Dar una segunda vida para los motores eléctricos

Cada vez se venden más coches eléctricos, con el consiguiente aumento de la cantidad de motores eléctricos producidos. Al final de su vida útil, estos motores eléctricos se trituran y se reciclan. Los componentes individuales y los conjuntos no pueden reutilizarse. Hasta ahora, no se han desarrollado estrategias sostenibles de retención de valor para la refabricación y el reciclaje de motores eléctricos como parte de una economía circular moderna. En el proyecto Reassert, los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA están trabajando junto con socios de la industria para buscar varios conceptos de reparación, refabricación y reutilización de motores eléctricos, así como nuevos diseños para la economía circular.

La electrificación de la cadena cinemática avanza continuamente. Los motores eléctricos utilizados contienen materias primas valiosas como el cobre y metales de tierras raras como el neodimio, donde China tiene un cuasi monopolio, y que no pueden recuperarse con los métodos de reciclaje actuales. De ahí que sea cada vez más importante prolongar la fase de uso de los motores. Además, las materias primas utilizadas tienen una mayor huella de carbono que un motor de combustión. Por ello, es crucial prolongar la fase de uso de estos motores. “Las estrategias innovadoras de retención de valor ofrecen un importante potencial de reducción de emisiones en términos de sostenibilidad”, afirma Julian Große Erdmann, científico del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA de Bay-reuth. Como parte del proyecto Reassert, los investigadores colaboran con Schaeffler (líder del consorcio), el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, BRIGHT Testing GmbH, iFAKT GmbH y Riebesam GmbH & Co. KG para desarrollar métodos innovadores de refabricación de motores eléctricos y su reutilización en vehículos. Se centran en las estrategias de reutilización, reparación, refabricación y reciclaje de materias primas. Se trata de elementos clave para una economía circular que permita reducir el consumo de recursos naturales y minimizar los residuos. El proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Economía y Acción por el Clima (BMWK).

En la actualidad, el reciclaje de materias primas es la estrategia de retención de valor establecida. Mediante métodos de reciclado manuales o automatizados, se recuperan materiales como el cobre y el aluminio. Para ello, los motores eléctricos de tracción se desmontan, se trituran, se clasifican en fracciones de material individuales y se funden.

Sin embargo, el material reciclado, que a menudo está contaminado, ya no puede utilizarse para aplicaciones en motores, y los componentes y conjuntos individuales se destruyen. Por lo tanto, el reciclado de materias primas sólo debe elegirse como último recurso para el reciclado y sustituirse por estrategias de conservación de valor de alta calidad, como la reutilización, la reparación, la refabricación y el reciclado de materiales. “Queremos establecer un sistema de circuito cerrado en el que se reutilicen los recursos valiosos para eliminar la dependencia de las importaciones de materias primas y minimizar su extracción”, explica Große Erdmann. Los socios del proyecto definen la reutilización como la reutilización de todo el motor para un uso secundario y la reparación como la sustitución de componentes y conjuntos defectuosos. En la ‘refabricación’, todos los componentes se desmontan, se limpian, se reacondicionan y se vuelven a montar. “Con estas estrategias se necesitan menos materias primas, como tierras raras, cobre y otras, quizá sólo para piezas de repuesto”, detalla el investigador. Para reciclar las materias primas, los socios del proyecto tienen previsto desmontar el motor y clasificar los distintos materiales antes de triturarlos. Los socios del proyecto están utilizando motores de referencia del sector de los turismos para analizar y seleccionar qué estrategias de retención de valor deben utilizarse en una aplicación determinada.

El proyecto consiste en establecer un proceso completo, cada uno de cuyos pasos cuenta con su propio demostrador y banco de pruebas: desde la inspección de entrada para la clasificación del motor hasta el desmontaje, la desmagnetización, la limpieza, el diagnóstico de componentes y la refabricación, pasando por el reensamblaje y las pruebas de fin de línea, en las que se evalúa la funcionalidad del motor. “Por ejemplo, durante este proceso, la carcasa de un motor con un desgaste menor podría clasificarse para su reutilización y, si fuera necesario, reacondicionarse mediante procesos de mecanizado para garantizar su funcionalidad. En función de la estrategia de preservación del valor elegida, intervienen distintas fases y cadenas de procesos, por lo que el esfuerzo de reacondicionamiento puede variar”, explica el ingeniero. Un ejemplo de uno de estos retos sería el desmontaje y reutilización de los materiales magnéticos de los motores. “Un rotor con redes magnéticas permanentes es difícil de desmontar en sus componentes, incluso en un proceso de desmontaje manual, debido al revestimiento y la unión de los imanes. Aquí, el objetivo es establecer métodos de desmontaje no destructivos”.

Una herramienta de IA desarrollada en el marco del proyecto ayuda a seleccionar la mejor estrategia de retención de valor para una aplicación determinada. Tiene acceso a los datos de producto y proceso del motor eléctrico, que se guardan en un gemelo digital.

Los conocimientos adquiridos en el proyecto se utilizarán para diseñar nuevos motores eléctricos. El objetivo es desarrollar un prototipo de motor para la economía circular que pueda desmontarse fácilmente y al que puedan aplicarse sin esfuerzo las cuatro estrategias de preservación del valor mencionadas.