skrivet av Helena Berg
Hur vi ska återvinna batterier från elfordon är idag en fråga som många diskuterar. Återvinningen av blybatterier är i princip en closed loop – dvs att det återvunna blyet används till nya batterier, och det finns ett ekonomiskt intresse. De flesta hybridfordon som säljs har ett NiMH-batteri (framför allt Toyota och Honda) och även här finns det ett ekonomiskt intresse att återvinna, inte bara ett lagkrav. Lite svårare är det att räkna ihop ett business case när det gäller Li-jonbatterier. Det som saknas idag är ett konstant flöde av batterier att återvinna och effektiva återvinningsprocesser. Dagens nyhetsbrev belyser ett axplock av vad som händer inom området, och ett område vi hoppas att vi kan återkomma till senare under året.
Vad återvinna?
Inom EU har vi Batteridirektivet att rätta oss efter, som vi skrev om tidigare i veckan och det producentansvar som gäller. 50% av ett batteripack ska återvinnas. Än är det inte helt klart vad som menas – avser det pack eller celler? Om det är på packnivå är det en enklare uppgift; svårare på cellnivå.
Tillskillnad från de flesta konsumentbatterier är elfordonsbatterier mer komplicerade. Förutom celler så innehåller ett batteripack en hel del elektronik. För att få återvinningen mer effektiv är ett första steg att separera ut elektronik och celler. Övriga delar är till största del plast, stål, aluminium och koppar (främst kablage), vilket går in i befintliga återvinningsflöden.
De återvinningsprocesser som används för celler är främst hydro- eller pyrometallurgiska metoder. Men i dagsläget finns inget ekonomiskt intresse till att återvinna Li-jonbatterier. Detta beror på flera faktorer: det är få batterier som lämnas in till återvinning. Det gäller även våra mobiltelefoner, datorer och andra elektroniska produkter vi bär omkring på där mycket av det som kan återvinnas hamnar i våra gömmor hemma. Metallinnehållet i batterierna är inte tillräckligt högt. Vidare är inte metoderna tillräckligt optimerade att ta hand om t.ex. Li, vilket gör att mycket av metallerna hamnar i slaggen. Tillskillnad från blybatterier, där det återvunna blyet i princip kan användas direkt i nya batterier måste återvunnet material från Li-jonceller förädlas till nya material. Oftast är det specifika råmaterial som behövs för produktionen av Li-jonceller och kan därför vara både miljömässigt och ekonomiskt att använda det återvunna Li-jonmaterialen till helt andra tillämpningar.
Li-jonceller innehåller, förutom litium, aluminium och koppar för strömuppsamlarna. Anoden består oftast av grafit (vilket är svårt att återvinna) och i vissa fall titan (LTO-celler). Katoden består antingen av järn och fosfater (LFP-celler), nickel, mangan och kobolt (NMC-celler) eller nickel, kobolt och aluminium (NCA-celler). Av dessa vore det resursmässigt optimalt att återvinna grafit, fosfat, koppar, aluminium, nickel och kobolt, och till viss mån litium. Och det är koppar, nickel och kobolt man idag ser ett värde i att återvinna.
Vem återvinner?
Processer och infrastruktur för återvinning av elfordonsbatterier är än i sin linda, men stora spelare finns redan på marknaden och försöker skaffa sig försprång för en framtida expansion. Och fler spelar kommer att dyka upp när väl det finns ett business case. Stora globala företag som Umicore, Retriev, RMC, Glencore/Xstrata är några av de främsta
återvinnarna idag, med flera anläggningar runt om i världen. Umicore är även en av de stora leverantörerna av elektrodmaterial. Det finns även exempel där materialtillverkare och återvinningsbolag gått samman. Koreanska materialtillverkaren Ecopor och det kinesiska återvinningsföretaget GEM har skapat ett JV och där produktionen förväntas komma igång under året [1].
Tyskland utreder olika återvinningsmöjligheter för att vara med på banan när många fler elbilar finns på de tyska vägarna. Tillsammans med Kina har Tyskland nu skapat ett femårigt partnerskap kring batteriåtervinning – China Germany Traction Battery Recycling Memorandum [2]. Man menar att batteriåtervinning är lika viktigt för fordonstillverkarna som för batteritillverkarna. Även det JV som Daimler och BYD har – Shenzhen BYD Daimler New Technology Co – har ett fokus på återvinning förutom fordonstillverkning [2,3].
I Japan bygger Honda en prototypanläggning som ska vara klar om ca. tre år. Man hoppas att 80% av metallerna kan återvinnas [4]. Under 2017 hoppas Honda få det tillstånd som krävs i Japan för att kunna samla in och processa avfall. Denna typ av initiativ är man först i Japan med att försöka få till. Man ska ha åtanke att Honda har producerat ett stort antal (ca. 2 miljoner) HEV genom åren och många kommer nu i fråga för återvinning. Det återvunna materialet ska primärt användas till nya NiMH-batterier.
Framtiden och alternativa processer
Forskning och utveckling av nya processer, med höga utbyten, pågår runt om i världen. Vanligtvis är processerna mycket energikrävande då höga temperaturer krävs. Därför är det forskningsfokus på effektivare och energisnålare processer. Innan det finns en tillräcklig kritisk massa av batterier att återvinna hoppas man att nya metoder finns redo och att då finns ett ekonomiskt intresse att återvinna.
Det finns exempel på förbättrade metoder där man visat att det är möjligt att via lakningsextraktion få ut nära 100% av all Li och Co för att sedan användas i nya celler 5. Hög renhet krävs för att materialen ska kunna användas till nya batterier. Finska forskare har lyckats återvinna Li, Co och Ni från batteriavfall med nästan 100% renhet med hjälp av separation genom vätskeextraktion [6].
Det finns även forskning som pågår för att använda metoder där man inte termiskt behandlar cellerna utan man försöker extrahera ut de ingående aktiva materialen för att sedan återanvända dem i nya celler. Antingen direkt eller i någon ’uppfräschad’ form. Ett exempel är att återanvända grafit (som på sikt är en bristvara, naturlig grafit alltså) [7].
Fraunhofer leder en konstellation där man ska ta tillvara de aktiva anod- och katodmaterialen för att sedan använda dessa i nya celler 8. Projektet finansieras av tyska staten (1,6 M€). Målet är att använda lågtemperaturprocesser och separation av olika material. Efter man separerat ut de aktiva materialen ska åldrade elektrodmaterial repareras/återställas. Lågtemperaturprocesser ska användas för att få bort åldringsprodukter som ansamlats på partikelytorna och man tänker även reparera kristallstrukturen hos de aktiva materialen. Hur allt detta ska gå till vet vi mycket lite om.
Lite mer futuristiska återvinningsmetoder finns där svampar används för att extrahera kobolt och litium från katodmaterial som separerats och pulveriserats. Svamparna producerar organiska syror som används för att laka ut metallerna. University of Florida har visat att 85% av litium och 48% av kobolt kan extraheras när de använder oxalsyra eller citronsyra [9].
Vid svenska lärosäten pågår forskning kring batteriåtervinning främst vid Chalmers och Luleå, men även vid KTH.
Referenser
[1] S. Korean-Chinese joint venture to build plant for cathode materials länk
[2] China and Germany pledge co-operation in EV battery recycling länk
[3] DENZA länk
[4] Honda plans battery recycling network as hybrids take of länk
[5] Kemetco to perform proof-of-concept testing on American Manganese Li-ion cathode recycling process länk
[6] Scientists recover high purity metals from battery waste länk
[7] Saint Jean Carbon building a high performance lithium-ion battery with recycled/upcycled material länk
[8] Efficient Recycling of Lithium-Ion Batteries – Launch of Research Project NEW-BAT länk
[9] U Florida team using fungi to extract cobalt and lithium from waste batteries. Green Car Congress. länk
