Återvinningen av elbilsbatterier kan ske vid rumstemperatur och optimerade processer kan göra återvinningen enklare, billigare och mer miljövänlig. Det visar forskare vid Chalmers som granskat en allt vanligare återvinningsmetod och som skrivit en vetenskapliga artikel i ämnet.
Elbilarnas andel av fordonsparken växer. Enligt International Energy Agency ökade antalet registrerade elfordon (EV) på marknaden från 4,11 procent 2020 till 8,57 procent 2021. Deras prognos är att elektriska fordon kommer att stå för halva marknaden 2030.
Det har satt batteriåtervinning och att utveckla tekniska processer för att ta vara på de ofta sällsynta metallerna i batterierna, högt upp på dagordningen. En återvinningsmetod som väcker allt större intresse inom branschen är enligt Chalmers en kombination av så kallad termisk förbehandling och hydrometallurgi. Det är en vätskebaserad kemisk process där man stegvis separerar och återvinner metallerna. Flera företag utvecklar nu system anpassade för den här typen av batteriåtervinning, men tiden och energin i form av temperaturer som de använder i sina processer, har visat sig skilja sig avsevärt åt.
Men nu har forskarna på Chalmers gjort en jämförande studien som visar på hur den här metoden ska utföras för att ge ett optimalt resultat och även förbättra batteriåtervinningens ekonomiska och miljömässiga påverkan.
30 minuter och rumstemperatur kan räcka
En viktig upptäckt som forskarna gjorde i studien, är att den hydrometallurgiska processen kan göras i rumstemperatur. Det är ett tillvägagångssätt som inte har prövats tidigare men som kan leda till stora vinster i form av minskad miljöpåverkan och lägre kostnader för att återvinna batterierna. Processen kan också göras betydligt snabbare än man tidigare trott.
– Vår forskning kan göra stor skillnad för utvecklarna inom det här fältet. I vissa fall kan det bli så stora förändringar som att gå från 60 – 80°C till rumstemperatur, och från flera timmar till endast 30 minuter, säger Burcak Ebin, forskare på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers och en av artikelns huvudförfattare.
Forskarna undersökte hur de olika stegen i återvinningen – den termiska förbehandlingen och hydrometallurgin – påverkas av varandra. De jämförde också två olika metoder för termisk förbehandling – förbränning och pyrolys. I den sistnämnda används inte syre och den anses därför vara mer miljövänlig. Nu kunde man även konstatera att pyrolys ger ett bättre resultat.
– Den här studien bidrar med ny, värdefull kunskap till alla som använder och utvecklar den här tekniken. Metoden som vi presenterar kan användas för att optimera återvinningen av alla slags lithiumjonbatterier, säger Martina Petranikova, docent på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers, ledare för forskargruppen och som tidigare har hjälpt elbilsbatteriföretaget Northvolt att utveckla och implementera sin återvinningsprocess.
Fortsatt optimering – avgörande för utvecklingen
Om återvinningen av elbilsbatterier ska hålla jämna steg med nyproduktionen måste kostnaderna reduceras radikalt. Här spelar optimerade processer en avgörande roll.
– Vi behöver minska antalet steg som krävs i återvinningen för att få ner kostnaderna.
Just nu arbetar vi med flera projekt med det målet. Ett nära samarbete och en god kommunikation mellan oss forskare och företagen som utvecklar tekniken kommer också vara mycket viktig om vi ska lyckas med utmaningarna som vi står inför på det här området, säger Martina Petranikova.
Ett aktuellt exempel gäller utvecklingen av ”solid state batteries”. De batterierna innehåller betydligt fler olika metaller, vilket gör återvinningen mycket svårare.
– Som forskare ser vi ett stort behov av att komma överens om en global standard för ett maxantal metaller i de här batterierna, säger Martina Petranikova.
Mer om forskningen
Den vetenskapliga artikeln “Recovery of critical metals from EV batteries via thermal treatment and leaching with sulphuric acid at ambient temperature” har publicerats i den vetenskapliga tidsskriften Waste Management och är skriven av Martina Petranikova, Pol Llorach Naharro, Nathália Vieceli, Gabriele Lombardo and Burçak Ebin på Chalmers tekniska högskola.
