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El desmontaje industrial de baterías hace que los coches eléctricos sean aún más sostenibles
Los coches eléctricos están en auge, pero, ¿qué pasa con todas las baterías gastadas? Fraunhofer IPA ha probado con éxito cómo funciona el desmontaje industrial de baterías con ayuda del KR QUANTEC de KUKA. El objetivo: hacer que el uso de coches eléctricos sea aún más sostenible.
En marzo de 2023, los Estados miembros de la UE tomaron una decisión de enorme trascendencia: a partir de 2035, en Europa solo podrán matricularse turismos y furgonetas de emisiones cero. Está claro que a partir de ese momento a más tardar el futuro del sector automovilístico residirá en la movilidad eléctrica. Así lo demuestran las previsiones: mientras que en 2022 circulaban por las carreteras de todo el mundo unos 27,7 millones de vehículos eléctricos, la Agencia Internacional de la Energía (AIE) prevé que esta cifra aumente a más de 226 millones en 2030. En Alemania, casi una cuarta parte de todos los turismos serán eléctricos, frente al dos por ciento actual.
Un robot industrial permite el reciclaje de valiosas materias primas
Solo hay un problema: con cada vez más vehículos eléctricos, también crece la montaña de baterías usadas. Esto se debe a que actualmente solo tienen una vida media de unos diez años. Al mismo tiempo, las materias primas para su producción se vuelven cada vez más escasas y caras. Una solución: ¡Reciclar! Y aquí es donde entran en juego los robots industriales de KUKA, más concretamente: el robot industrial KR QUANTEC. Con su ayuda, el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA de Stuttgart ha demostrado cómo puede hacerse: en el proyecto de investigación "DeMoBat - Desmontaje industrial de baterías y motores eléctricos".
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Doce socios llevaron a cabo una investigación conjunta durante varios años
Durante varios años, expertos de doce socios estudiaron cómo reciclar las baterías de los coches eléctricos de forma sostenible y económicamente viable. En el proyecto se desarrollaron íntegramente ocho aplicaciones como herramientas de demostración y ensayo que podían utilizarse para un funcionamiento industrial continuo. El objetivo era el desmontaje de las baterías de coches eléctricos. Esto se debe a que el requisito previo para reciclar los componentes es separarlos en sus partes constituyentes, y esto no es tarea fácil.
Desmontaje de baterías: complejo y mortal
"El desmontaje de baterías conlleva tres grandes retos", explica Anwar Al Assadi, jefe de grupo en Fraunhofer IPA. "En primer lugar, para ello es necesario contar con profesionales especialmente cualificados, ya que trabajar con tecnologías de alto voltaje requiere una formación especial y a menudo larga. En segundo lugar, el desmontaje manual conlleva un riesgo para la salud debido a la alta tensión y a los gases peligrosos y, en el peor de los casos, puede producirse una autoignición. Y, en tercer lugar, el desmontaje manual lleva mucho tiempo y, en consecuencia, resulta costoso. Esto hace que el reciclaje parezca aún poco rentable en la actualidad".
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Las soluciones de automatización pueden desempeñar un papel decisivo para hacer que la movilidad eléctrica sea aún más sostenible.
El desmontaje automatizado de baterías mata tres pájaros de un tiro
Retos hechos a medida para una solución robotizada. Así, un robot de montaje KR QUANTEC con una capacidad de carga de 270 kilogramos se manejó íntegramente con el software "pitasc" desarrollado en el Fraunhofer IPA y fue controlado por KUKA.RobotSensorInterface, lo que facilitó la conexión de sensores externos. "Esto nos permitió controlar en tiempo real los pasos de desmontaje importantes y, con ello, automatizar diversos procesos que hasta ahora tenían que realizarse de forma manual". De este modo, la tecnología de KUKA contribuye a solucionar tres problemas a la vez: reduce la escasez de personal cualificado, minimiza el riesgo para la seguridad de los empleados y garantiza que el reciclaje de baterías también sea económicamente viable gracias a la eficiencia.
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Una normativa de la UE sobre baterías mucho más estricta obliga a actuar
En cualquier caso, los fabricantes tendrán que tomar medidas al respecto: desde 2023, un reglamento sobre baterías de la UE significativamente más estricto exige, entre otras cosas, que las nuevas baterías contengan una mayor proporción de materiales reciclados, incluso si se han importado a Europa. El éxito del proyecto de investigación de Stuttgart demuestra lo valioso que puede ser el apoyo técnico de KUKA.
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En este caso, el KR QUANTEC llevó a cabo una gran variedad de pasos de trabajo: desde aflojar tornillos hasta abrir juntas de estanqueidad o desconectar cables. "Lo complejo es que hay un número increíble de sistemas de baterías diferentes en el mercado", cuenta Anwar Al Assadi. "Y cada uno tiene un aspecto interior diferente". En algunos casos, los fabricantes cambian el diseño de los sistemas de baterías incluso dentro de la misma serie de vehículos.
No importa qué batería de qué coche eléctrico: el KR QUANTEC sabe cómo manejarla
Como robot de 6 ejes, el KR QUANTEC es justo lo que necesita: con sus seis grados de libertad, el robot de brazo articulado puede adaptarse de forma óptima a las diferentes dimensiones y geometrías del sistema de baterías y también puede hacer frente a pares elevados gracias a su capacidad de carga. Para ello se necesita un software como la solución "pitasc", que, junto con el hardware, reconoce lo que hay que hacer independientemente del modelo de batería de que se trate.
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Los sistemas de procesamiento de imágenes de apoyo para la detección automática de tornillos y otros componentes hacen innecesario el aprendizaje manual del KR QUANTEC para cada paso del proceso. Para evitar colisiones con los componentes, después de cada paso de desmontaje se realizó una comprobación de éxito mediante sensores y sistemas de cámaras 3D. A continuación, las señales se transmitían al sistema central de control de procesos para garantizar un desarrollo seguro del proceso.
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Gracias a su esbelta geometría y al poco espacio que ocupa, el QUANTEC puede utilizarse para construir un sistema flexible y orientado al futuro.
Los sistemas flexibles admiten baterías de distintos diseños
Lo complicado, dice Al Assadi, es que los fabricantes de automóviles tienen que meter en las baterías el mayor número posible de componentes en el menor espacio posible. Esto limita considerablemente el margen de movimiento durante el desmontaje. Otros retos son la posición variable de los cables o las numerosas adherencias de una batería, que son mucho más difíciles de extraer automáticamente que los tornillos. "Pero también hemos encontrado soluciones para esto que ahora queremos seguir desarrollando para uso industrial". Es fundamental construir sistemas flexibles, sobre todo porque el diseño de las baterías cambia radicalmente cada seis meses aproximadamente.
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KR QUANTEC: atractivo para una amplia gama de aplicaciones
Su versatilidad es una de las grandes ventajas de la serie KR QUANTEC: "Gracias a su esbelta geometría y al poco espacio que ocupa, el QUANTEC puede utilizarse para construir un sistema flexible y orientado al futuro", dice Thomas Schmidberger, director de Desarrollo de negocio global de electrónica de KUKA. "Además, como todos los robots KUKA, está certificado ESD de serie para garantizar una manipulación segura de componentes sensibles a la electrostática".
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La nueva generación del robot de brazo articulado KR QUANTEC también es especialmente eficiente desde el punto de vista energético gracias a su controlador DC de serie: el consumo de energía se ha reducido significativamente tanto en movimiento como en modo de espera. En el movimiento de producción, los robots de seis ejes consumen aproximadamente un 30 % menos de energía que su modelo predecesor, gracias, entre otras cosas, a la recuperación de la energía de frenado, e incluso un 60 % menos en el modo de funcionamiento "Espera en control".
Un robot industrial capaz de mucho más que el desmontaje automático
Esto hace que el robot de 6 ejes KR QUANTEC no solo sea atractivo para el reciclaje de baterías de coches eléctricos, sino también para una amplia gama de diversas aplicaciones. Su sistema modular racionalizado también promete tecnología a medida y plazos de entrega rápidos, así como un bajo coste total de propiedad (TCO). Esto se debe a que se minimizan los costes de mantenimiento y se reduce el número de piezas de repuesto.
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Con sus 120 a 300 kilogramos, los modelos de la serie KR QUANTEC también pertenecen a la categoría de alta capacidad de carga y cuentan con la mayor gama de capacidades de carga y alcances del mercado en este ámbito. La posibilidad de ampliar la carga útil sobre el terreno y los modos Motion Modes para una alta calidad de proceso lo convierten en una inversión tan útil como segura para el futuro de cualquier producción.
Volumen de mercado en rápido crecimiento
Esto también es aplicable al campo del desmontaje de baterías, sobre todo teniendo en cuenta que la industria de los vehículos eléctricos se desarrollará rápidamente en los próximos años: los expertos prevén que el volumen del mercado mundial de vehículos eléctricos pase de algo menos de 420 000 millones de dólares (2022) a más de 770 000 millones en 2028. Las series de pruebas del proyecto han demostrado cómo podrían aprovechar este enorme potencial de reciclaje de baterías los fabricantes de equipos originales (por ejemplo, los que reciclan vehículos eléctricos internamente), los fabricantes de baterías o las empresas de reciclaje. Las empresas interesadas pueden probar la viabilidad del desmontaje robotizado de sus productos en el Fraunhofer IPA. El instituto también está trabajando en la optimización inicial de los productos para su desmontaje.
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La cooperación entre KUKA y la ciencia ha demostrado su eficacia
El trabajo del proyecto no fue una experiencia nueva para ninguno de los implicados: KUKA lleva décadas colaborando con el instituto de investigación sobre la base de la confianza en el desarrollo y la comprobación de sus tecnologías. Hace unos 20 años desarrollaron conjuntamente el primer robot KUKA para salas blancas, a lo que siguieron las certificaciones ESD de decenas de productos KUKA y muchos otros proyectos.
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Una interacción entre industria y ciencia que ha demostrado una vez más su eficacia en "DeMoBat": "Aquí hemos construido la mayor instalación de pruebas de Europa para el desmontaje de baterías", dice orgulloso Anwar Al Assadi. "Y con ello hemos demostrado cómo las soluciones de automatización pueden desempeñar un papel decisivo para que la movilidad eléctrica sea aún más sostenible".
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