未来属于经济和交通的电气化。而存储技术将在其中发挥决定性作用。但如果你问专家电池技术中最大的创新潜力在哪里，答案会让大多数人感到惊讶：不是化学和新材料，而是生产技术。例如，虽然在材料方面，锂离子电池的技术最优状态已经显而易见，但电池单元和电池的生产还远未成熟。例如，电池单元的能量密度、使用寿命和性能（尤其是在低温下）关键取决于粒度和形状的精度。尽管中国目前是电动汽车电池生产领域无可争议的市场领导者，但如果美国和欧洲的新参与者大量采用最新技术建造新电池工厂，这种情况在未来几年可能会发生变化。

弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所 (IPA) 的研究人员坚信，关键在于生产过程。机械过程是一个重要因素：它们可以实现纳米材料的生产和加工以及电极的精确制造。电池价值链的复杂性始于通过采矿或化学提取提取原材料 - 但在加工材料时，这个过程变得非常棘手：这些材料不仅必须以始终如一的高质量（“电池级”）生产，而且还要大批量生产。而且由于活性电池材料有毒，生产过程也必须密封（密封）。

搅拌器、分散器和反应器制造商已经开始着手解决这一问题。一个例子是用于粉末合成的管式反应器的进一步发展：例如，在 Glatt Ingenieurtechnik 的管式反应器中，脉动热气流可确保湍流条件，并可以精确且可重复地调整颗粒的尺寸、表面和结构。但温度分布不仅在反应技术中对产品质量有重大影响。由于阳极和阴极材料通常在高温工艺中生产，因此生产机器的加热、流量控制和绝缘也很重要。

电池生产中的另一个工艺步骤是涂覆活性材料所用的载体箔。此处的涂层质量必须特别均匀，因为颗粒大小或粘度的偏差会导致性能损失。新型混合和分散机（例如来自 Ystral 的机器）旨在精确控制能量输入并最大限度地降低能量需求 - 鉴于需要处理的量很大，这是一个重要的优化目标。

连续工艺需要新的机器技术

连续工艺正变得越来越有趣：与传统的批量生产相比，连续工艺可以提高生产率，因为无需停机和清洁时间。此外，连续工艺可以更好地控制生产过程，可以设计得更容易密封，并实现更高的产品质量。当产品对污染敏感或必须避免细菌污染时，这一点尤为重要。此外，连续工艺更容易扩大规模，并可提高能源和成本效率。

但为了实现连续工艺，机械工艺必须进行调整或重新开发：无论是磨机、搅拌机、干燥机还是离心机，用于连续工艺的机器设计都遵循其他规律。以“连续”为目标的重新思考已经带来了新的设计。一个例子是 Flottweg 最近开发的喷嘴分离器，它用于连续分离固体和液体，例如在生物技术中。与传统离心机相比，该机器使用相对较轻的滚筒，因此所需的驱动能量要少得多。

另一个例子是用于塑料回收的连续操作挤出机。例如，科倍隆的双螺杆挤出机确保在塑料聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 热回收过程中将高效能量输入塑料熔体，从而实现快速且节能的解聚。

循环经济：化学和机械回收的潜力

机器的发展为循环经济日益增长的未来市场提供了启示：在化学回收的基础上生产塑料是其中一种具有前瞻性的选择。然而，将聚合物分解成化学成分只是最后一步。从能量平衡的角度来看，机械回收更为合理，但到目前为止，它经常失败，因为塑料垃圾通常不按类型分类。未来，数字技术应该会在这方面有所帮助。人工智能和机器学习可以评估分拣机上的摄像头和传感器的数据，并将塑料垃圾分成不同的部分——也可以在机器人的帮助下。

提高回收率对机械工艺来说也是一个挑战：工厂的产能已达到极限。例如，由于机械搅拌器的尺寸有限，而且机械力也会随着数量的增加而增加，因此在混合 PET 薄片时，PET 回收的质量会出现波动。混合筒仓是 Zeppelin Systems 的解决方案，可同时从不同高度提取散装材料，从而温和地混合大量材料。显著更高的吞吐量还需要其他输送概念。

此时，最迟可以清楚地看到，尽管有计算流体力学 (CFD)、建模或模拟等现代设计方法，但机械工艺通常无法在数字绘图板上完全规划。因此，工厂和机器制造商越来越多地投资自己的实验室和测试设施，以找到散装固体应用的最佳工艺。机器和工厂供应商与用户密切合作，开发新的解决方案。这一点尤为重要，因为——正如电池超级工厂的例子所示——尚未完全开发的方法和工艺越来越多地在“首创”工厂中扩大到工业规模。

可持续食品需要新工艺

联合开发工作变得越来越重要，这一事实也适用于食品行业，该行业也正在经历转型过程。资源节约和可持续性是推动新工艺需求的大趋势。例如，肉类替代品、植物蛋白和牛奶替代品的趋势就体现了这一点。这些在未来几十年也将变得越来越重要，因为随着世界人口的增长和饮食习惯的改变，传统的动物蛋白生产正在达到极限。在这里，机械工艺也发挥着核心作用——从研磨和筛分到离心、过滤和干燥，再到用挤出机对肉类替代品进行组织化。食品技术专家、机械工程师和工艺工程师之间的跨学科合作也创造了创新。

没有自动化和数字化就无法工作

尽管人工智能或机器学习将在未来的过程工业中发挥重要作用这一点似乎毫无争议，但它们只是数字技术的一种表现形式，未来可以为机械过程工程带来好处。两大趋势是自动化程度的提高和对模块化工厂的需求。基本思想：由单个基本工艺单元或模块构成的工厂不仅可以简化工程，还可以灵活地扩展工厂产能。还可以通过评估过程和传感器信息来不断优化流程。

由于在传统过程自动化方法中，此类模块的互连（编排）会产生大量的工程和编程工作，因此需要进行范式转换。目前，模块自动化正在实现这种转换。目标是：未来，基本过程操作和模块应该能够轻松地相互组合，而无需大量的编程工作。由于模块已经以模块类型包 (MTP) 的形式带来了控制逻辑，并具有标准化接口，因此中央控制系统可以将模块的功能用作服务 - 而无需在控制系统中进行任何额外的控制编程工作。这对机械过程工程领域的机器和工厂制造商来说是一个挑战 - 他们将不得不在未来深入处理数字化、自动化和控制技术问题。但越来越多的工厂运营商和机器制造商相信这样做的好处 - 因为考虑到熟练工人的短缺，一致的模块化是值得的。包括工厂制造商 GEA 在内的首批供应商已经开始迎接这一挑战，并提供带有 MTP 的新套件单元。

结论：无论是电池技术、循环经济还是可持续营养，技术挑战都是巨大的。机械工艺与数字技术的结合起着决定性的作用，是可持续发展的核心关键。令人兴奋的问题、有意义的任务和积极塑造可持续的未来——机械工艺工程中不乏酷炫的因素。