Das EU-Forschungsprojekt FlexCycle hat das flexibles Recycling von Textilien, Kabeln und Brennstoffzellenmembranen als Ziel, das bislang an der schwer handhabbaren Struktur dieser Materialien scheiterte. Mit einem Budget von 7,5 Millionen Euro und zwölf Partnern aus sechs Ländern soll innerhalb von vier Jahren eine Grundlage für industrietaugliche Recyclingprozesse flexibler Materialien geschaffen werden. Koordiniert wird das Projekt vom Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) im Rahmen des EU-Programms Horizon Europe.
Weiche und verformbare Materialien lassen sich mit herkömmlicher Robotik nicht zuverlässig verarbeiten, weil sie ihre Form unter Handhabungsdruck verändern und sich nicht eindeutig positionieren lassen. FlexCycle (Flexible Robotic Automation Techniques for Soft Materials Recycling) setzt daher auf adaptive Endeffektoren sowie KI-Modelle, die flexible Strukturen identifizieren, klassifizieren und gezielt demontieren können. Die entwickelten Systeme sollen so ausgelegt sein, dass sie auf verschiedene industrielle Sektoren übertragbar sind.
Drei Anwendungsbereiche für das flexibles Recycling von Sondermaterialien
Brennstoffzellenmembranen, Textilien und Kabel bilden die drei Anwendungsschwerpunkte, in denen FlexCycle Demonstratoren entwickelt. Jeder dieser Bereiche stellt die Automatisierung vor spezifische physische und sicherheitstechnische Anforderungen, die im Projekt getrennt adressiert werden.
Bei der Demontage von PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane) stehen zwei Aspekte im Vordergrund: die sichere Extraktion der Membranen sowie die hocheffiziente Rückgewinnung edelmetallhaltiger Katalysatormaterialien, darunter Platin. Da die flexiblen Membranen gesundheitsschädliche Substanzen enthalten, ist eine manuelle Handhabung mit erhöhtem Gesundheitsrisiko verbunden. Parallel dazu werden fluorhaltige Membranen wie Nafion, ein perfluoriertes Ionomer, durch Verfahren wie die chemische Auflösung in Lösungsmittelsystemen mit anschließendem Recasting oder durch Depolymerisation in den Kreislauf zurückgeführt, um ökologische Risiken und regulatorische Anforderungen zu adressieren. Bei Textilien liegt die Herausforderung in der unvorhersehbaren Geometrie von Kleidungsstücken: KI-Systeme werden darauf trainiert, Nähte und Merkmale zu erkennen, um Zubehörteile wie Knöpfe und Reißverschlüsse präzise zu entfernen und die Grundstoffe für die Wiederverwendung freizulegen. Kabel wiederum treten in der Entsorgung oft als verhedderte Bündel auf; die Robotersysteme müssen ein Zielkabel isolieren und die Isolierschichten automatisiert abtrennen, um Kupfer und andere Metalle zurückzugewinnen.
Fraunhofer IWKS und Fraunhofer LBF übernehmen Kernaufgaben bei Membranen
Innerhalb des Konsortiums tragen zwei Fraunhofer-Einrichtungen die fachliche Verantwortung für die Verwertung technischer Membranen. Die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS, mit Standorten in Hanau und Alzenau, konzentriert sich auf den PEM-Brennstoffzellen-Use-Case und bringt ihre Expertise in der Rückgewinnung edelmetallhaltiger Katalysatormaterialien ein, mit dem Ziel, wertvolle Ressourcen wie Platin im Kreislauf zu halten und die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzellentechnologie zu stützen.
Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF widmet sich der Kreislaufführung von PFAS-haltigen Materialien wie Nafion und erarbeitet Verfahren zur chemischen Auflösung sowie zur Depolymerisation dieser Stoffe. Neben den beiden Fraunhofer-Instituten und dem koordinierenden IIT gehören zum Konsortium das Jožef Stefan Institute, die Georg August Universität Göttingen, die Technische Universität München, die Vytautas-Magnus-University, qb robotics Srl, Electrocycling GmbH, Symbio SAS sowie OSIT Impresa S.p.A. Die Projektlaufzeit beträgt vier Jahre, in denen für alle drei Anwendungsbereiche Demonstratoren entstehen sollen.
