Optimerade processer kan göra återvinning av elbilsbatterier enklare, billigare och mer miljövänlig. Det visar forskare på Chalmers som granskat en allt vanligare återvinningsmetod. I den vetenskapliga artikeln fastställs hur metoden kan bli så effektiv som möjligt och ge bäst resultat, ett viktigt steg mot en hållbar elektrifiering av bilar och andra fordon.

Laboratoriets utrustning för filtreringsprocessen med den slutliga vätskebaserade lösningen av återvunna metaller och solida restprodukter som innehåller grafit. Foto: Chalmers tekniska högskola

Elbilarnas andel av fordonsparken ökar. 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 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.

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 litiumjonbatterier, 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.

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.

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.

Martina Petranikova och hennes forskargrupp har forskat på återvinning av metallerna som finns i litiumjonbatterier under många år. Gruppen har särskild expertis inom hydrometallurgi och lösningsmedelsextraktion och har en unik position inom det fältet. Den återvinningsmetoden ger en högre grad av renhet i de återvinna metallerna jämfört med pyrometallurgi som är en annan känd metod. Eftersom värmen som krävs är avsevärt lägre blir metoden mycket mer energieffektiv. Intresset för forskning och utveckling inom hydrometallurgi är väldigt stort just nu, delvis på grund av nya striktare EU-regler för batteriåtervinning. Bara under förra året publicerade gruppen från Chalmers ett dussin vetenskapliga artiklar.

Martina Petranikova var en av forskarna från Chalmers som var med och utvecklade återvinningsprocessen för företaget Northvolt. Gruppen är involverad i flera olika samarbeten med företag som utvecklar återvinning av elbilsbatterier och partner i stora forsknings- och utvecklingsprojekt som pågår i Sverige och utomlands, som Volvo och Northvolts projekt Nybat.

Filed under: SvenskTeknik