Geven) und Konsumgüter (24 %), wobei Head unser Hauptdemonstrator ist. Was die geografische Verteilung der Verwendung von Verbundwerkstoffen in der Fertigung angeht, so deckt RECREATE 90 % des europäischen Marktes ab.Vor dem Hintergrund dieser Überlegungen ist das Ziel des RECREATE-Projekts:

  • Entwicklung und Validierung neuartiger Wiederverwendungsstrategien für große EoL-Verbundwerkstoffteile der aktuellen Generation (einschließlich komplexer Multimaterial-Verbundwerkstoffe) in einem relevanten Umfeld (TRL6) auf der Grundlage intelligenter Erkennungs- und Inspektionsverfahren für die Sortierung (Laser Induced Breakdown Spectroscopy - LIBS), hochpräzise Demontage (Laserschock) und Reparatur, T-unterstützte Umformung, Design für Demontage auf der Grundlage reversibler Verbindungen, KI-unterstützte Entscheidungshilfesysteme;

  • Entwicklung und Validierung innovativer physikalisch-chemischer Upcycling-Technologien (katalysatorgestützte grüne Solvolyse, Elektrofragmentierung) in einem relevanten Umfeld (TRL6), die die gleichzeitige Rückgewinnung hochwertiger, ganzer, sauberer Fasern und einer organischen Harzfraktion, die als Beschichtungsmaterial wiederverwendet werden kann, am Ende des Prozesses der mehrfachen Wiederverwendung von Teilen ermöglichen;

  • Demonstration des Einsatzes von intelligenten und umweltfreundlichen reversiblen Duroplastharzen bei TRL6 als Grundlage für die Realisierung der nächsten Generation von faserverstärkten Verbundwerkstoffen (FRC) mit leichterer Reparierbarkeit und verbesserter Wiederverwendbarkeit, wodurch der Übergang zu recycelbaren Verbundwerkstoffen und -strukturen erleichtert wird.

  • Darüber hinaus verfolgt RECREATE ein weiteres zentrales Ziel, nämlich die Entwicklung einer Reihe neuer digitaler Werkzeuge für:

  • Quantitative Bewertung der ökologischen und wirtschaftlichen Leistung der vorgeschlagenen Technologien (LCA/LCC) sowie Bewertung ihrer Kreislauffähigkeit;

  • Die Mitgestaltung innovativer digitaler Lernressourcen, einschließlich der Realisierung von MOOCS, Serious Games und digitaler Zwillinge einiger im Projekt entwickelter Spezialtechnologien, die leicht zu übernehmen und leicht zu reproduzieren sind.

  • Die Ziele und der Anspruch von RECREATE stehen in vollem Einklang mit den allgemeinen Anforderungen des Arbeitsprogramms Horizont Europa - Digital, Industrie und Weltraum 2021 und den spezifischen Anforderungen des Calls Horizon-CL4-2021-Resilience-01-01.

Ãœber das Projekt

Groß angelegte Demonstration neuer Wertschöpfungsketten für die Kreislaufwirtschaft auf Grundlage der Wiederverwendung von Faserverbundwerkstoffen am Ende ihrer Lebensdauer.
Glas- und kohlenstofffaserverstärkte Polymerverbundstoffe (GFK und CFK) werden aufgrund ihres geringeren Gewichts und ihrer Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu Metallen zunehmend als Strukturmaterialien in vielen Fertigungssektoren wie Transport, Bau und Energie eingesetzt. Das Recycling von Verbundstoffen ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Obwohl mechanisches Mahlen und Pyrolyse einen recht hohen Technologiereifegrad erreicht haben, ist die Deponierung von Altverbundstoffen immer noch weit verbreitet, da kein signifikanter Mehrwert bei der Wiederverwendung und Wiederaufbereitung von Verbundstoffen nachgewiesen werden kann.
FiberEUse (GA Nr. H2020-730323-1) zielt darauf ab, verschiedene Innovationsmaßnahmen durch einen ganzheitlichen Ansatz zu integrieren, um die Rentabilität des Recyclings und der Wiederverwendung von Verbundwerkstoffen in Mehrwertprodukten zu steigern. Durch neue cloudbasierte IKT-Lösungen für die Wertschöpfungskettenintegration, die Erkundung neuer Märkte, die Analyse gesetzlicher Hindernisse und die Lebenszyklusanalyse für verschiedene Optionen der Rücknahmelogistik wird FiberEUse die Industrie beim Übergang zu einem Kreislaufwirtschaftsmodell für Verbundwerkstoffe unterstützen. FiberEUse ist ein 9,8 Millionen Euro teures Forschungsprojekt, das seit Juni 2017 von der Europäischen Union gefördert wird und an dem 20 Partner aus 7 EU-Ländern beteiligt sind.

Ziele

(i) Die Integration innovativer Remanufacturing-Technologien zielt darauf ab, rentable Wiederverwendungsmöglichkeiten für mechanisch oder thermisch recycelte GFK- und CFK-Verbundstoffe zu entwickeln, die am Ende ihrer Lebensdauer entsorgt werden. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung, erhebliche Kostensenkungen und die Einhaltung der EU-Richtlinien bei gleichzeitiger Minimierung der Umweltauswirkungen. Es werden neue Wertschöpfungsketten geschaffen, die zur Realisierung mehrerer Demo-Fälle in verschiedenen Fertigungssektoren führen. Sie werden einer Ökobilanz (LCA, ISO 14044/44) und dem EU-Programm zur Überprüfung von Umwelttechnologien (ETV) unterzogen.
(ii) Entwicklung einer Innovationsstrategie zur Mobilisierung und Vernetzung von Interessenvertretern aus allen mit Verbundwerkstoffen in Zusammenhang stehenden Sektoren, von Erstausrüstern (OEMs) über Zulieferer der ersten Stufe, Logistikunternehmen, Technologieanbieter und -verwerter, Designer und Endnutzerverbände, und Bereitstellung einer Plattform für die Kommunikation und Verbreitung von Ergebnissen. Dies wird dazu beitragen, übergreifende Innovationshemmnisse zu überwinden, indem i) ein gemeinsamer Fahrplan für die Angleichung regionaler Gesetze, Vorschriften und Preismethoden entwickelt und ii) die wirtschaftlichen Vorteile und die Rentabilität der vorgeschlagenen Wiederaufbereitungsoptionen aufgezeigt werden. Dies wird auch einen Paradigmenwechsel in der Wahrnehmung vom einfachen „Recycling“ hin zur „Verwertung durch Wiederverwendung und Wiederaufbereitung“ fördern.

Anwendungsfälle

FiberEUse wird in großem Maßstab eine Reihe ökologisch und gleichzeitig wirtschaftlich rentabler Lösungen für die Behandlung und Aufwertung von Altverbundstoffabfällen aus verschiedenen Fertigungssektoren demonstrieren. Bei der Realisierung von drei groß angelegten Anwendungsfällen wird ein ganzheitlicher Ansatz auf Grundlage der synergetischen Nutzung verschiedener Basistechnologien umgesetzt. Jeder dieser großen Anwendungsfälle wird mehrere andere Demofälle generieren, um den Kreislauf des Verbundstofflebenszyklus in verschiedenen Industriesektoren aus Sicht der Kreislaufwirtschaft zu schließen. Es sind auch Verknüpfungen zwischen den verschiedenen Anwendungsfällen vorgesehen, um den Umfang der Kreislaufwirtschaft im Verbundstoffsektor weiter zu erhöhen.

Das Projekt basiert auf der Realisierung von drei Makro-Anwendungsfällen, die in acht Demonstratoren weiter detailliert dargestellt werden:
Anwendungsfall 1 (gelb im Bild unten): Mechanisches Recycling von kurzem GFK und Wiederverwendung in kundenspezifischen Anwendungen mit Mehrwert, darunter Möbel, Sport- und Kreativprodukte. Dabei kommen neue Fertigungstechnologien wie UV-unterstützter 3D-Druck und Metallisierung durch physikalische Gasphasenabscheidung zum Einsatz.
Anwendungsfall 2 (grün im Bild unten): Thermisches Recycling von Langfasern (Glas und Kohlenstoff) und Wiederverwendung in hochtechnologischen, hochbeständigen Anwendungen. Als Eingangsprodukt werden Altbauteile von Windkraftanlagen und der Luft- und Raumfahrt verwendet. Die Wiederverwendung von Verbundwerkstoffen im Automobilbau (ästhetische und strukturelle Komponenten) und im Bauwesen wird durch die Anwendung kontrollierter Pyrolyse und kundenspezifischer Wiederaufbereitung demonstriert.
Anwendungsfall 3 (blau im Bild unten): Inspektion, Reparatur und Wiederaufbereitung für EoL-CFK-Produkte in Hightech-Anwendungen. Adaptive Design- und Fertigungskriterien werden implementiert, um eine vollständige Demonstration der Kreislaufwirtschaft im Automobilsektor zu ermöglichen.
Mithilfe neuer Cloud-basierter IKT-Lösungen für die Integration der Wertschöpfungskette, die Erkundung neuer Märkte, die Analyse gesetzlicher Hindernisse und die Lebenszyklusanalyse verschiedener Optionen der Rücknahmelogistik wird FiberEUse die Industrie beim Übergang zu einem Kreislaufwirtschaftsmodell für Verbundwerkstoffe unterstützen.

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Politecnico di Milano
POLIMI
Prof. Marcello Colledani
Maschinenbau Abteilung

Labor für Technologie und Produktionssysteme
E-Mail: marcello.colledani@polimi.it

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Dieses Projekt wurde im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. H2020-730323-1 aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union gefördert.

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