Das europäische Forschungsprojekt FlexCycle (Flexible Robotic Automation Techniques for Soft Materials Recycling) entwickelt Robotik- und KI-Systeme für das Recycling flexibler Materialien. Das Projekt wird im EU-Programm Horizon Europe gefördert und verfügt über ein Budget von 7,5 Millionen Euro. Insgesamt sind zwölf Partner aus sechs Ländern beteiligt. Während der vierjährigen Projektlaufzeit entstehen autonome Systeme, die komplexe Produkte wie Kleidungsstücke, elektrische Kabel oder Komponenten aus Brennstoffzellen identifizieren, zerlegen und wertstoffhaltige Bestandteile zurückgewinnen können.
Robotik für verformbare Materialien
Automatisierte Systeme in der industriellen Produktion sind überwiegend auf starre Bauteile ausgelegt. Flexible Materialien reagieren dagegen auf mechanische Einwirkungen mit unvorhersehbaren Formveränderungen. Dadurch wird das Greifen, Positionieren und Zerlegen für konventionelle Robotersysteme erschwert.
FlexCycle entwickelt daher robotische Werkzeuge und KI-Modelle, die flexible Strukturen erkennen und deren Verhalten während der Bearbeitung berücksichtigen können. Ziel ist es, Materialstrukturen automatisiert zu identifizieren, zu handhaben und zu demontieren. Die Systeme werden anhand verschiedener Anwendungsfälle entwickelt und getestet.
Drei Anwendungsbereiche im Fokus
Im Bereich Brennstoffzellen konzentriert sich das Projekt auf Proton-Exchange-Membranen. Diese flexiblen Bauteile enthalten unter anderem edelmetallhaltige Katalysatoren sowie fluorierte Materialien. Robotergestützte Demontageverfahren sollen eine sichere Extraktion der Membranen ermöglichen und die Rückgewinnung von Edelmetallen unterstützen. Gleichzeitig werden Ansätze zur Behandlung PFAS-haltiger Materialien untersucht.
Im Textilbereich werden KI-Modelle entwickelt, die Strukturelemente von Kleidungsstücken erkennen. Dazu gehören Nähte oder Befestigungselemente wie Knöpfe und Reißverschlüsse. Durch die automatisierte Entfernung dieser Komponenten sollen textile Materialien für eine weitere stoffliche Verwertung aufbereitet werden.
Ein weiterer Anwendungsfall betrifft elektrische Kabel aus der Entsorgung. Kabel treten häufig als verschlungene Bündel auf, wodurch eine gezielte Sortierung erschwert wird. Robotersysteme sollen einzelne Leitungen identifizieren, isolieren und anschließend automatisiert von ihren Isolierschichten trennen, um Metalle wie Kupfer zurückzugewinnen.
Beiträge der Fraunhofer-Institute
Innerhalb des Konsortiums arbeiten die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS sowie das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF an der Verwertung technischer Membranen aus Brennstoffzellen.
Das Fraunhofer IWKS untersucht Verfahren zur Rückgewinnung edelmetallhaltiger Katalysatormaterialien aus Proton-Exchange-Membranen. Ziel ist es, Rohstoffe wie Platin aus ausgedienten Brennstoffzellen zurückzuführen und deren stoffliche Nutzung zu verbessern.
Das Fraunhofer LBF befasst sich mit der Kreislaufführung fluorhaltiger Membranmaterialien. Im Mittelpunkt stehen perfluorierte Ionomere wie Nafion. Untersucht werden Verfahren der chemischen Auflösung sowie Ansätze zur Depolymerisation, um diese Materialien für eine weitere Nutzung aufzubereiten.
Technologischer Ansatz und Demonstratoren
Der technologische Ansatz von FlexCycle kombiniert flexible Robotikkomponenten mit KI-basierter Modellierung. Adaptive Hard- und Softwaremodule sollen die Übertragbarkeit der entwickelten Methoden auf unterschiedliche industrielle Anwendungen ermöglichen.
Im Verlauf des Projekts entstehen Demonstratoren für alle drei Anwendungsbereiche. Sie dienen dazu, die automatisierte Demontage flexibler Materialien unter praxisnahen Bedingungen zu testen und die Übertragbarkeit der Technologien auf industrielle Recyclingprozesse zu prüfen.
Europäisches Konsortium
Koordiniert wird das Projekt vom Istituto Italiano di Tecnologia. Neben den Fraunhofer-Instituten beteiligen sich unter anderem das Jožef Stefan Institute, die Georg-August-Universität Göttingen, die Technische Universität München, die Vytautas Magnus University, qb robotics, Electrocycling, Symbio sowie OSIT Impresa. Ziel des Konsortiums ist die Entwicklung automatisierter Technologien für das Recycling flexibler Materialien in der europäischen Kreislaufwirtschaft.
