Käytöstä poistuvat elektroniikkalaitteet puretaan osiin ja materiaalit lajitellaan joko uusiokäyttöä, murskaamista tai kunnostusta varten. Tällaisten laitteiden energiavarastona oleva akusto sisältää arvokkaita materiaaleja, jotka voidaan uusiokäyttää, vaikka tuote muuten olisi muuten käyttökelvoton. Haasteena robotisoidussa purkamisessa ja lajittelussa ovat kuitenkin epäyhtenäinen purkumateriaali sekä tuotteiden kokoonpanossa käytetyt vaikeasti purettavat liitosmenetelmät, kuten liima ja hitsiliitokset. Kansainvälinen Horizon Europe –hanke RECIRCULATE:ssa tutkitaan tekoälyyn ja konenäköön perustuvan robotiikan mahdollisuuksia akkujen lajittelun ja purkamisen automatisointiin.

RECIRCULATE-hankkeen teemana on kokonaisvaltaisen konseptin kehittäminen sähkökäyttöisten ajoneuvojen akkujen kierrättämiseen ja uusiokäyttöön. Mukana on yksitoista hankekumppania eri puolilta Eurooppaa ja hankkeen kokonaisbudjetti on noin 6,6 miljoonaa euroa. Hanke kattaa käytettyjen akkujen logistiikan, kunnon toteamisen, robotisoidun purkamisen, lajittelun, sekä tuotteistamisen kiinteistöjen akustoiksi. Centria-ammattikorkeakoulu ja oululainen Probot Oy vastaavat hankkeessa robotisoidun purkamisen ja lajittelun työpaketista.

Akkuasetus velvoittaa

Ladattavien autojen myynti on selvässä kasvussa ja on siis ajankohtaista varautua akkujen purkamiseen ja lajitteluun. Määrien kasvun lisäksi EU:n uusi akkuasetus velvoittaa valmistajat käyttämään kierrätysmateriaaleja uusissa Euroopan alueella myytävissä akuissa siten, että 16 % koboltista, 85 % lyijystä, 6 % litiumista ja 6 % nikkelistä tulee olla kierrätettyä elokuun 2031 jälkeen. Vaatimukset tiukentuvat vuoden 2036 helmikuussa koboltin (26 %), litiumin (12 %) ja nikkelin (12 %) osalta ja koskevat kaikkia akkuja, joiden kapasiteetti on vähintään 2 kilowattia (Euroopan komissio 2023).

Akustojen varastoimiseen ja purkutapahtumaan sisältyy aina tiettyjä akkujen kemiaan ja sähkövaraukseen liittyviä riskejä. Varastoinnissa on huomioitava mahdollinen kemikaalien vuotaminen ympäristöön sekä käytettyihin akkuihin liittyvät tulipaloriskit. Centrialle on rakennettu kuluneen vuoden aikana infrastruktuuri tutkittavien akkujen varastoimista sekä robotisoitua purkamista varten. Akkuja varastoidaan palo-osastoidussa ulkovarastossa, joka on varustettu lämpöön reagoivalla automaattisella sammutusjärjestelmällä: akkupalon sattuessa varastotilaan vapautuu kemikaalia, joka tukahduttaa palon.

Akkujen robotisoidun purkamisen tutkimiseen on Centrialla varattu erityinen ja päärakennuksesta eristetty tila, johon on rajoitettu pääsy vain muutamilla hanketyöntekijöillä. Tilassa oleva robottisolu koostuu teollisuusrobotista sekä lineaariradasta, joita kannattelee teräskehikko. Kuvassa 1 esitetty robottisolu on suunniteltu ja mitoitettu sopivaksi kuusi metriä pitkään merikonttiin, ajatellen hankkeen loppuvaiheessa tehtävää teollisessa ympäristössä tapahtuvaa kokeilua. Merikonttiin rakennettu robotisoitu käsittelylaitos on helppo eristää muista rakennuksista ja varustaa sammutusjärjestelmällä.

Haasteena epäyhtenäinen purkumateriaali

Robotisoidun purkamisen suurin haaste on epäyhtenäinen, ennalta määrittämätön purkumateriaali. Akkujen koko, muoto ja niiden sisältämät liitostekniikat vaihtelevat valmistajasta ja auton mallista riippuen. Tähän saakka hankkeen tutkimustyö aihealueen ympärillä on keskittynyt Centrialla akuston kannen ruuvien tunnistamiseen ja paikantamiseen konenäön ja tekoälyn avulla, sekä purkujärjestyksen määrittämiseen.

Johtosarjojen ja liittimien irrottamiseen ei ole tällä hetkellä kaupallista tai kokeellistakaan ratkaisua – sama koskee liimattujen liitosten erottamista. Johtosarjojen leikkaaminen oikosulkisi akuston, joten se ei ole vaihtoehto. Centria ja Probot kehittävät työkaluja sekä ruuvien että liittimien irrottamiseen. Myös liimattujen liitosten purkamista jäädyttämällä sekä leikkaamalla kokeillaan hankkeen aikana. Kuvassa 2 on esillä ruuvaustyökalu, konenäkösovellus ruuvien tunnistamiseksi sekä liittimien irrotustyökalu.

Energiavarastoja kierrättäen

Niitä akkuja, joiden kapasiteetti ei ole enää riittävä käytettäväksi ajoneuvoissa, voidaan tuotteistaa uudelleen kiinteistöjen energiavarastoiksi. Uusiokäyttäminen on energiatehokas ja kestävä vaihtoehto akkujen murskaamiselle ja kierrätykselle. RECIRCULATE-hankkeen kumppani, norjalainen Eco Stor AS, on kehittänyt konseptin, jossa ajoneuvoakustot hyödynnetään kiinteistön energiavarastoiksi. Akut asennetaan ratkaisussa runkorakenteeseen, joka sisältää tarvittavan ohjaus- ja tehoelektroniikan, ja kokonaisuus verhoillaan lopuksi ohutlevyillä.

RECIRCULATE-hankkeessa akustojen uudelleenkäytön ja kierrätyksen lisäksi hyödynnetään ja kehitetään edelleen hankkeen partnerin, saksalaisen Minespider AG:n akkupassia, jonka avulla akun elinkaarta voidaan seurata ja jäljittää. Digitaaliseen akkupassiin tallennetaan mahdollisimman paljon tietoa akustosta, siihen käytetyistä materiaaleista, sen teknisistä ominaisuuksista, kunnosta, sekä käyttöhistoriasta. Akkupassi on luettavissa ja kirjoitettavissa akussa olevan QR-koodin avulla ja se sisältää purkuvaiheessa tiedon akun soveltuvuudesta uusikäyttöön, purkuohjeet, sekä tiedot käytetyistä materiaaleista, mikä helpottaa kierrättämistä.

Centrialla akkujen robotisoitua purkamista ja lajittelua on tutkittu jo useiden vuosien ajan aikaisemmissa tutkimushankkeissa. RECIRCULATE on kuitenkin ensimmäinen Horisontti-
ohjelmasta rahoitettu EU-hanke, jossa Centria toimii koordinaattorina. Hankkeessa pystytään hyödyntämään robotiikan, automaation sekä kiertotalouden vahvaa osaamista uudenlaisen ratkaisun rakentamiseen akkujen kiertotalouden tueksi.