HC10DTP baut RockFarm-CO2-Speichermauern

Bild: Mit RockFarm möchte Digitalisierungs- und Automatisierungsexperte Dr. Tobias Brett dem „wachsenden globalen Klimaproblem eine skalierbare Lösung entgegenstellen“.

RockFarm-CO₂-Speichermauern

Unter dem Markennamen RockFarm bauen Gründer Tobias Brett und seine Mitstreiter Mauern aus einem ganz besonderen Material, nämlich aus Vulkan- bzw. Lavagestein. Dieses bindet durch beschleunigte Gesteinsverwitterung klimaschädliches Kohlendioxid (CO₂) aus der Umgebungsluft oder auch aus dem Abgas chemischer Prozesse und speichert es langfristig, indem es das Gas zunächst löst und dann im Gestein mineralisiert. Die Innovation von RockFarm besteht dabei auf der Materialeingangsseite darin, dass das speicherfähige Gestein vermahlen wird. Die dadurch stark vergrößerte Oberfläche beschleunigt den Prozess erheblich. Außerdem kann das Gesteinsmehl regelmäßig ausgetauscht werden.

In der Mauer lagert das Gesteinsmehl über ein Jahr hinweg in zahlreichen Reaktionskammern. Diese werden feucht gehalten und abwechselnd sauer und basisch eingestellt, um die Gesteinsverwitterung weiter drastisch zu beschleunigen. Die Steuerung erfolgt dabei über eine innovative Dachstruktur, die in einem endlosen 3D-Druckverfahren hergestellt wird. Sie beinhaltet mechatronische Baugruppen, die die Verwitterung des Gesteinsmehls steuern können.

Tatsächlich eignen sich solche Speichermauern so zur massen- und dauerhaften Bindung von CO₂. Ein möglicher Einsatzbereich sind zum Beispiel Biogasanlagen, von denen es allein in Deutschland rund 9500 gibt. Sie alle produzieren Rauchgas. Das entspricht etwa 17 Millionen Tonnen biogenes CO₂ pro Jahr.

Das Potenzial der Erfindung ist damit enorm. Nicht zuletzt deshalb wurde RockFarm als eines von 82 Projekten durch die US-amerikanische Organisation XPRIZE für den internationalen Wettbewerb „Carbon Removal“ qualifiziert, der die weltweit besten technischen Lösungen zur CO₂-Reduzierung auszeichnet und fördert. Der von der Musk Foundation mit insgesamt 100 Mio. Dollar Preisgeld ausgestattete Contest läuft noch bis 2025.

Bild: Geschützt gegen Spritzwasser und Staub gemäß Schutzklasse IP67 und mit einem 30 Meter langen Versorgungskabel ist das Cobotmodell HC10DTP von Yaskawa prädestiniert für den Einsatz im Außenbereich.

Anforderungen bei Einsatz und Auswahl des Roboters

Über die innovative Nutzung der beschleunigten Gesteinsverwitterung hinaus zeichnet sich das RockFarm-Konzept noch durch eine zweite Besonderheit aus: Die teils viele hundert Meter langen Speichermauern werden nicht manuell aufgemauert, sondern automatisiert mit einem Roboter.

Das dafür notwendige Know-how haben die Entwickler um Tobias Brett schon zuvor mit dem Bau konventioneller Natursteinmauern aufgebaut. Generell ging es ihnen dabei darum, ein möglichst günstiges Verfahren mit einer möglichst hohen Qualität bei der Verarbeitung zu verbinden, damit die Mauer sowohl marktfähig ist als auch viele Jahre lang stabil steht.

Im Speziellen waren besondere Kompetenzen bei der Konstruktion der Roboter-Peripherie gefragt. Denn die geforderten Prozesszeiten beim Mauerbau können nur mit einem Multifunktionswerkzeug erreicht werden, das drei völlig unterschiedliche Aufgaben im Mauerbau gleichermaßen übernehmen kann. Gelöst wurde diese Anforderung mit einer Eigenentwicklung aus dem 3D-Drucker.

Nicht weniger anspruchsvoll gestaltete sich die Suche nach dem eigentlichen Roboter. Da beim automatisierten Handling von Naturmaterialien immer wieder kleinere Störungen im Prozess auftreten können, die den Eingriff eines Menschen notwendig machen, war eine kollaborative Lösung von Anfang an gesetzt. Gefragt war also ein Cobot, der sicher in Form einer Mensch-Maschine-Kollaboration (MRK) im direkten Kontakt mit Personen eingesetzt werden kann.

Bild: Solche Mauern aus Vulkan- bzw. Lavagestein binden durch beschleunigte Gesteinsverwitterung klimaschädliches Kohlendioxid (CO₂) und speichern es langfristig.

Entscheidung für Cobot HC10DTP

Tatsächlich kamen seinerzeit gleich mehrere potenziell geeignete Cobots neu auf den Markt, die allerdings allesamt ein Manko hatten, wie sich Tobias Brett erinnert: „Unser Einsatzbereich ist draußen. Das heißt der Roboter muss auch in staubiger Umgebung oder bei Regen noch funktionieren – was die von uns zunächst geprüften Modelle nicht konnten.“ Das änderte sich erst mit dem ersten Cobot aus dem Portfolio von Yaskawa: Der HC10DTP mit 10 kg Tragkraft ist nämlich in der Schutzklasse IP67 ausgeführt und damit u. a. staubdicht und gegen Spritzwasser geschützt.

Und noch ein ganz entscheidender Punkt sprach für das Modell: das außergewöhnlich lange Versorgungskabel, das Steuerung und Manipulator über bis zu 30 Meter verbindet. „Wir waren sehr glücklich, als uns Yaskawa gleich diese Variante angeboten hat“, so Brett. Damit kann die Steuerung fest auf einem Anhänger montiert und die gesamte Anlage mit Netzstrom versorgt werden. Nur der Roboter bewegt sich – quasi an der langen Leine – flexibel auf einem mobilen Fahrgestell. Andernfalls müsste die Steuerung immer zusammen mit dem Roboter und einem zusätzlichen Akku bewegt werden.

Nicht zuletzt hat der HC10DTP die RockFarm-Techniker bei Programmierung und Montage überzeugt: Wie auch die anderen Cobot-Modelle der DTP-Serie verfügt er über praktische Bedienknöpfe am Handgelenk. Diese erleichtern das Anlernen des Roboters per Handführung, weil nicht immer jede Position auf dem Handbedienpanel des Roboters bestätigt werden muss. Außerdem zeichnet sich die Serie durch einen standardisierten Adapterflansch aus. Peripherie und Roboter lassen sich damit einfach mechanisch miteinander verbinden.

Als weiteren Vorteil nennt Tobias Brett die Kabel- und Medienführung innerhalb des Roboterarms mit über 1300 Zentimeter Reichweite. Die innenliegende Installation der Leitungen vermeidet Störkonturen und sorgt zusätzlich für Robustheit im Betrieb.

Bild: Die geforderten Prozesszeiten beim Mauerbau werden mit einem Multifunktionswerkzeug, einer Eigenentwicklung aus dem 3D-Drucker, erreicht.

Fazit und Ausblick

Wer – wie Gründer und Geschäftsführer Tobias Brett mit RockFarm – große Ziele verfolgt, darf vor großen Vergleichen keine Scheu haben: „Unsere Mauerbaulösung ist inspiriert vom Bau der Chinesischen Mauer“, beschreibt der Gründer und Geschäftsführer das schon in historischen Zeiten bewährte Bauverfahren eines Schotter-Faserverbunds. Alte Berichte lassen vermuten, dass ein chinesischer Soldat damals rund drei Meter pro Monat bauen konnte. Ein Maurer heute schafft per Hand etwa einen Meter Mauer pro Tag. Automatisiert lassen sich hingegen je nach Rahmenbedingungen über zehn Meter realisieren.

Seine Maurerfertigkeiten hat der HC10DTP inzwischen mehrfach bewiesen, wie Tobias Brett bestätigt: „Der Roboter hat den Praxistest auf jeden Fall bestanden – auch bei Regen.“ RockFarm setzt das Modell nun standardmäßig ein. Als positiver Nebeneffekt sorgt der Roboter für Aufmerksamkeit bei potenziellen Kunden und Investoren. Außerdem soll das RockFarm-Konzept perspektivisch per Franchise auch von Garten- und Landschaftsbauern angeboten werden. Der Einsatz des Roboters stellt dann die Qualität des Endprodukts sicher.

Weitere Schritte in die Zukunft hat das RockFarm-Team ebenfalls schon im Blick: So denkt man gerade über höhere CO₂-Speichermauern nach, z. B. zur Einfriedung von Solaranlagen oder als Schallschutzwände an Verkehrswegen. Mit dem HC20DTP, einem Cobot mit 20 kg Traglast und einem längeren Arm mit bis zu 1,9 Meter Reichweite, wäre das jedenfalls problemlos möglich. Selbst in anderen Märkten sind RockFarm keine Grenzen gesetzt: Mit Yaskawa ist die Lösung international skalierbar, denn der Hersteller der Motoman-Roboter ist weltweit aufgestellt.

Autor:

Dr.-Ing. Christopher Schneider (Cobot Business Coordinator),
YASKAWA Europe GmbH – Robotics Division, Allershausen

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