International media attend the Opel Technology Backgrounder tour of the Global Battery Systems Lab on the General Motors Tech Center campus Friday, December 9, 2016 in Warren, Michigan. (Photo by Santa Fabio for Opel)
International media attend the Opel Technology Backgrounder tour of the Global Battery Systems Lab on the General Motors Tech Center campus Friday, December 9, 2016 in Warren, Michigan. (Photo by Santa Fabio for Opel) (Bilde: Santa Fabio)

ELBILBATTERIER

Ny metode kan gjøre gjenvinning av litium fra elbilbatterier lønnsom

I dag går litiumet stort sett tapt når batteriene resirkuleres.

Svenske forskere ved Chalmers tekniske högskola har utviklet en metode for gjenvinning av litium fra elbilbatterier, hvor 95 prosent av litiumet gjenvinnes.

Prosessen er en lavtemperaturprosess som gir mindre CO2-utslipp enn metodene som typisk brukes i dag.

Til Ny Teknik, som omtalte forskningen først, sier forskerassistent Martina Petranikova at hun har et håp om at gjenvinningsindustrien kommer til å ta i bruk metoden.

Et av de store problemene med gjenvinning av litiumionbatterier er at de har relativt ulik sammensetning, både kjemisk og fysisk.

Det gjør det vanskelig å lage én gjenvinningsprosess som fungerer like bra  med batterier fra Nissan Leaf til Tesla Model S.

Chalmers-forskerne har nå utviklet en prosess som kan gjøre dette enklere.

Det finnes mange metoder for å gjenvinne litiumionbatterier, men de er subtilt ulike, forteller Christian Ekberg, professor i kjemi og kjemiteknikk, energi og material og kjernekjemi ved Chalmers til Teknisk Ukeblad.

Fokuserer på elbilbatterier

Christian Ekberg, professor i kjemi og kjemiteknikk, energi og material og kjernekjemi ved Chalmers Tekniska Högskola.
Christian Ekberg, professor i kjemi og kjemiteknikk, energi og material og kjernekjemi ved Chalmers Tekniska Högskola. Foto: Privat

– Det vi forsøker å fokusere på er batterier som har en uniform størrelse, og som finnes i et større antall. Da kan vi gjøre gjenvinningen veldig effektiv, sier Ekberg.

I dette tilfellet er det snakk om elbilbatterier, som jevnt over er omtrent like i størrelse, og ganske enkelt kan håndteres.

Han forklarer at typiske husholdningsbatterier med litium, som knappeceller og verktøybatterier, er såpass ulike at de havner i en smelte. I prosessen separeres materialer, og man tar ut det man kan som slagg. 

Da er det vanskelig å hente ut litium, som typisk går til spille i slike prosesser, men man klarer gjerne å ta ut andre metaller.

Skal litiumet gjenvinnes, er det enklest å felle det ut som litiumkarbonat. Dette kan prosesseres videre, for eksempel til bruk i nye batterier.

Gjenvinner ved romtemperatur

Illustrasjon av gjenvinningsprosessen.
Illustrasjon av gjenvinningsprosessen. Foto: Chalmers

Metoden Chalmers-forskerne har utviklet er en lavtemperaturprosess som kan gjøres ved romtemperatur. Det gir lite behov for å tilsette energi, i motsetning til høytemperaturprosesser som forutsetter smelting ved flere hundre varmegrader.

Prosessen uviklet ved Chalmers kjøres ved romtemperatur. Det gir fordelen at lite energi må tilsettes, noe som igjen potensielt gir mindre CO2-utslipp.

Prosessen er utviklet for batterier av relativt lik størrelse, som elbilbatterier er. Men den fungerer med ulike kjemier. Det gir ifølge Ekberg mulighet til å designe prosesser som blir veldig effektive.

I prosessen gjøres en mekanisk separasjon, slik at plasten plukkes vekk. Så tar de cellene og senker dem i syre, eller separerer anode- og katodemateriale, avhengig av hva slags batteri det er snakk om.

Høy renhet

Prosessen er hydrokjemisk. Forskerne senker materialene i en syre, slik at man får en vannfase. Så settes vannfasen i kontakt med en oljefase som ikke blander seg med vann. Oljefasen har stoffer som bare binder seg til visse metaller.

Disse metallene kan plukkes opp fra vannfase til organisk fase. Så setter man den organiske fasen i kontakt med en annen vannfase, hvor metallene kan separeres ut. 

Fordelen er at dette gir veldig høy renhet til slutt. 

Dette gir en mindre energikrevende prosess enn om man skulle tatt i bruk pyrokjemi. Da smeltes alt i en stor saltsmelte, og alle plastdeler brenner opp. Deretter kan man tilsette elektroder for å oksidere og redusere de metallene man vil ha, eller man setter saltsmelten i kontakt med en metallsmelte og ekstraherer på den måten.

– Man pleier også å tilsette slaggstoffer slik at metallene som som forblir i oksidform slagges ut, og de taper man ofte, sier Ekberg.

Begge tilnærmingsmåter har fordeler

Batteripakke fra Nissan Leaf.
Batteripakke fra Nissan Leaf. Foto: Mario R Duran Ortiz/Creative Commons SA3.0

Hva som er mest effektivt, er imidlertid vanskelig å si sikkert.

– Det er en smakssak. De er effektive for ulike formål. Pyroprosessene kjører man i ganske store batcher, og det er bra å kjøre ikke-oksidert materiale der. Hydrokjemiske prosesser kan man kjøre i både små og store batcher. Det er ingen høye temperaturer og lett å håndtere.

Han påpeker at gjenvinningsindustrien er veldig konservativ. De som har gått i retning pyrokjemi bytter ikke til hydrokjemi på en enkel måte. Da må de se at en slik endring vil lønne seg. 

– På vår avdeling forsøker vi å ha kompetanse på begge, for å velge den metoden som vi syns virker best. Noen avdelinger er veldig gode på pyro, og andre er veldig gode på hydro, og gjør bare en av delene og hevder at det er det absolutt beste. Jeg tror veien fremover må være å ha hydro og pyro og en superkritisk fluidseparasjon.

Gjenvinning av litiumionbatterier har flere utfordringer. En høyst reell er sikkerhetsaspektet. Batteriene har høy ladningstetthet, og kan inneholde metallisk litium.

– Og så er gjenvinning av litium vanskelig. Det er ikke et lett metall å gjenvinne. Man må forsøke å la det være igjen på et vis, og så prøve å felle den ut som karbonat. Så får man håndtere det derfra, sier Ekberg.

Litium går stort sett tapt i dag

Det gjøres imidlertid ikke i særlig grad. Litiumet går stort sett tapt i dag. Det er fremdeles god tilgang til litium fra utvinning, og man trenger antakeligvis rimelig stor tilgang til brukte batterier før gjenvinning kan gjøres lønnsomt.

Ekberg sier at de ikke har gjort undersøkelser på hvor stort tilfanget av batterier må være for at det skal bli lønnsomhet i gjenvinningen. De har imidlertid gjort en undersøkelse knyttet til batteriene i Toyota Prius.

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.
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. Foto: Odd Richard Valmot

Det må vrakes 500 biler i året i Sverige før gjenvinningen blir lønnsom. Men til forskjell fra litiumionbatterier inneholder nikkel-metallhydridbatterier som Prius bruker relativt stor andel verdifulle materialer.

I dag sendes alle litiumionbatterier i Sverige til utlandet for å gjenvinnes, ifølge Ny Teknik. Av 17 ulike bedrifter i Europa og Amerika de har kontaktet, svarte ni av dem at de ikke gjenvinner litium slik at det kan brukes i nye batterier.

Årsaken er at det er vanskelig å få lønnsomhet i dette, ettersom litium er en billig råvare, mens gjenvinningen er en dyr prosess.

Ny Teknik skriver imidlertid at flere av gjenvinningsbedriftene har svart at de har planer om å utvikle prosesser. 

Krever tilgang

Daimler har et prosjekt hvor de bruker brukte elbilbatterier på nytt som energilager.
Daimler har et prosjekt hvor de bruker brukte elbilbatterier på nytt som energilager. Foto: Daimler

At det er få verdifulle materialer i dagens litiumionbatterier vil trolig kreve stor tilgang til batterier. 

– Det innebærer at små land som Sverige, Norge og Danmark får problemer med å bygge opp egne prosesser, sier han.

Ekberg tror at det ville være mest fornuftig å sentralisere en slik operasjon for det nordiske markedet, ved at én nordisk aktør utfører all gjenvinning av litiumionbatterier fra nordiske elbiler.

Batterier kan bygges for resirkulering

En annen utfordring er å designe elbilbatterier slik at de strømlinjeformes for resirkuleringen. Chalmers-gruppen var involvert i EU-prosjektet APPLES, hvor et nytt batteri ble bygget.

Her var de som gjenvinnere med under designprosessen, for å sikre at batteriet i størst mulig grad var gjenvinnbart. 

Ekberg mener det er viktig at eksperter på gjenvinning er med på prosessen når et batteri designes. Det gjøres i liten grad av de som bygger batterier i dag, tror han.

– Gjenvinningsindustrien er ofte reaktiv i stedet for proaktiv. Den reagerer på hva som finnes på markedet. Det samme med produksjonsindustrien, de er ofte ikke så interessert i å ta med gjenvinningsindustrien i tilvirkningen.

Mulig å utvikle en prosess for alle batterier

– Kan man plukke batteriet fra hverandre på en effektiv måte, så har man vunnet veldig mye i gjenvinningen. Når vi må hugge i stykker saker og ting blir det vanskelig. Om tingene løsnet enklere, så hadde gjenvinningen gått mye smidigere, sier han.

Ekberg tror det er mulig å utvikle en prosess som favner om alle litiumionbatterier. Om man klarer å sortere de ulike komponentene i batteriene på en enkel måte, bør det være mulig å designe en relativt generell prosess.

– Men man må ikke glemme at hver enkelt separasjon koster penger. Er det slik at at man finner ut at det ikke kommer til å finnes nikkel i noen av batteriene, så kan man plukke vekk nikkelseparasjonen. Da har man spart penger. Jo mer generell du må gjøre prosessen, jo dyrere blir den å kjøre. 

  • Les flere artikler om elbil.

Kommentarer (28)

Kommentarer (28)