프라운호퍼 제조 엔지니어링 및 자동화 IPA 연구소(Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA)의 연구자들은 REASSERT 프로젝트에서 업계 파트너들과 협력하여 전기차 수리, 재생산, 재사용에 관한 여러 개념은 물론 순환 경제를 위한 새로운 설계를 추진하고 있다.

파워트레인 전동화는 계속 진행되고 있다. 여기에 사용되는 전기 모터에는 구리와 같은 귀중한 원자재는 물론 네오디뮴처럼 중국이 독점에 가까운 지위를 보유하고 있으며 현재 재활용 방식으로는 회수할 수 없는 희토류도 포함된다. 그리하여 모터의 사용 기간을 연장하는 노력의 중요성이 점차 커지고 있다.

아울러 전기차가 사용하는 원자재의 탄소 발자국이 내연기관보다 더 많으므로 이러한 모터의 사용 기간을 반드시 연장해야 한다.

독일 바이로이트 프라운호퍼 제조 엔지니어링 및 자동화 IPA 연구소의 과학자 Julian Große Erdmann은 “혁신적인 가치 유지 전략을 이용하면 지속 가능성 측면에서 탄소 배출을 크게 줄일 수 있다”고 말한다.

REASSERT 프로젝트의 일환으로 연구자들은 컨소시엄 리더인 Schaeffler 및 독일 카를스루에 공과대학(Karlsruhe Institute of Technology), BRIGHT Testing, iFAKT, Riebesam과 함께 혁신적인 전기 모터 재생산 및 차량 내 재사용 방법을 개발하고 있다. 이들은 재사용, 수리, 재생산 및 원자재 재활용을 이용한 가치 유지 전략을 집중적으로 연구한다. 이러한 요소는 순환 경제에서 핵심 역할을 하며 천연 자원 소비 감소와 폐기물 최소화에 기여한다. 독일 연방경제 기후보호부(BMWK)에서 이 프로젝트에 자금을 지원한다.

현재로서는 원자재 재활용이 가치 유지 전략으로 정립되어 있다. 수작업 또는 자동 재활용 방법을 통해 특히 구리와 알루미늄 같은 자재를 회수한다. 전기 구동 모터를 해체, 파쇄하여 개별 자재 조각(fraction)으로 분류하고 목적에 적합하게 용융한다. 

하지만 오염되는 사례가 많은 재활용 자재는 모터에 활용할 수 없으며 개별 부품과 어셈블리도 파괴된다. 그러므로 재활용 목적으로는 최후의 선택지로 원자재 재활용만 가능하며 이는 재사용, 수리, 재생산 및 자재 재활용 등 높은 품질의 가치 보존 전략으로 대체되어야 한다.

Julian Große Erdmann은 “귀중한 자원을 재사용하여 원자재 수입 의존성을 제거하고 원자재 추출을 최소화할 수 있는 자원 선순환 시스템(closed-loop system)을 마련하고자 한다”고 말했다.

프로젝트 파트너들은 재사용을 전체 엔진을 다시 사용하는 것으로, 수리는 결함이 있는 부품과 어셈블리를 교체하는 것으로 정의한다. 재생산 과정에서는 모든 부품을 해체 및 청소하고 정비하며 재조립한다.

프로젝트 파트너들은 원자재 재활용을 위해 모터를 해체하여 개별 자재를 분류한 후 파쇄할 계획이다. 이들은 승용차 분야에서 확보한 표준 모터를 분석하여 주어진 용도에 사용할 가치 유지 전략을 선택한다.

프로젝트에는 모터 분류를 위한 입고 점검(inbound inspection)부터 해체, 자기 소거(demagnetization), 청소, 부품 진단 및 재생산, 재조립 및 생산 최종 단계(end-of-line) 테스트를 통한 모터 기능성 평가에 이르는 완전한 공정 수립이 포함되며, 각 공정 단계에는 시연 장치(demonstrator)와 테스트 리그(test rig)가 포함된다.

Julian Große Erdmann은 “예를 들어 이 공정 중 경미하게 마모된 부분이 있는 모터 하우징은 재사용을 위해 분류하여 필요 시 가공 공정으로 정비하여 기능성을 확보할 것”이라며, “선택한 가치 보존 전략에 따라 다양한 공정 단계와 공정 사슬(chain)이 포함되므로 정비를 위한 노력도 다양하게 진행될 것”이라고 말했다.

이 과정에서 예컨대 모터에서 자성이 있는 자재를 해체하고 재사용하는 과정이 문제가 될 수 있다.

Julian Große Erdmann은 “영구 자석이 포함된 로터(rotor)는 자석의 코팅과 접착 때문에 수작업 공정을 사용해도 각 부품으로 해체하기 어렵다”며, “비파괴적 해체 방법을 정립하는 것이 목표”라고 설명했다.

AI 의사결정 도구가 가치 유지 전략을 선택하는 데 도움이 된다. 프로젝트의 일환으로 개발된 AI 도구로 특정한 용도에 가장 적합한 가치 유지 전략을 선택할 수 있다. 이 도구는 디지털 트윈에 저장된 전기 모터의 제품 및 공정 데이터에 접근할 수 있다.

프로젝트에서 수집한 지식은 신규 모터 설계에 사용될 수 있다. 순환 경제를 실현하기 위해 해체가 쉽고 언급한 네 가지 가치 유지 전략을 무리없이 적용할 수 있는 모터 시제품을 개발하는 것이 목표이다.