Powtórne wykorzystanie komponentów i surowców z wyeksploatowanych produktów jest coraz ważniejsze dla przedsiębiorstw. Zautomatyzowany i oparty na robotyce demontaż znacząco wspiera gospodarkę obiegu zamkniętego. Podstawą jest jednak zaprojektowanie produktów przyjaznych dla demontażu.

Dla firm produkcyjnych takie zagadnienia, jak zrównoważony rozwój i neutralność klimatyczna, są bardzo istotne. Rosnące ceny certyfikatów CO₂ mają długoterminowo stanowić zachętę do jak najbardziej niskoemisyjnego projektowania produkcji.

Na poziomie unijnym, ale także wielu państw, wprowadzane są coraz to nowe przepisy, które wymagają bardziej zrównoważonego projektowania produktów. Wiąże się to również z celem unijnym osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2045 r. Dzięki projektowaniu produktów pod kątem gospodarki obiegu zamkniętego można łatwo wykorzystać potencjał redukcji śladu węglowego produktów.

Wiele regulacji dotyczących zrównoważonego rozwoju w produkcji

Zarówno w Polsce, jak i w Niemczech funkcjonują podobne systemy gospodarowania elektroodpadami. W przypadku naszych zachodnich sąsiadów producenci raportują do fundacji EAR liczbę wprowadzonych urządzeń i organizują ich odbiór. W Polsce analogiczny system działa w oparciu o Bazę danych o produktach i opakowaniach (BDO), gdzie producenci i dystrybutorzy muszą rejestrować ilość i masę wprowadzonego sprzętu oraz zapewnić jego odbiór. Choć oba kraje wymagają bezpłatnego odbierania zużytych urządzeń, w Niemczech segreguje się je na sześć grup, podczas gdy polski system wyróżnia inny podział. W obu krajach producenci mogą zlecać recykling podmiotom zewnętrznym.

Wraz z rozporządzeniem UE 2023/1542 z lipca 2023 r. wprowadzenie recyclingu staje się obowiązkowe przy produkcji baterii przemysłowych o mocy powyżej 2 kW, baterii do samochodów elektrycznych i akumulatorów rozruchowych. Ten zakres recyclingu będzie stopniowo zwiększana. Do 2031 r. nowe baterie muszą zawierać co najmniej 6% litu pochodzącego z recyklingu, a do 2036 r. już nawet 12%. Rozporządzenie określa również wartości docelowe dla poziomów recyklingu ołowiu, kobaltu i niklu w produkcji baterii.

Planowana przez Komisję Europejską dyrektywa w sprawie zrównoważonych produktów i uchylająca obecną dyrektywę ma wprowadzić „prawo do naprawy”. Zwiększy to presję na producentów, którzy będą zmuszeni do projektowania produktów możliwych do naprawy, do udostępniania instrukcji napraw oraz dostarczania odpowiednich narzędzi i części zamiennych.

Dostosowane do potrzeb projektowanie produktów dla zrobotyzowanego demontażu

Jest więc wystarczająco dużo powodów, aby już dziś myśleć o całym cyklu życia produktu w procesie jego powstawania. Żeby produkty można było ekonomicznie i zrównoważenie demontować na końcu cyklu życia, kluczową rolę powinna odgrywać automatyzacja. Po pierwsze, już dziś brakuje wykwalifikowanej siły roboczej. Po drugie, często są to też ryzykowne czynności (np. przy demontażu baterii litowo-jonowych). Automatyzacja i używanie robotów są więc coraz ważniejsze z punktu widzenia demontażu. Żeby jednak wykorzystanie robotów było ekonomicznie opłacalne, produkt musi być zaprojektowany w taki sposób, aby jego demontaż był mało skomplikowany i w jego trakcie nie dochodziło do uszkodzenia produktu.

Rozdzielanie komponentów w jak największym stopniu według materiału

Ogólne pytanie dotyczące optymalnego zaprojektowania produktu nie jest ani nowe, ani nie jest determinowane przez późniejszą łatwość jego demontażu. W tym kontekście można wyróżnić już kilka etapów rozwoju projektowania produktów. Dzięki projektowaniu z myślą o łatwości montażu produkty tworzono tak, aby personel mógł zmontować produkt możliwie jak najłatwiej.

Od lat 70. XX w. coraz częściej w pracach montażowych stosuje się roboty. W porównaniu z ludźmi są one mało elastyczne, nie mają odpowiedniej sensoryki, więc pojawiły się dodatkowe wymagania wobec projektowania produktów pod kątem automatyzacji produkcji. Wciąż wyzwaniem są np. elastyczne części. Dlatego zaleca się, żeby unikać takich elementów i odpowiednio przekształcić produkt, aby w ogóle możliwa była produkcja przy udziale robotów.

Równolegle (na początku w branży architektonicznej) zaczęto skupiać się na projektowaniu produktów pod kątem gospodarki cyrkulacji. Powoli ten trend rozprzestrzenił się również na inne branże. Istotą tego typu projektowania produktów jest późniejsza możliwość ich demontażu, tak aby wszystkie komponenty mogły być podzielone możliwie dokładnie według materiału. Inspiracją tego typu projektowania jest naturalny obieg surowców, w którym żadne surowce się nie marnują, lecz są przekształcane i wykorzystywane ponownie.

Badania nad zautomatyzowanym demontażem w projekcie „DeMoBat”

W Instytucie Fraunhofera ds. Techniki Produkcji i Automatyzacji IPA temat zautomatyzowanego demontażu również odgrywa coraz większą rolę. W 2023 r. zakończył się projekt badawczy „DeMoBat”, który dotyczył zautomatyzowanego demontażu akumulatorów samochodowych. Głównymi wynikami tego projektu są cztery demonstratory.

Trzy demonstratory służą do walidacji i ilustracji wykonalności przemysłowego oraz (częściowo) zautomatyzowanego demontażu modułów baterii z systemów baterii (demonstrator 1) i ogniw baterii z modułów baterii (demonstrator 2). Ponadto demonstrator 3 ilustruje demontaż poszczególnych ogniw, ich frakcjonowanie materiałowe i waliduje przydatność odzyskanych materiałów katodowych i anodowych pod kątem ich możliwości ponownego wykorzystania przy produkcji nowych ogniw. Czwarty demonstrator służy do walidacji wykonalności przemysłowego i przynajmniej częściowo zautomatyzowanego demontażu układów napędowych w autach elektrycznych. W ramach badań towarzyszących stworzono również model symulacyjny, który umożliwia ocenę i optymalizację modeli biznesowych w kontekście demontażu z uwzględnieniem przyszłych zmian na rynku.

Projekt ten jest kontynuowany w projektach Renare oraz Desire-4-Electronics i dotyczy demontażu różnych produktów. Renare obejmuje swoim zakresem demontaż ogniw paliwowych, a w projekcie Desire-4-Electronics demontowane są małe urządzenia elektryczne.

W ramach tych projektów pokonano już wiele wyzwań i uzyskano wiedzę, którą będzie można wykorzystać w przyszłym projektowaniu nowych produktów. Badane produkty są skonstruowane tylko w niewielkim stopniu z myślą o (automatyzowanym) demontażu. Można to poprawić np. poprzez standaryzację śrub, unikanie nierozłącznych technik łączenia lub łatwiejszy dostęp do połączeń.

Korzyścią projektowania przyjaznego dla demontażu jest nie tylko wsparcie gospodarki obiegu zamkniętego. Projekt ten jest również interesujący ekonomicznie. Używając recyklingowego aluminium, zamiast pierwotnego, można np. zredukować o 92% emisje i o 95% zużycie energii. Odnawiając laptopy i komputery PC, można zaoszczędzić 70% emisji i 80% materiałów. W przypadku silników wysokoprężnych potencjał oszczędności wynosi 74% przy emisjach i 40% przy energii.

Zrównoważone projektowanie produktów łączy następujące ogólne korzyści:

• zamykanie wewnętrznych łańcuchów wartości (np. model leasingu, odbiór własnych starych urządzeń),
• minimalizowanie emisji, zasobów i zużycia energii,
• zwiększanie rentowności produktów,
• wprowadzanie nowych modeli biznesowych, takich jak np. Product as a Service.

W tekście wykorzystano informacje z artykułu „Automatisierte Demontage frühzeitigberücksichtigen” autorstwa Lassego Höltgego, pracownika naukowego zespołu „Programowanie robotów” we Fraunhofer IPA.

* * * * *

Wspomniane rozwiązania i innowacje zostaną zaprezentowane także na regionalnych targach SchraubTec Katowice 2025 (organizowanych przez Vogel Communications Group), które odbędą się 16.09.2025.

Udział w targach dla zwiedzających jest bezpłatny. Jeżeli chciałbyś odwiedzić targi, zarejestruj się już dziś na stronie organizatora, by otrzymać darmowy bilet wstępu!