Das Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling beschäftigt sich mit angewandter Forschung in den Bereichen der extraktiven Metallurgie (sowohl Pyro- als auch Hydrometallurgie), Metallveredelung und Elektrolyse sowie dem Recycling von Metallen aus diversen Abfallströmen. In diesem Rahmen werden Prozesse mit optimiertem Ressourceneinsatz und unter Berücksichtigung kritischer Abfallströme entworfen und weiterentwickelt. Auf Grund des wachsenden öffentlichen und politischen Interesses am Batterie-Recycling hat das IME bereits seit 1999 systematisch optimale pyro- und hydrometallurgische Recyclingkonzepte für alle gängigen Batteriesysteme untersucht.

Projektbeteiligungen

Der Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik am ISEA der RWTH Aachen forscht an der Schnittstelle zwischen Material- und Zellentwicklung einerseits und mobilen und stationären Batterieanwendung andererseits. Schwerpunkte sind Untersuchung und quantitative Modellierung von Alterungsprozessen und Lebensdauererwartung, Batteriediagnostik in Hardware und Software, Batteriepackdesign, Integration von Batteriesystemen in Fahrzeuge aller Art und in Stromnetze für USV-Funktionen, Netzstabilisierung und Integration erneuerbarer Energien. Die Arbeitsgruppe betreibt eigene Demonstrationsanlagen und Fahrzeuge zur Erprobung von Batterien sowie ein vollausgestattetes Labor zur Durchführung von Post-Mortem-Untersuchungen. Das ISEA ist Partner im Helmholtz-Institut Münster (HI MS) des Forschungszentrums Jülich und hat die wissenschaftliche und organisatorische Leitung des „Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction for Electrochemical and Power Electronic Systems (CARL)“ inne, für das sich der von Land und Bund finanzierte Forschungsbau aktuell im Bau befindet. Er bietet einmalige interdisziplinäre Forschungsmöglichkeiten Möglichkeiten für die Untersuchung von Alterungsprozessen, Lebensdauer und Zuverlässigkeit zusammen mit Instituten der Elektrotechnik, des Maschinenbaus, der Werkstoffwissenschaften, der Chemie, der Physik, der Informatik und der Mathematik.

Im Cluster greenBatt ist das ISEA am Clusterbegelitprojekt greenBattNutzung beteiligt. Ziel der Arbeiten des ISEA in diesem Projekt ist die Konsolidierung und Aufbereitung bestehenden Wissens im Bereich von 2nd-Use-Konzepten und der damit verbundenen Anforderungen zur Erarbeitung eines Leitfadens zur ökonomischen und ökologischen Bewertung von 2nd-Use-Szenarien. Dies soll insbesondere durch die Entwicklung von Open-Source-Tools geschehen. Bei der Erarbeitung dieser Fragestellungen kann das ISEA auf weitreichende Vorarbeiten im Bereich der Untersuchung von Batteriealterungsmechanismen aus Projekten wie eperformance, MEET-HiEnD I – III, openBat und Raffzyklen zurückgreifen. Zudem bestehen tiefgehende Erfahrungen im Bereich der Batteriesystemmodellierung aus Projekten wie Everlasting, DUETT und HV Modal. Zudem forscht das ISEA intensiv an Themen der gesamtsystembewertung von Batteriesystemen in Projekten wie BOB-LKW, Eliptic, ZeEUS und E2Fuels. Durch die Position von Prof. Dr. rer. nat. Dirk Uwe Sauer als Clustersprecher des Clusters Batterienutzungskonzepte engagiert sich das ISEA zudem für die clusterübergreifenden Vernetzung.

Projektbeteiligungen

greenBattNutzung

Die Aktivitäten des Lehrstuhls „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen behandeln alle Fragestellungen rund um das Themenfeld elektrifizierte Mobilität, insbesondere in Bezug auf die Komponenten der Elektromobilität. Neben der Betrachtung der Produktion, Entwicklung und dem Recycling von (Traktions-)Batterien werden am Lehrstuhl auch die Produktion von Elektromotor und Brennstoffzelle erforscht. Wichtig dabei ist die Integration der Forschung in mögliche praktische Anwendungen. Schlüsselelemente dafür sind die praxisnahe Forschung und deren Umsetzung in der Industrie. Kompetenzen in diesen Bereichen konnten durch zahlreiche Forschungsprojekte aufgebaut werden. Angegliedert an das PEM ist auch das eLAB. Im eLAB können, gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtungen, sowohl Komponenten als auch Fahrzeuge aufgebaut und neuesteTechnologien erforscht und erprobt werden.

Projektbeteiligungen

DemoSens

Der Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik der Aachener Verfahrenstechnik (AVT.FVT) der RWTH Aachen University beschäftigt sich mit der Auftrennung und Reinigung von Komponenten in fluiden Gemischen. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt auf der Weiterentwicklung von Niedrig-Energie-Trennverfahren, wie der Extraktion, Kristallisation, Adsorption und Chromatographie. Insbesondere werden innovative Methoden für das Design und die Optimierung einzelner verfahrenstechnischer Grundoperationen entwickelt – von der Erforschung grundlegender Phänomene bis hin zur Umsetzung vollständiger Trennsequenzen. Dabei werden detaillierte experimentelle und simulative Untersuchungen kombiniert. Die Charakterisierung der physikalischen und chemischen Phänomene in den Trennprozessen wird hierbei durch hochauflösende online-Messtechnik unterstützt.

Im neuen Forschungsgebäude „Next Generation Processes and Products – NGP²“ wird eine Bioraffinierie im Pilot-Maßstab in Kooperation der AVT Lehrstühle und mit externen Partnern betrieben und u. a. die Nutzung von Reststoffströmen für die Herstellung von Plattformchemikalien untersucht. Mit diesem Forschungsschwerpunkt sollen neue Strategien für mehr Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz in Form von geschlossenen Stoffkreisläufen nach dem Konzept der Circular Economy entwickelt werden.

Innerhalb des Forschungsclusters greenBatt ist die AVT.FVT im Projekt AURRELIA vertreten. Aufgabe der AVT.FVT innerhalb des Projektes ist die Rückgewinnung des Lithiums aus einem organisch-wässrigen Prozessstrom in einem innovativen Prozess zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs). Im Sinne des Circular-Economy-Konzepts kann das gewonnene Lithium als Rohstoff für die Fertigung neuer LIBs wiederverwendet werden. Dieser neuartige Ansatz bietet darüber hinaus das Potenzial der Rückgewinnung des LIB-Elektrolyten, welche in etablierten Prozessen nicht weiter berücksichtigt wird. Mit der Aufbereitung der beteiligten wässrigen Phase und deren Rückführung in vorgeschaltete Prozessschritte wird insgesamt ein Zero-Waste-Ansatz verfolgt. Gemeinsam mit den anderen Projektpartnern erfolgt der Übertrag der gesammelten Erkenntnisse in den Pilotmaßstab.

Projektbeteiligungen

AURRELIA (Leitung)

Der Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (AVT.CVT) an der RWTH Aachen wird seit 2010 von Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling geleitet. Die Kernkompetenz des Lehrstuhls liegt in der Entwicklung und Anwendung von innovativen Membrantechniken für aktuelle globale Herausforderungen. Die Forschungsprojekte der AVT.CVT sind in sieben Gruppen unterteilt: Gas (Gastrennung), Electrons to Chemicals (elektrochemische Synthese von Plattform- und Feinchemikalien), interactive surface fabrication (interaktive Oberflächen aus neuartigen Materialien), Ion Transport (ionenselektive Prozesse zur Entsalzung und Salzrückgewinnung), Wasser (Abwasserbehandlungs- und Wasseraufbereitungsverfahren), Mikrofluidik und Numerics (Simulation und Optimierung von komplexen Membranprozessen). In allen Forschungsfeldern werden Untersuchungen im Bereich der Grundlagenforschung als auch Anwendungsstudien im Labormaßstab bis hin zur Pilotierung durchgeführt.

Eine Kernkompetenz der Arbeitsgruppen am AVT.CVT liegt in der Entwicklung innovativer Materialien und Prozesse für elektrochemische Anwendungen. Die breitgefächerte Ausrichtung der Forschung und der Austausch verschiedener Disziplinen innerhalb des Lehrstuhls und die enge Kooperation mit dem DWI ‐ Leibniz‐Institut für Interaktive Materialien in Aachen führen zur Entstehung neuer Ideen und Innovationen, so auch im Bereich der membranbasierten Reinigung von wässrigen Lösungen und Aufkonzentrierung von metallischen Ionen. Im greenBatt Projekt AURRELIA sollen unterschiedliche Membranprozesse zum Einsatz kommen, um wertvolle Bestandteile der Altbatterien aufzuarbeiten, abzutrennen und ggf. wiederzuverwerten. Die Gruppe kann hier bereits auf umfangreiche Forschung im Bereich der Nanofiltration und der kapazitiven Deionisierung mit Fließelektroden (FCDI) zurückblicken.

Projektbeteiligungen

AURRELIA

Das Institut für Unternehmenskybernetik e.V. (IfU) ist ein gemeinnütziges, unabhängiges, branchen-übergreifendes und interdisziplinäres Forschungs- und Entwicklungsinstitut an der RWTH Aachen auf dem Gebiet der Wirtschafts- und Sozialkybernetik und der mobilen Robotik. Das Teilgebiet der Mobilen Robotik beschäftigt sich hierbei insbesondere mit der Autonomie und Navigation von mobilen Robotersystemen und mobilen Manipulatoren in teil- und unstrukturierten Umgebungen. Appliziert und evaluiert werden diese Systeme in Anwendungsgebieten wie der Intralogistik, der Produktion, auf Baustellen, im Service-Bereich (z.B. in der Altenpflege) und auf Straßen, Gehwegen und in Parkanlagen. Ein Forschungsgebiet stellen hierbei lernfähige Robotersysteme dar, welche unter Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens befähigt werden, komplexe Aufgaben durchzuführen (z.B. in der Montage).

Innerhalb des Projektes DemoSens bringt das Institut für Unternehmenskybernetik (IfU) e.V. seine Expertise in den Bereichen des maschinellen Lernens und lernfähiger Robotersysteme ein. Hierbei wird das Teilvorhaben der Entwicklung, Erprobung und Implementierung von Verfahren des maschinellen Lernens für die automatisierte Demontage von EV-Batteriesystemen durch selbstlernende Robotersysteme fokussiert. Der Forschungsansatz verfolgt das Ziel, durch lernfähige Robotersysteme unterschiedliche Komplexitätsgrade bei der Demontage zu automatisieren und dabei auch die Übertragbarkeit auf unterschiedliche EV-Batteriesystemen sicherzustellen. Die hierbei behandelten Forschungsthemen umfassen den Einsatz von Deep Learning zur semantischen Segmentierung von Batteriebauteilen, die automatisierte Griffpunkterkennung und den Einsatz von Reinforcement Learning, zum Erlernen von Bewegungsstrategien für einzelne Demontageschritte.

Projektbeteiligungen