Số lượng ô tô điện được bán ra ngày càng tăng, kéo theo số lượng động cơ điện được sản xuất cũng tăng lên. Khi hết thời gian sử dụng, những động cơ điện này sẽ được cắt nhỏ và tái chế. Các thành phần và cụm riêng lẻ không thể được tái sử dụng. Cho đến nay, vẫn thiếu các chiến lược duy trì giá trị bền vững để tái sản xuất và tái chế động cơ điện như một phần của nền kinh tế tuần hoàn hiện đại.
Dự án REASSERT nhằm mục đích phát triển một nguyên mẫu động cơ điện cho nền kinh tế tuần hoàn. Tín dụng: Schaeffler
Trong dự án REASSERT, các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Sản xuất và Tự động hóa Fraunhofer IPA đang hợp tác cùng các đối tác trong ngành để theo đuổi các khái niệm khác nhau về sửa chữa, tái sản xuất và tái sử dụng động cơ điện cũng như các thiết kế mới cho nền kinh tế tuần hoàn.
Quá trình điện khí hóa hệ thống truyền động không ngừng được tiến triển. Động cơ điện được sử dụng chứa các nguyên liệu thô có giá trị như đồng cũng như kim loại đất hiếm như neodymium, loại kim loại mà Trung Quốc gần như độc quyền và không thể phục hồi bằng các phương pháp tái chế hiện tại. Vì vậy, việc mở rộng giai đoạn sử dụng của động cơ ngày càng trở nên quan trọng. Hơn nữa, nguyên liệu thô được sử dụng có lượng khí thải carbon lớn hơn so với động cơ đốt trong. Vì lý do này, điều quan trọng là phải kéo dài thời gian sử dụng của những động cơ này.
Julian Große Erdmann, nhà khoa học tại Viện Kỹ thuật Sản xuất và Tự động hóa Fraunhofer IPA ở Bayreuth, cho biết: “Các chiến lược duy trì giá trị đổi mới mang lại tiềm năng đáng kể cho việc giảm phát thải về mặt bền vững”. Là một phần của dự án REASSERT, các nhà nghiên cứu đang hợp tác với Schaeffler (người đứng đầu tập đoàn), Viện Công nghệ Karlsruhe, BRIGHT testing GmbH, iFAKT GmbH và Riebesam GmbH & Co. KG để phát triển các phương pháp cải tiến nhằm tái sản xuất động cơ điện và tái sử dụng chúng trong xe cộ.
Họ tập trung vào các chiến lược duy trì giá trị của việc tái sử dụng, sửa chữa, tái sản xuất và tái chế nguyên liệu thô. Đây là những yếu tố then chốt của nền kinh tế tuần hoàn, cho phép giảm tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên và giảm thiểu chất thải.
Giảm tác động môi trường
Hiện nay, tái chế nguyên liệu thô là chiến lược duy trì giá trị đã được thiết lập. Thông qua các phương pháp tái chế thủ công hoặc tự động, các vật liệu như đồng và nhôm nói riêng sẽ được thu hồi. Động cơ điện kéo được tháo rời, cắt nhỏ, phân loại thành các phần vật liệu riêng lẻ và nấu chảy cho mục đích này. Tuy nhiên, vật liệu tái chế, thường bị ô nhiễm, không thể sử dụng cho các ứng dụng động cơ nữa và các bộ phận và cụm lắp ráp riêng lẻ sẽ bị phá hủy. Do đó, tái chế nguyên liệu thô chỉ nên được chọn là phương sách cuối cùng để tái chế và thay thế bằng các chiến lược bảo tồn giá trị chất lượng cao như tái sử dụng, sửa chữa, tái sản xuất và tái chế vật liệu.
Große Erdmann giải thích: “Chúng tôi muốn thiết lập một hệ thống khép kín trong đó các nguồn tài nguyên có giá trị được tái sử dụng nhằm loại bỏ sự phụ thuộc vào nhập khẩu nguyên liệu thô và giảm thiểu việc khai thác nguyên liệu thô”. Các đối tác của dự án xác định việc tái sử dụng là việc tái sử dụng toàn bộ động cơ cho mục đích sử dụng thứ cấp và sửa chữa như việc thay thế các bộ phận và cụm lắp ráp bị lỗi. Trong quá trình "tái sản xuất", tất cả các bộ phận đều được tháo rời, làm sạch, tân trang và lắp ráp lại.
Nhà nghiên cứu giải thích thêm: “Với những chiến lược này, cần ít nguyên liệu thô hơn như đất hiếm, đồng và các loại khác, có lẽ chỉ dành cho các phụ tùng thay thế”. Để tái chế nguyên liệu thô, các đối tác của dự án có kế hoạch tháo rời động cơ và phân loại các nguyên liệu riêng lẻ trước khi băm nhỏ. Các đối tác của dự án đang sử dụng động cơ tham chiếu từ lĩnh vực xe khách để phân tích và lựa chọn chiến lược duy trì giá trị nào sẽ được sử dụng trong một ứng dụng nhất định.
Xây dựng chuỗi quy trình từ kiểm tra đầu vào đến kiểm tra cuối dây chuyền
Dự án bao gồm việc thiết lập một quy trình hoàn chỉnh, mỗi bước đều có thiết bị trình diễn và thử nghiệm riêng—từ kiểm tra nội bộ để phân loại động cơ đến tháo rời, khử từ, làm sạch, chẩn đoán thành phần và tái sản xuất, cho đến lắp ráp lại và cuối dây chuyền thử nghiệm, trong đó chức năng của động cơ được đánh giá.
"Ví dụ, trong quá trình này, vỏ động cơ bị mài mòn nhẹ có thể được phân loại để tái sử dụng và nếu cần, được tân trang lại bằng quy trình gia công để đảm bảo chức năng. Tùy thuộc vào chiến lược bảo toàn giá trị đã chọn, các bước quy trình và chuỗi khác nhau có liên quan, do đó, nỗ lực phục hồi có thể khác nhau," kỹ sư giải thích.
Một ví dụ về một trong những thách thức của việc này là việc tháo rời và tái sử dụng vật liệu từ tính từ động cơ. "Một rôto có nam châm vĩnh cửu khó tháo rời thành các bộ phận của nó ngay cả trong quá trình tháo gỡ thủ công do lớp phủ và liên kết của nam châm. Ở đây, mục tiêu là thiết lập các phương pháp tháo gỡ không phá hủy."
Công cụ ra quyết định AI giúp lựa chọn chiến lược duy trì giá trị
Một công cụ AI được phát triển như một phần của dự án giúp chọn chiến lược duy trì giá trị tốt nhất cho một ứng dụng nhất định. Nó có quyền truy cập vào sản phẩm và xử lý dữ liệu cho động cơ điện, dữ liệu này được lưu trong bản song sinh kỹ thuật số.
Kiến thức thu thập được trong dự án sẽ được sử dụng để thiết kế động cơ điện mới. Mục tiêu là phát triển một động cơ nguyên mẫu cho nền kinh tế tuần hoàn có thể dễ dàng tháo rời và có thể dễ dàng áp dụng bốn chiến lược bảo toàn giá trị đã đề cập.
