Nachhaltiger Konsum von Elektrogeräten

Dies ist ein globales Problem. In 2019 sind weltweit knapp 54 Millionen Tonnen Elektroschrott angefallen. Bis zum Jahr 2030 könnte die weltweite jährliche Elektroschrott-Produktion schon auf 74 Millionen Tonnen ansteigen. Recycelt wird nur ein Bruchteil aller Elektrogeräte. Ein Großteil – über 80 % – des E-Waste landet auf Deponien oder in der Müllverbrennung. Und mit ihm die darin enthaltenen Materialien: Wertvolle Edelmetalle oder seltene Erden bleiben ungenutzt. Gefährliche Chemikalien und Schadstoffe können in die Umwelt gelangen. Zu einem geringen Teil wird Elektroschrott von Hand zerlegt. Hohe Kosten und der zunehmende Mangel an Arbeitskräften machen dies jedoch immer unattraktiver.

Im Projekt iDEAR entwickelt das Fraunhofer IFF Lösungen für die effiziente Demontage von Elektrogeräten und für die Wiederaufbereitung und Wiederverwertung von Materialien. Ziel ist es, keine Rohstoffe zu verschwenden und wertvolle Ressourcen länger im Umlauf zu halten. So entsteht eine Kreislaufwirtschaft, die elementar für nachhaltigen Konsum ist. Im Projekt werden Elektroaltgeräte automatisiert demontiert. Jedes Jahr fallen Millionen Tonnen Elektroschrott an, aber nur ein Bruchteil davon wird effizient recycelt. Durch den Einsatz fortschrittlicher Robotik, künstlicher Intelligenz und von maschinellem Lernen wird der Recyclingprozess optimiert und es werden wertvolle Rohstoffe zurückgewonnen. Die Technologie des Fraunhofer IFF ermöglicht es, Geräte präzise zu zerlegen und einzelne Komponenten für die Wiederverwertung zu extrahieren, was sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile bietet.

Fraunhofer IFF verbessert Recyclingprozess

Dabei werden Materialwissenschaft, Messtechnik, Robotik und künstliche Intelligenz zu einem intelligenten System für automatisierte und zerstörungsfreie Demontageprozesse verbunden – die Grundlage für ein zertifizierbares und geschlossenes Abfallmanagementsystem.

• Automatisierte Identifikation von Baugruppen: Präzise 3D-Kameras und optische Sensorsysteme erfassen Labels, Produktnummern, Bauteile und Verbindungselemente. Machine-Learning-Algorithmen und künstliche Intelligenz analysieren die Sensordaten, erkennen Materialien und bewerten den Zustand der Bauteile.
• Individuelle Bewertung und digitale Demontageplanung: Jedes Gerät wird individuell begutachtet. Auf Basis der gewonnenen Daten werden Demontagepläne erstellt, die den optimalen Ablauf festlegen. Diese Sequenzen können flexibel an unterschiedliche Produkttypen angepasst werden.
• Robotergestützte Demontage: Die hohe Präzision und Geschwindigkeit von Robotersystemen bei der Demontage führen zu einer verbesserten Rückgewinnung von Materialien und Bauteilen. Im Vergleich zu herkömmlichen Demontageverfahren können robotergestützte, rationalisierte Prozesse zur Materialgewinnung und -rückgewinnung Zeit, Geld und Ressourcen sparen. Der Fokus liegt dabei auf der Reduzierung des Engineeringaufwands für die Programmierung der Roboter. Ein speziell entwickelter Roboter entnimmt Bauteile durch adaptive Bewegungsstrategien. Die Kombination von Reinforcement Learning und Imitation Learning ermöglicht es, komplexe Aktionen wie das Entnehmen von Mainboards aus PC-Gehäusen präzise und effizient auszuführen.
• Datenbasierte Wissensplattform: Ein "Demontage-Hub" speichert Erfahrungswerte und Prozessdaten in einer digitalen Verwaltungsschale. So können Demontageprozesse optimiert und auf weitere Geräteklassen übertragen werden.
• Geschäftsmodelle, Ökosysteme und Versorgungsketten: Wir betrachten den Lebenszyklus von Elektroaltgeräten von der Sammlung bis zum Recycling, um die Transparenz von Elektroschrottströmen zu verbessern. Darüber hinaus untersuchen wir die energetischen Aspekte des Recyclings, um Reststoffe, die nicht in neuen Produkten wiederverwendet werden können, möglichst effizient energetisch zu nutzen.

Erste Ergebnisse der automatisierten Demontage

Im ersten Schritt wurden bereits erfolgreiche Testdemontagen an PCs durchgeführt. Dabei konnten Geometrie, Material und Verbindungselemente der Geräte genau identifiziert und die Demontageprozesse durch den Roboter präzise ausgeführt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Weiterentwicklung der Methoden ein, die zukünftig auch auf größere Elektrogeräte übertragbar sein sollen.

Ziele und nächste Schritte

Der nächste Meilenstein im Projekt ist die Integration aller Teilprozesse in einen Demonstrator, der die Verkettung automatisierter Demontageprozesse realisiert. Damit soll gezeigt werden, wie Automatisierung und KI-basierte Entscheidungsfindung in der Praxis zusammenwirken können. Perspektivisch sollen die entwickelten Technologien in realen Industrieumgebungen erprobt und für verschiedene Produktklassen weiter optimiert werden.

Erwartete Projektergebnisse

• Demonstrator für die Demontage von Elektroaltgeräten, bei dem alle technologischen Entwicklungen integriert sind. Dieser wird die Verkettung manueller und automatisierter Demontageprozesse darstellen.

Anschauungsvideo: iDEAR - Automatisierte Demontage von Elektroschrott