Bilprodusenter og forskere jobber for å trekke dyre råvarer som kobolt og nikkel ut av bilbatterier. Det estimeres at omtrent 5 prosent av litium-ion-batteriene gjenbrukes.
(Illustrasjonsfoto: Chesky / Shutterstock / NTB)
Flere millioner elbiler er på vei: Hva gjør vi med de gamle batteriene?
Vi må bli flinkere til å gjenbruke de verdifulle råvarene, forteller to batteri-forskere.
Med mindre det skjer store teknologiske gjennombrudd, vil det blir mer press på råvarer som kobolt, nikkel og litium, som inngår i batteriene i elbiler.
Det fortalte videnskab.dk om i en tidligere artikkel du kan lese her.
Så langt har bilprodusentene fremfor alt fokusert på å få ned batteriprisene, samtidig med de øker rekkevidden og levetiden på batteriene. Men parallelt med at flere elbiler ruller ut på veiene, ser vi en voldsom stigning av utrangerte batterier, og dermed en tungtveiende grunn til å gjenbruke så mye som mulig.
De store produsentene er heldigvis klar over at de må gjøre noe med avfallet, særlig fordi de er interessert i å gjenbruke dyre råvarer som kobolt, litium og nikkel fra battericellene.
En fordel med litium, kobolt og nikkel er nemlig at råvarene, i motsetning til fossilt drivstoff, kan gjenbrukes.
– Det kreves et bestemt volum av batterier før det gir mening å gjenbruke dem. Men det er vi ikke så langt unna, og kanskje er vi der allerede. Også fordi disse råvarene er dyre, og produksjonen av batterier er så enorm, sier Dorthe Bomholdt Ravnsbæk, som er professor ved Institutt for Kjemi ved danske Aarhus Universitet og forsker på batterier.
Dermed blir det skapt et marked, slik at det til slutt kan bli like billig å resirkulere råvarene som å utvinne dem fra gruver.
Selve batteriet varer i omtrent 10–15 år, alt etter kjøremønster.
Noen jobber for å gjenbruke batteriene til å lagre strøm fra fornybare energikilder, siden det fortsatt er omtrent 60–70 prosent kapasitet igjen når batteriene tas ut av elbilene, forklarer Poul Norby, som er professor ved Institut for Energikonvertering og lagring ved danske DTU Energi.
Energitungt å gjenbruke
Hvis man vil utforske den tekniske delen av gjenbruken, har professor Linda Gaines fra Argonne National Laboratory utgitt en forskningsartikkel.
Her sammenligner hun en rekke måter å gjenbruke litium-ion-batterier, både teknisk og økonomisk.
Akkurat nå er en av utfordringene at det fortsatt er veldig energitungt å utvinne råvarene – og derfor er det også dyrt.
Skal få fart på gjenbruken
Den store utfordringen venter når batteriet ikke lenger kan brukes.
Vanligvis blir de knust til en «svart masse». Det er et pulveraktig svart stoff som inneholder kobolt, nikkel og litium pluss en rekke andre mineraler.
Den vanskelige delen består i å trekke ut råvarene igjen.
– Det er masse forskning på det området, og EU har satt av store midler til det, påpeker Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.
Flere forskningsresultater har vært lovende.
En studie som er utgitt i tidsskriftet Joule, testet effektiviteten av litium-ion-batterier med gjenbrukte NMC111-katoder som består av nikkel, mangan og kobolt.
Forskerne fant at gjenbrukt materiale presterte like godt som nye batterier når det kommer til energitetthet (hvor langt en bil kan kjøre på en oppladning). Levetiden var også like god.
Beveger vi oss ut av laboratoriet, er det også en hel rekke tiltak i gang. I Georgia i USA slår en av Nord-Amerikas største gjenbruksfabrikker snart opp dørene, ifølge denne pressemeldingen. Fabrikken har kunngjort at de forventer å kunne håndtere 30.000 tonn litium-ion-batterier i året.
Og i Nord-Sverige finner vi et annet eksempel. Her er bedriften NorthVolt i gang å oppføre en enorm fabrikk der 50 prosent av batteriproduksjonen skal være basert på gjenbrukte materialer i 2030.
Det er utrolig vanskelig å estimere hvor mange batterier som gjenbrukes i dag. En studie fra 2015 viser at mindre enn én prosent av de sjeldne mineralene blir gjenbrukt. I USA blir omtrent 5 prosent av batteriene samlet inn og brukt på nytt.
Krever energi å trekke ut råvarer
Men det er ikke helt lett å få trukket råvarene ut av denne svarte massen, og det vil fortsatt gå noe tapt når man skal rense massen.
Vanligvis blir pulveret behandlet ved pyrometallurgi (smelting) eller hydrometallurgi (oppløsning i syre). Sistnevnte får stadig mer oppmerksomhet fordi graden av gjenbruk er høyere – man kan altså trekke ut en større del av råvarene.
Problemet er at prosessen vanligvis er enormt energikrevende.
– Derfor går de nye tankene på å demontere batteriene for å få tilgang de ulike komponentene. Dermed får man de to elektrodene for seg, og elektrolytten for seg, slik at man kan rense enkelte delene, forklarer Dorthe Bomholdt Ravnsbæk.
Men det er fortsatt en utfordrende manøver. Litium-ion er nemlig en fellesbetegnelse for en rekke ulike batteriteknologier med ulike sammensetninger av materialer.
I dag er det ikke mange som demonterer batteriene, men det er på vei, mener Ravnsbæk.
– Det kan ikke være en person som gjør det manuelt. Det må automatiseres, og det involverer et stort spenn av teknologi, fra roboter til kjemiske prosesser. Det er krevende å utvikle metoder som kan håndtere batterier som kan være av veldig ulik kvalitet og inneholde ulike materialer.
Fortsatt behov for nye råvarer
Derfor kan det bli bruk for standardiserte metoder. Det kan inkludere sorteringsstrømmer for de ulike batteritypene slik at variasjonen ikke er så stor, og bedriftene vet hva batteriene inneholder.
Det kan bringe gjenbruken av batterier et stort skritt nærmere, forteller forskerne.
Det internasjonale energibyrået (IEA) anslår at verden har nok kapasitet til å gjenbruke 180 000 tonn elbilbatterier i året.
Hvis man blir flinkere til å trekke ut råvarene, kan vi kanskje dempe presset på råvarer som kobolt og nikkel.
Men det vil fortsatt være nødvendig å hente råvarer fra gruver i blant annet DR Kongo, Chile og Australia til alle de nye elbilene som skal produseres. Derfor har flere forskere pekt på at vi må senke forbruket vårt.
Referanser:
Linda Gaines: Lithium-ion battery recycling processes: Research towards a sustainable course. Sustainable Materials and Technologies, 2018. (Sammendrag) DOI: 10.1016/j.susmat.2018.e00068
Xiaotu Ma mfl.: Recycled cathode materials enabled superior performance for lithium-ion batteries. Joule, 2021. (Sammendrag) DOI: 10.1016/j.joule.2021.09.005
Komal Habib mfl.: Tracking the Flow of Resources in Electronic Waste - The Case of End-of-Life Computer Hard Disk Drives. Environmental Science # Technology, 2015. DOI: 10.1021/acs.est.5b02264
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no. Les originalsaken på videnskab.dk her.
Vi vil gjerne høre fra deg!
TA KONTAKT HER
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? Eller tips om noe vi bør skrive om?
