Resirkulering av litiumionbatterier på et nivå som gjør at de fullt og helt kan bli til nye batterier er i stor grad et uløst problem. (Bilde: Odd Richard Valmot)

ELBILBATTERIER

Derfor er det vanskelig å resirkulere elbilbatterier

Nytt prosjekt skal demonstrere at det lar seg gjøre.

Hvordan elbilbatterier skal håndteres når bilen når slutten av sin levetid, er ikke oppe og avgjort.

Noen mener at det kan være lurt å bruke dem på nytt som små hjemmeenergilagre, mens andre mener det beste bare er å resirkulere dem.

Til nå er det imidlertid svært få brukte batterier i omløp. Dagens generasjon biler med litiumionbatterier har ikke vært på veien lenge nok til at tilfanget av batterier er vesentlig.

For eksempel har Nissan et system for resirkulering, men dette håndterer rundt 15 til 20 batterier i året. Det vil trolig gå ti år før batterier blir klare til gjenvinning i stor skala.

Må resirkuleres

Det som er helt sikkert er at batteriene på ett eller annet tidspunkt må resirkuleres, enten de brukes på nytt eller ikke.

Nesten alt materialet i et litiumionbatteri kan resirkuleres. Metallene kan tas videre til et nytt batteri, slik at man slipper å utvinne for eksempel litium.

Problemet er bare at ingen har gjort dette i stor skala ennå, så det finnes ingen eksempler på batterier laget utelukkende av resirkulert materiale.

En Tesla Model S har et batteri bestående av mange tusen litiumion-celler.
En Tesla Model S har et batteri bestående av mange tusen litiumion-celler. Foto: Tesla

Vil bygge batteri med kun resirkulert materiale

Det er dette Saint Jean Carbon nå skal i gang med. De skal bygge et fullskala elbilbatteri bestående av resirkulert materiale fra brukte elbilbatterier.

De skal samtidig bygge et identisk batteri med nye råmaterialer, og sammenligne de to. 

Før de bygger hele batterier, skal de produsere celler, som skal testes i over 10.000 ladesykler, slik at resultatene kan sammenlignes. 

Om de oppnår de ønskede resultatene, er målet å bygge fullskalabatterier som settes inn i testkjøretøy for videre testing.

Dette er ifølge Saint Jean Carbon første gangen et slikt prosjekt gjennomføres. Målet er å demonstrere at råmaterialene kan brukes om igjen. Det kan redusere behovet for videre utvinning, og redusere miljøbelastningen fra råvareutvinning.

Resirkulering kan redusere miljøpåvirkning

Litium utvinnes for det meste fra saltsjøer i Sør-Amerika, og har flere negative konsekvenser, ifølge miljøorganisasjonen Reduse. Grunnvann kan forurenses, mineralrikt støv kan forurense vannkilder og jordsmonn, og våtmarksområder kan tørkes ut.

Men litium er i seg selv bare en liten del av batteriene. Kobolt, fosfor, og jern er eksempler på andre materialer som inngår i et litiumionbatteri, og som kan resirkuleres.

Prosjektet gjennomføres i tre steg. Først skal de bruke egenutviklede systemer for demontering av batteriene. Deretter skal råmaterialene gjenvinnes, og to identiske battericeller skal produseres. 

Paul Ogilvie, administrerende direktør i Saint Jean Carbon, sier at de har hatt bekymringer rundt den store mengden råmaterialer som trengs for å lage litiumionbatterier. Om materialene ikke resirkuleres, blir ikke batteriene særlig miljøvennlige.

De forventer at første del av prosjektet er gjennomført i løpet av et halvt år.

Lønnsomhet

Om de lykkes med å bygge et batteri med resirkulerte materialer, betyr det imidlertid ikke at problemene er løst.

Råmaterialene er bare en liten del av prisen på et batteri. Prosesseringen av materialene er komplisert og tidkrevende. Å resirkulere materialene vil være en komplisert prosess som legges til.

Resirkulering av blybatterier i et gjenvinningsanlegg.
Resirkulering av blybatterier i et gjenvinningsanlegg. Foto: Wikimedia Commons, public domain

Det er mer komplisert å resirkulere litiumionbatterier enn blybatterier og nikkel-metallhydridbatterier, ifølge en artikkel publisert i journalen Sustainable Materials and Technologies

Forskjellige batterier er bygget opp på ulike måter, med varierende mengder råmateriale og andre komponenter. Dermed er det vanskelig å lage en strømlinjeformet prosess som fungerer med alle batterier.

En annen faktor er at litiumionbatteriteknologien stadig endres. En prosess utviklet for resirkulering av dagens batterier kan være utdatert om bare få år. Til forskjell er blybatterier mer eller mindre strømlinjeformet i både produksjons- og resirkuleringsprosessene.

Det er med andre ord en viss risiko knyttet til utvikling av resirkuleringsmetoder. Særlig med tanke på at tilfanget av batterier fremdeles er svært lite.

I dag er det billigere å kjøpe nye råmaterialer enn å resirkulere dem.

Resirkulering er en utfordring

Det er tross alt ikke så enkelt som å skru opp batteriet, og putte de forskjellige råvarene i hver sin resirkuleringskasse.

Batterier som skal resirkuleres må først deaktiveres, ved at de lades ut. Deretter skal de mekanisk behandles slik at de forskjellige delene kan sorteres. Til slutt må cellene gjennom hydro- eller pyrometallurgiske prosesser.

Celler kan smeltes ned, slik at man får legeringer som kan behandles videre. Slagg som inneholder litium, silisium, mangan og andre materialer kan behandles videre, men det er ikke lønnsomt å gjenvinne litium på denne måten. I mange tilfeller er det først og fremst kobolt man er ute etter.

Elektrodemateriale kan eventuelt gå til direkte gjenbruk etter noe prosessering. Men batteriprodusenter kan være skeptiske til gjenbruk, ettersom det ikke er sikkert at slike elektroder vil fungere like bra som nye, ifølge artikkelen i Sustainable Materials and Technologies.

Det store problemet er å ende opp med materialer som holder like høy kvalitet som nye materialer.

Batterier er mer enn litium

Ifølge Lion Engineering (PDF), er mellom 50 og 70 prosent av et elbilbatteri battericeller, mens resten er alt fra deksel til elektronikk og skruer.

En battericelle består i seg selv av omtrent 65 prosent elektrode, og 10-20 prosent elektrolytt. Inntil 25 prosent er altså andre materialer.

Elektrodene består av 15 prosent kobber, åtte prosent aluminium, og 77 prosent anode- og katodebelegg.

En celle av typen NMC består av sju prosent litium. For å komme til dette må batteriet først demonteres, delene må sorteres, og så prosesseres.

Andre batterityper har mindre litium enn dette.

Dessuten må råmaterialene, enten det er litium eller kobolt, være svært rene før de kan brukes på nytt.

Dette er dessuten ikke en risikofri prosess. Den kan oppstå hydrogenfluorid, nikkeloksid, elektrolytten er brennbar, og det er en fare for elektrisk sjokk når batterier håndteres.

God idé

Saint Jean Carbons plan om å lage et fullt fungerende og tilsvarende godt batteri er altså ikke en rett frem og enkel prosess. Men det kan være smart å prøve det.

Det tror Christian Hanisch, medgrunnlegger og managing partner i tyske Lion Engineering. De spesialiserer seg på resirkulering av batterier. 

Damilers energilager bestående av brukte batterier, tilkoblet strømnettet.
Damilers energilager bestående av brukte batterier, tilkoblet strømnettet. Foto: Daimler

– Jeg syns dette er en god tilnærming. Idéen om å fullstendig resirkulere et litiumionbatteri bør videreutvikles, sier Hanisch til Teknisk Ukeblad.

I øyeblikket er det i praksis ingen som gjør noe lignende. Hanisch forklarer at det som i praksis drives med i dag er «downcycling», eller nedvinning, og ikke gjenvinning.

Det vil si at materialene som resirkuleres ikke har god nok kvalitet til å brukes på nytt til det samme formålet det ble brukt til opprinnelig.

Det er som når resirkulert stål fra biler ender opp som stål av lavere kvalitet på grunn av forurensing fra andre metaller som følger med. Det resirkulerte stålet har da ikke god nok kvalitet til å brukes i nye biler.

Prosessene ikke gode nok

Han sier at prosessene ikke er gode nok ennå.

– Å separere materialene fra hverandre er det største problemet i øyeblikket, sier han.

Når det eventuelt vil være like lønnsomt å lage et batteri av resirkulert materiale som et nytt, er vanskelig å si.

– Det blir ikke lønnsomt før vi har billige prosesser som lager gode produkter. For at materialer skal kunne gjenbrukes, må vi ha en veldig ren separasjon av materialer.

Prosessene må ifølge Hanisch dessuten gjøres mer energieffektive enn de er i dag.

– Dette er et viktig spørsmål for elektrisk mobilitet, spesielt i Norge, mener Hanisch. 

Nissan Xstorage benytter brukte elbilbatterier.
Nissan Xstorage benytter brukte elbilbatterier. Foto: Marius Valle

Akkurat nå er mengden brukte elbilbatterier imidlertid liten. Og når dagens installerte kapasitet frigjøres fra bilene, er det alltids en mulighet å gjenbruke batteriene direkte i energilagring.

Ifølge en rapport fra Lux Research er det trolig 65 gigawattimer batterikapasitet tilgjengelig fra skrotede elbiler i 2035. 

Spørsmålet er likevel om det vil lønne seg. Om batteriprisene fortsetter nedover, er det ikke sikkert at det er billigere å bruke gamle batterier enn nye, følge Lux Research' rapport.

Rapporten anbefaler imidlertid bilprodusentene å ha planer for både resirkulering og gjenbruk.

  • Les flere artikler om elbil.
Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.

Kommentarer (15)

Kommentarer (15)